空间自相关的可塑性面积单元问题效应

可塑性面积单元问题(modifiable areal unit problem,MAUP) 效应是对空间数据分析结果产生不确定性影响的主要原因之一,在空间自相关分析中也不例外.本文分别利用网格模拟数据和中国人均GDP实例数据为数据源,以全局Moran's I 系数来探究空间自相关统计中的MAUP效应,分析结果表明,变量的空间自相关程度依赖于空间的粒度大小与单元的划分方法,但空间单元的变化与自相关性并不存在某种函数关系.因此,在进行空间自相关研究时必须选择合适的地理单元的粒度大小和分区.最后本文给出一种基于地统计内插方法来降低MAUP对空间自相关分析影响.     

生态斑块粒度效应研究——以长三角地区无锡市为例

从人为干扰明显、生态性脆弱、幅度范围在1 000km2的角度出发,该文选取了长三角地区无锡市为研究对象。通过采用多因子加权叠加模型方法获取了研究区的生态斑块,借助景观指数等探讨了生态斑块粒度效应及其临界变化情况。结果表明:1)以生态斑块为研究斑块类型时,类型水平景观指数、景观水平指数和面积变化指数均具有明显粒度效应,并存在临界粒度和尺度域现象。2)三类指数的临界粒度一致为粒度2,即实际为60m;尺度域分别为(2,30)、(2,10)和(2,10),综合尺度域为(2,10),即实际为60～300m,是符合研究区特性的尺度域。在该尺度域范围内,指数粒度变化响应曲线变化平稳,蕴含的生态过程较为相似,进行尺度推绎具有可行性。     

城市景观格局尺度效应的空间统计规律--以上海中心城区为例

以上海市外环以内的中心城区为区域背景,基于SPOT全色波段遥感影像数据和GIS技术,运用空间统计分析方法,研究城市景观格局的空间尺度效应。研究结果表明:(1)城市景观格局的空间自相关性具有显著的尺度依赖性。Moran指数I与Geary系数c对粒度变化的敏感点相同,均为50m。(2)城市景观形态具有分形特征,各类景观斑块的分维数对粒度变化的响应不同,它们随着粒度的变化呈非线性变化趋势;在粒度较小时,各类景观斑块之间的分维数差异较大,而随着粒度的增大,其分维数之间的差异逐渐缩小。(3)城市景观多样性格局,与空间区位及人类活动的空间格局息息相关。在城市中心,主导型景观是经济效益较高的商业文化景观,并且景观斑块聚集度、破碎度大;经济效益较低的农业景观分布在城市边缘区,而且景观类型单一,斑块面积较大,破碎度较小;在由城市中心向边缘过渡的中间地带,景观类型多样,空间格局复杂。(4)景观多样性具有尺度依赖性。随着幅度的增加,景观多样性指数逐渐增大,多样性的空间格局也显著变化。在0.5km幅度下,多样性指数的最大值出现在市中心,从市中心向外呈现高低起伏的环状模式扩展,随着幅度增加,多样性指数的高值区向景观类型变化最剧烈的城乡过渡地带转移。(5)景观多样性的空间变异也具有明显的尺度依赖性。在较     

喀斯特乡村土地利用景观的粒度效应

尺度效应是景观生态学研究的热点。为探究小尺度不同地貌景观粒度特征,基于2018年法国Pleiades卫星解译的土地利用数据,以贵州省喀斯特中山、峰丛峡谷、低山丘陵、峰丛洼地4种喀斯特地貌的典型乡镇为例,从斑块类型水平和景观水平两个方面研究乡村土地利用景观的粒度效应。结果表明:4个不同地貌的乡镇斑块数量、斑块密度和斑块形状指数随粒度增加均呈现出下降的趋势,而随粒度增加,斑块所占景观面积变化不突出。香农多样性指数和香农均匀度指数的尺度依赖性较弱,聚集度、连接度、蔓延度和分离度的尺度依赖性较强。不同景观类型的斑块指标粒度效应存在差异,不同地貌乡镇的斑块指标和景观指标的粒度效应存在差异。喀斯特特色地貌背景下,人类活动作用下的土地利用结构特点是形成喀斯特乡村土地利用景观粒度变化特征的重要因素。     

CA-Markov模型的空间尺度敏感性研究

以广州市花都区为研究区,研究利用CA-Markov模型进行土地利用变化模拟的空间尺度敏感性特征,结论如下:①元胞尺寸的选择会明显影响模拟结果,元胞尺寸越大,模拟结果精度越低。模型中存在元胞尺寸的阈值,当元胞尺寸超出该阈值时,模拟结果的精度急剧下降,因此对于元胞尺寸的选择必须要慎重。②邻域类型的选择也会对模拟结果产生影响。采用3×3冯诺依曼邻域的模拟结果会比3×3摩尔邻域和5×5摩尔邻域生成更多的斑块数量和更高的斑块密度,但是模拟结果的Kappa系数值相差不大。     

一种顾及驱动因子重要性的双约束RF-Patch-CA城市扩张模拟方法

城市扩张模拟为实现土地资源合理分配与制定城市发展规划政策提供依据。该文针对传统元胞自动机(CA)在城市扩张模拟中存在城市元胞密集区域团簇现象,耦合随机森林(RF)与基于斑块(Patch)扩张的CA模型,在顾及驱动因子重要性基础上构建基于斑块最大面积和城市扩张总量的双约束RF-Patch-CA模型,并利用该模型模拟重庆主城都市区2010-2017年城市扩张。结果显示:该模型总体精度达97.62%,相比传统的RF-CA、ANN-CA和Logistic-CA模型,Kappa系数分别提高了0.0222、0.0231和0.0245,FoM分别提高了0.0376、0.0391和0.0414;在景观相似度上,该模型相比以上3种模型分别提高了40.92%、41.16%和32.33%,最接近真实情况,而且避免了模拟结果产生城市元胞团簇现象,有效提高了城市扩张模拟精度。     

地理元胞自动机模型的尺度敏感性及原因

地理元胞自动机模型的模拟精度会受到元胞尺度的影响。以杭州市土地利用变化模拟为例,分析了元胞尺度分别为50m×50m、100m×100m、150m×150m和200m×200m时地理元胞自动机模型的模拟精度,对地理元胞自动机模型的尺度敏感性进行了分析;并从元胞转换规则入手,研究了元胞自动机模型尺度敏感性产生的原因:(1)元胞尺度会对地理元胞自动机模型的模拟精度产生影响,元胞尺度越精细模拟精度越高;(2)元胞自动机模型的尺度敏感性与元胞尺度相关,在有些尺度区间上表现得明显,而在有些尺度区间上表现并不明显;(3)孤立元胞是元胞自动机模型尺度敏感性产生的主要原因。研究表明,随着元胞尺度的增大,元胞空间的孤立元胞增多,这些孤立元胞本身及其周围元胞具有较低的邻域函数值和较小的转换概率值,并影响了地理元胞自动机模型的模拟精度。     

滨海开发带景观格局指数的尺度效应及对土地利用变化的响应——以江苏省大丰市为例

以江苏省大丰市为例,基于景观生态学方法,从斑块类型和整体景观两个水平研究了滨海开发带景观格局指数的尺度效应及其对土地利用变化的响应。结果表明:斑块水平上,耕地、水域及水利设施用地是对尺度变化较为敏感的用地类型;斑块密度、斑块结合度指数、斑块聚集度指数、有效网格大小、面积加权平均形状指数是对尺度变化较为敏感的指数。景观水平上,不同转换尺度形成的土地利用景观的空间异质性差异不大;各景观指数随尺度增加均呈现出下降的趋势,其变化可用指数函数或二项式函数进行拟合。2008年以来土地利用变化使景观的丰富度和结构的复杂性有所提升,景观斑块的破碎度、连通性和聚集性降低,分离度增大。总体上滨海开发带土地利用变化使研究区景观格局更加合理,生态稳定性进一步增强。     

顾及空间尺度效应的城市土地利用变化精细化模拟

城市土地利用变化模拟是优化土地资源配置的科学依据,提高其精细化程度和可靠性有助于准确把握城市用地发展趋势,对城市土地资源精准调控具有重要意义。基于宏观遥感分类的土地利用变化模拟,难以在街区尺度上揭示城市用地社会功能变化及精细化模拟中空间尺度效应来源和作用机理。本文联合遥感影像和POI数据识别出城市土地利用精细化特征,运用响应面法率定土地利用精细化模拟的最优空间尺度组合,在此基础上,利用CA-Markov模型开展了未来土地利用变化的精细化模拟。以武汉市中心城区为应用案例,研究结果表明：基于POI 的城市土地利用精细化识别方法,可以深度解析城市建设用地的社会功能,极大改善了传统基于遥感的土地覆被宏观解译效果;研究区土地利用变化元胞自动机精细化模拟的最优空间尺度组合是30 m元胞、7×7邻域以及冯诺依曼邻域类型,采用最优空间尺度组合能够提高土地利用变化精细化模拟的可靠性。响应面试验设计结果可有效识别精细化模拟过程中空间尺度效应的主要来源,并区分其对模拟精度的影响程度与正负效应;预计到2025年,研究区建设用地范围将继续向周边扩张,各类型用地之间互为交织,土地利用空间格局将呈更加破碎化趋势。     

空间粒度变化在时间序列上对景观指数的影响——以环洱海区域为例

以环洱海区域为例,对1990,2000,2009,2014年不同传感器的Landsat遥感数据进行监督分类,在此基础上计算1990—2014年尺度在35~200 m范围内的空间粒度上25种景观指数的变化情况,并结合各指数在此时间序列上的变异系数、粒度效应曲线和函数拟合模型进行空间粒度效应的探讨。结果表明:(1)景观指数在空间粒度序列上的响应类型分为无规律型、上升型、下降型和稳定型4类;(2)在5类景观指数中,多样性类指数对空间粒度变化不敏感;(3)在时间序列上,大部分指数的年度变化规律因粒度变化而明显改变,直接影响景观格局变化研究的结果;(4)多数面积/边缘类指数、形状类指数和聚集类指数的线性拟合度良好,适合进行粒度上推绎预测。     

基于最佳分析尺度的广州市景观格局分析

利用遥感、GIS技术和指数分析软件确定最佳分析尺度,对广州市景观格局进行量化研究。对14个不同粒度的栅格图分别进行35个相关指数运算,根据15个敏感指数确定最佳分析尺度为120 m;选取空间组成和空间构型两方面的系列指数,在此尺度下对研究区域进行指数运算和格局分析。研究结果表明:广州是以林地、水田和旱地为主要景观类型的复合景观结构,优势景观明显,3种主体景观类型集中连片、分布广泛;建设用地比例比全国平均水平偏高;建设用地和水库坑塘斑块密度大,平均斑块面积小,景观破碎度较高。景观格局的量化受尺度效应影响,表现出空间异质性的尺度依赖性,因此在格局分析时需选择最佳分析尺度,突出格局的尺度性。     

祁连山北麓青海云杉高山草甸景观的尺度效应分析

分析了分析尺度对祁连山地区0.61 m分辨率的QuickBird影像目视解译数据提取的影响。景观水平、斑块等级水平和斑块类型水平都反映,随分析尺度增大,斑块数迅速减少,形状趋于规则,景观破碎度降低,使景观结构简单化,主要是小型斑块损失引起。分析尺度对小斑块、中斑块影响大于大斑块和巨斑块。分析尺度较小时尺度效应变化速率大,分析尺度≥1∶8 000后尺度效应变化减缓,尺度依赖性减小。就文中涉及的5个分析尺度而言,可划分为小于1∶4 000,1∶4 000~1∶8 000,大于1∶8 000三个尺度域,1∶4 000和1∶8 000是尺度阈值,1∶4 000是最佳分析尺度。     

汕头市土地利用景观指数粒度效应初探

采用决策树、归一化光谱混合分析(NSMA)方法,参照全国土地分类标准,分类解译汕头市2006年ETM 数据,并获取不同粒度系列景观类型图。在此基础上,借助Fragstats 3.3软件,从类型水平和景观水平两方面分别选取8个景观指数指标,探讨不同粒度景观类型图条件下,景观指数随粒度变化的特征。结果表明,类型水平上景观指数粒度效应变化明显,但规律性不易把握;景观水平上,随着粒度的增加,多数指数呈现尺度效应且存在尺度转折点。参照指数特征及转折点确定汕头市ETM 数据土地利用景观指数计算的适宜粒度范围(150～210 m)。     

基于NPP/VIIRS夜间灯光数据的黄淮海地区城乡常住人口格局模拟

以黄淮海传统农区为研究区,利用NPP/VIIRS夜间灯光数据、土地利用数据和人口统计资料,基于城乡人口活动状态及其空间特征,构建城乡常住人口空间化模型,模拟区域城乡常住人口分布,探究城乡人口空间格局特征。结果表明:基于NPP/VIIRS夜间灯光数据和土地利用数据构建的人口空间化模型,拟合优度为0. 80,精度检验平均误差为15. 6%,模拟精度高,适用性较好;模拟结果能够直观反映黄淮海地区人口集疏特征及县域城乡常住人口分布差异特征,真实展现局地微观尺度城乡常住人口实际分布状况;黄淮海地区城乡常住人口在空间上呈现"总体差异显著、局地内部均衡"的特征,区域尺度上城市地区集聚显著,局地尺度上县域和乡镇内部人口分布相对均衡。模拟结果可为区域城镇村空间布局优化和城乡公共服务设施配置提供参考。     

中国建设用地扩张未来情景模拟及其对景观格局演化的影响

对中国建设用地的未来扩张趋势及时空格局进行模拟预测,可为科学编制国土空间规划和合理调控城乡发展提供科学依据。本研究对未来30年中国建设用地扩张进行多情景模拟预测,并分析不同区域建设用地扩张的时空演化特征及其对景观格局演化的影响。研究结果表明：(1)基于斑块生成土地利用模拟模型（Patch-generating Land Use Simulation,PLUS）可以获得较高的模拟精度,各分区Kappa系数均高于0.92,总体精度均高于95%,FoM值均高于0.40,表明PLUS模型适用于全国尺度和大区域尺度的土地利用模拟。(2)影响中国建设用地扩张最主要的因素为人口、坡度和年均降水量,存在区域性差异。(3)自然发展、耕地保护、生态保护和可持续发展四种情景下模拟预测的未来土地利用的结构和特征具有明显差异,在可持续发展情景下建设用地扩张主要占用非重点保护的耕地和生态用地以及未利用地,可满足经济发展对于建设用地指标的刚性需求,有助于实现可持续高质量发展。(4)建设用地扩张对景观格局产生显著影响,在可持续发展情景下,与2020年相比,2030年、2040年和2050年建设用地预计增长分别为-0....     

TRMM卫星降水数据在川渝地区的适用性分析

在地形复杂的川渝地区,利用72个气象站点的实测降水数据对TRMM(Tropical Rainfall MeasurementMission)卫星降水数据的精度分别在年、季和月尺度上进行验证,并进一步分析了高程和坡度对月尺度验证结果的影响,同时借助主成分分析法,对比了高程与坡度对TRMM 3B43降水数据的影响程度.结果表明:TRMM3B43估算的年降水量在川渝地区平均偏高5.38％,其中西部高原区估算结果比中东部地区相对精确.TRMM3B43与气象站点的季尺度降水数据拟合优度较高,但各季拟合优度之间存在差异,其中春季降水的拟合优度高于其余季节.而TRMM 3B43的月数据与站点实测降水数据拟合优度R2=0.7615,相关系数R=0.87,表明两者之间相关性显著,数据精度较高;就单个站点而言,大部分站点相关系数较高,误差较小,但叙永站相关系数相对较低,小金、雅安、雷波、盐源以及攀枝花站点数据误差相对较大.高程对数据精度的影响较坡度大,且呈现三次非线性回归的变化特征,随着高程的升高,R呈现增大的变化趋势,|Bias(％)|则呈现出增大—减小—增大的变化趋势;坡度对降水数据精度的影响相对较小且变化规律也较复杂,整体上随坡度变化,TRMM 3B43数据精度受到明显的影响.     

长沙市城市扩张对边缘区景观格局的影响

以长沙市建成区为研究区域,选取2000年、2005年和2010年的遥感影像作为数据源,在ArcGIS和Fragstats4.0软件平台的支持下,运用缓冲区分析和景观指数方法,对长沙市的城市空间扩张及其对边缘区景观格局的影响进行研究,结果表明:2000-2010年期间,长沙市城市空间扩展在速度上呈前期低速蔓延、后期加速扩张的特点,在方向上呈前期东拓西控、后期北扩南伸的特点;城市空间扩展对类型层次和景观层次的景观格局指数变化的影响均不同。在类型层次上,城市空间扩张对耕地的影响最大,与城市边界距离3 000~4 000m处是城市扩张与耕地减少的空间边界;在景观层次上,随着城市空间扩张,景观的斑块密度减小、蔓延度增加、香农多样性先减后增、聚集度增加。     

基于矢量的城市扩张多智能体模拟——以广州市番禺区为例

运用自下而上的多智能体建模方法构建城市扩张模型,研究城市扩张的基本特征和规律,对新型城镇化建设具有重要的理论和现实意义。但传统的多智能体模拟大多是基于栅格数据构建,不同的格网大小、邻域形状及邻域大小将产生不同的模拟结果。为克服传统栅格数据受模拟尺度的影响,采用城市土地利用现状图,构建矢量多智能体城市扩张动态模型。智能体依据“宜居性”评价指标,并遵从个人偏好,选择合适区位,模拟城市扩张的时空动态过程。将模型应用于广州市番禺区,模拟了其2003-2008年城市扩张情况。最后将模拟结果与实际土地利用现状图进行对比,结果表明,地块的转化精度为63.09%,非转化精度为90.74%,总精度为85.83%,具有较好的模拟精度,可以为新型城镇化建设提供有效的决策支持。     

广州市海珠区高密度城区扩展SLEUTH模型模拟

高密度城区是城市的核心区,也是城区扩展的源,对该区域的精确识别以及扩展模拟研究,具有重要的意义与价值。以广州市海珠区1979、1990、2000、2008 年4 期Landsat 影像为数据源,运用非渗透表面端元选取模型(V-I-S) 与归一化混合光谱分析模型(NSMA) 相结合的方法,辅以单窗算法反演地表温度数据(LST),高精度提取非渗透表面丰度,进而设置合适阈值表征研究区高密度城区范围。在此基础上基于SLEUTH模型设置4 种场景模拟和预测海珠区高密度城区扩展,并用景观指数分析方法对研究区1979-2050 年长达70 年的空间扩展状况进行分析。主要结论为：① SLEUTH模型同样适用于小尺度区域的扩展模拟。② SLEUTH模型模拟中基于自然、人文以及城市扩展内在动力机制等条件参数的设置,促使模拟结果精度更高。③ SLEUTH模型模拟结果表明,自1979 至今,海珠区高密度城区以较快扩展速率扩张,尤以1990-2004 年间变动增长最快;未来的20 年其增长速率减缓,并于2030 年前后趋于稳定。这种扩张格局与变化状况与研究区产业结构、经济政策、土地规划决策等因素密不可分。     

农牧交错区沙地景观空间格局的间隙度分析

科尔沁沙地农牧交错区典型景观空间格局的间隙度分析表明:放牧活动是造成该地区景观变化的主要原因,这一过程直接导致了半固定沙丘斑块(放牧场)在整个景观中的间隙度指数增高、面积减少;相反,半流动沙丘斑块间隙度降低,面积增大。农业生产活动对农田斑块的影响要小于牧业对半固定沙丘斑块的影响。同时研究结果还指出,尺度对空间格局的分析有较大的影响,对同一研究对象采用不同的尺度来研究,可确定两者间的相互关系。景观间隙度分析,可以为研究不同的生态学过程在景观中的扩散、转移提供必备的条件和依据。