土地利用景观格局空间尺度效应研究——以武汉市为例

城市土地利用景观格局研究对城市规划设计和土地资源管理具有重要的理论价值和现实意义,而研究尺度的选择是其必不可少的部分。本文基于景观生态学方法,以武汉市为研究区域,选取聚集分散指数、斑块类型指数、形状指数三种类型指数对土地利用景观格局进行分析,同时引入层次分析法,研究武汉市土地利用景观格局的空间尺度效应及其响应特征,结果表明武汉市土地利用景观格局具有明显的空间尺度效应,随着空间尺度的增大,景观破碎程度增大,景观分布越来越分散,景观异质性减小,斑块之间连接度越来越弱。在此基础上,建立最佳尺度选择模型,并基于分型理论对最佳尺度的合理性进行验证,最终得出武汉市土地利用景观格局研究的最佳空间尺度为60 m。     

基于斑块聚集的城市土地利用空间布局研究

研究土地利用空间格局及其演变特征是了解其空间格局形成原因,进而拟定合理土地利用方向和改造利用措施的前提。该文以景观生态学斑块理论为基础,对武汉市的居住用地、商业用地和工业用地空间布局开展实例研究,首先建立基于土地利用斑块的单元特征指数和空间布局指数,其次利用ArcGIS软件对数据进行斑块格网化空间叠置分析和邻域聚集度指数计算,并以SPSS软件对斑块聚集度指数进行聚类分析。研究结果表明:基于土地斑块聚集度的城市空间布局研究方法将数量统计和空间分析有效结合,能较好地揭示主要用地类型聚集与分散的空间格局分布特征和规律,为土地集约优化利用和可持续发展提供依据。     

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。     

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。     

长沙市土地利用格局变化的空间粒度效应

基于2003年、2006年、2009年及2013年的遥感图像对长沙市土地利用进行分类,在ArcGIS 10.0、ENVI 4.8、Fragstats 4.0和Excel 2007软件的支持下,通过上推尺度像元的比例占优法改变空间粒度,从类型水平和景观水平上分析了土地利用格局变化的粒度效应。得出以下结论：① 类型水平上,随着粒度的增大,各土地类型的指数呈现出3种变化趋势:增大、减小及无明显规律;随着时间的变化,空间粒度越小,对斑块密度及斑块形状指数变化的影响越明显。空间粒度越大,对斑块结合度和斑块集聚度变化的影响越明显。② 景观水平上,随着粒度的增大,蔓延度指数先减小后基本不变;香农多样性指数和香农均匀度指数缓慢减小;随着时间的变化,蔓延度指数呈减小的趋势,香农多样性指数和均匀度指数呈增大的趋势。90 m是本研究中分析空间粒度的最佳值。     

呼和浩特市城市边缘区景观格局动态变化研究

利用GIS技术对1987，2000年两期航空遥感影像进行空间叠加对比分析，从斑块及景观2个尺度对呼和浩特市城市边缘区景观格局变化进行了研究。结果表明：在斑块尺度上，边缘区两期景观结构均以农田景观为基质，研究期内，农田景观、草地景观等缓慢减少，建筑景观明显增多；在景观尺度上，边缘区景观多样性指数趋于增大，优势度指数趋于降低．景观组分趋于复杂化、破碎化和多元化。分析其影响因素可知：经济发展和城市化的加快、政策导向是变化的根本原因，人口的增加、土地利用方式的改变是变化的直接原因。     

镇江市土地利用景观格局时空过程与驱动因素

以宁镇扬丘陵区的镇江市为案例地,基于1978—2012年遥感图像数据,从类型尺度和景观尺度2个维度分析镇江市土地利用景观格局时空过程特征;并通过PCA模型定量揭示镇江市土地利用景观格局时空演化驱动因素。结果表明:1)1978—2012年耕地是区域主导景观类型,其次林地、建设用地为区域优势景观类型;其中耕地、林地景观类型分别减少7.63%、1.21%,而建设用地景观增加8.87%;2)镇江市总体斑块数目增加,平均斑块面积、斑块形状指数和分维数下降,且耕地、建设用地及水域对区域景观格局演化响应最为显著;区域景观破碎度、集聚度及多样性指数不断上升,表明人类活动对研究区景观干扰不断增强,且存在镇江中东部高于西部的空间分异特征;3)人口快速增长是土地利用景观格局演变的直接诱因,城市化推动、经济持续发展是景观格局演化的重要驱动,而技术革新进步会对景观格局演变具有一定冲击作用;4大驱动力综合耦合作用1978—2012年镇江市土地利用景观格局时空演化过程。     

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     

土地利用分类对景观格局指数的影响

基于景观格局指数的空间格局分析是当前景观生态学研究的重要基础内容,不仅数据源准确度、尺度效应显著影响景观格局指数,土地利用类型划分也对景观格局指数具有显著影响,但我们对这种影响的总体理解尚很缺乏。本研究选取24种常用景观格局指数,以深圳市宝安区为试验区,探讨景观格局指数随土地利用分类系统变化的基本规律。研究结果表明,土地利用分类对景观格局指数的确具有显著影响。而根据景观格局指数对土地利用类型数目变化响应的可预测性,可将其分为三类：① 第一类指数随土地利用分类系统变化的可预测性强,能用简单函数关系 (对数函数关系、S形曲线、反比曲线关系) 来表达,包括斑块数目、斑块密度、边界密度、平均斑块面积、景观形状指数、平均斑块形状指数、周长面积比分维数、平均斑块分维数、聚合度、Shannon多样性指数、Simpson多样性指数和修改Simpson多样性指数;② 第二类指数随土地利用分类系统变化可预测性较差,表现为典型的分段 (或阶梯形) 变化,存在多种可能 (S形曲线、直线、反比曲线与复合曲线关系),包括斑块面积标准差、斑块面积变异系数、最大斑块指数、面积加权平均斑块形状指数、面积加权平均斑块分维数、分离度和斑块结合度;③ 第三类指数由于在度量相关空间格局特征时考虑了土地利用类型数多少的影响,随土地利用分类系统变化呈无规律变化,难以用一种简单函数或分段函数来预测其变化行为,包括蔓延度、Shannon均匀度指数、Simpson均匀度指数、修改Simpson均匀度指数和优势度指数。这些指数随土地利用分类系统变化的变化规律,使试验区不同时期、不同土地利用分类系统下的空间格局比较成为可能。     

基于景观格局的广州市边缘区生态压力研究——以番禺区为例

基于RS、GIS技术和统计分析方法,选取破碎化指数、斑块结合度指数、分形维数3个景观指数和土地利用脆弱性指数构建生态压力指数,以番禺为例从景观尺度研究城市边缘区在城市化梯度上的生态压力空间分异。结果表明:不同用地类型的景观指数在3个梯度区内依人为干扰的强烈程度出现明显的空间分异,生态压力呈现自北向南依次降低的空间分布格局。景观生态压力强弱的分布与区域内土地利用方式和强度具有较高的相关关系,人为干扰是影响景观生态压力扩散的重要原因。     

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。     

土地经济生态位变化下的城乡空间景观格局表征——以广东省惠州市为例

土地利用变化对生物多样性和生态过程有着深刻的影响,与城乡景观格局变化密切相关。尝试将土地利用变化驱动力——土地经济生态位的理论和方法引入到景观生态学当中,为城乡空间景观格局空间表征提供新的方法。通过选取表征景观格局指标的破碎化指数、分形维数,利用Envi4.8、Arcmap10.0,Fragstasts4.1等软件,以广东省惠州市为例,在分析土地经济生态位与景观类型、景观指数之间的关系基础上,对土地经济生态位变化下的城乡空间景观格局进行表征。结果表明：不同景观土地面积数量的增减与该类型土地经济生态位升降具有一致性的规律,土地经济生态位上升,相应的景观土地面积增大,反之则减小;土地经济生态位越小,表征景观格局的景观破碎化指数、分维数指数越大,破碎化指数与分维数指数的增减与土地经济生态位升降表现出一致性的规律,土地经济生态位上升,相应的破碎化指数、分维数指数则增大,反之则减小;城乡空间景观格局变化的发生主要出现在土地经济生态位高的区域。土地经济生态位的变化是城乡景观格局变化的重要影响因子,能够很好解释城乡空间景观格局特征。     

鄂尔多斯特有种四合木分布区景观格局时空变化

以1977、1990、2000及2005年遥感影像为信息源,利用RS、GIS技术及景观格局分析软件,对鄂尔多斯特有种四合木分布区景观格局的时空变化进行分析。结果表明:在景观水平上,28年来研究区景观格局趋于破碎,景观结构更加复杂并向异质化发展;各生境中,以石嘴山、桃司兔、千里山与乌达种群的景观格局较为破碎,景观构成向多样性与复杂化发展,乌家庙、棋盘井与海南种群中景观受损程度相对较小,景观中有连通度极高的优势斑块类型存在;各景观中,四合木是研究区的基质景观,但其优势地位不断下降,空间分布趋于分散,而工矿及城镇用地、耕地与林地、沙地、其他植被则大幅增长、连片延续发展,在景观中的影响程度逐渐加大。工矿发展和城市化进程以及不合理的土地利用方式引起的土地沙化是四合木减少及其分布区景观格局变化的直接原因。     

郑州市2001~2007年城市扩张过程中城市用地景观特征分析

城市用地景观对理解城市扩张过程中土地利用的内部特征及其动态变化具有重要意义。利用2001年Landsat7和2007年Spot4影像,采用人工神经网络方法,提取郑州市土地覆被变化信息;并利用景观指数中的平均斑块面积指数、景观形状指数、平均分维指数和平均连接度指数对土地利用景观沿主要方向进行梯度分析。揭示了城市扩张与土地利用的景观变化是一个过程的两个方面;主要经济发展区已成为城市空间扩张的推动力,在提高平均地块面积和地块连通性方面起到一定积极作用,在距市中心10 km范围内紧凑度提高,整体上松散式和紧凑式扩张并存。     

“源-汇”景观格局的热岛效应研究——以武汉市为例

论文基于2017年Landsat 8遥感影像,通过GIS技术选取城市地表温度、源汇景观密度、源汇景观贡献度和景观效应指数,结合地理空间分析和数理统计方法,分析了武汉市局部源汇景观格局对城市地表温度的贡献及其效应。结果表明：① 武汉市城区热岛(urban heat island, UHI)季节变化明显,夏季热岛强度大、范围广,呈“大”字型分布,工业集聚区和经济开发区产生的UHI更显著;② 武汉市城区平均地表温度(land surface temperature, LST)在距市中心约8 km处达到峰值后沿城乡梯度逐渐下降,呈现“倒钩型”特征,这一现象与景观密度变化密切相关;③ LST与源(正向)、汇(负向)景观密度存在极强相关性,不透水表面是城区热岛的主要贡献因子;④ 相同密度的水体和绿地,水体更具有削弱城市热岛效应的功能;⑤ 一般当汇-源景观面积比>0.89(汇区密度>0.47)时,局部景观格局对城市热岛有缓解作用,且局部汇区越集中缓解效果越显著。     

景观演化特征指数及其应用

随着中国城市化建设的快速推进,城市蔓延式增长和生态空间持续性萎缩成为普遍的现象,以地表硬化为主要特征的城市景观格局变化得到广泛关注,而景观扩张指数(Landscape Expansion Index, LEI)是测度这一现象的重要工具。但在新型城镇化背景下,由于大城市空间结构调整优化以及城市绿化率的提高,硬化地景观的收缩与消亡已成为城市景观演变的另一重要形式,因此亟需新的有效手段来刻画城市发展的新特征。在此背景下,本文在LEI指数的基础上,提出景观演化特征指数(Landscape Evolution Characteristic Index, LECI),尝试综合描述城镇化过程中硬化地景观斑块扩张与收缩的动态特征;并基于邻域特征计算的景观演化特征指数,包括景观演化模式识别指数(Landscape Evolution Pattern Index, LEPI)和景观演化规模指数(Landscape Evolution Area Index, LEAI),协同分析两个或多个时相景观格局演变过程中的斑块新生与消亡。本文将LECI指数应用于武汉都市发展区1990-2010年期间的城市硬化地景观演变过程中,与基于最小包围盒的景观扩张指数(LEI)对比分析,结果表明：①LEPI能准确识别不同规模和形状斑块的空间扩张模式,LEAI能够较好反映斑块扩张强度并表征景观扩张方向;②LEPI能有效识别城市景观演变中消亡斑块的湮灭模式,研究区内硬化地景观消亡现象明显加剧,可能与政府加强城市内部改造及绿化建设有关;③LECI指数变化分析发现,武汉都市发展区研究期内的城市景观扩张强度有所放缓,飞地式和边缘式空间增长构成斑块演变的主体,城市硬化地景观扩张模式在空间上呈现明显的梯度分异规律,随距主城区的远近呈现填充式/包围式、边缘式/邻接式到飞地式/孤立式的演替。     

特大城市“三线冲突”空间格局及影响因素

划定“三线”(生态红线、城市开发边界、基本农田保护红线)是构建城市生产、生态、生活空间格局和实现“多规合一”的关键。但在实际工作中,“三线”由不同部门依据不同准则划定,在空间上往往存在冲突。本文以武汉都市发展区为例,从图斑层面探讨“三线冲突”的类型与表征,并分别采用空间格局分析和相关分析法研究“三线冲突”的空间格局特征和区域条件对其影响。研究结果表明：①武汉都市发展区内“三线冲突”以生态—耕地冲突和生态—城市冲突为主,城市—耕地冲突面积较小;②生态—耕地、生态—城市和城市—耕地冲突热点分别集中于都市发展区边缘、都市发展区内部和城乡过渡带,呈圈层分异的特点;③区域条件的6个指标对3类“三线冲突”子类型冲突强度的影响因素各不相同。研究结论为：一是“三线冲突”强度可以用“三线冲突”强度指数(TLCI)表征;二是空间自相关分析、梯度分析、景观格局分析法可以很好地刻画“三线冲突”空间特征;三是对“三线冲突”的自然—人文驱动机制的研究有待进一步完善和深化。本文有助于从城市空间视角加深对“多规冲突”问题的理解,识别“三线冲突”的自然—人文驱动因子,为实现“多规合一”提供理论支撑。     

深圳市近20年城市景观格局演变及其驱动因素

基于深圳市1996—2015年土地利用数据,利用景观指数、景观转移矩阵和景观扩张指数等方法探究了深圳市近20年景观格局时空变化、主要景观类型转移和建筑用地扩张模式,最后使用Binary Logit模型考察了市级和区级建筑用地景观扩张的主要驱动因素。结果表明：① 1996—2015年,深圳市建筑用地景观优势性逐步增强,面积增加15.81%,以蔓延式（61.9%）和填充式（36.27%）扩张为主;② 1996—2006年为城市化快速扩张期,建筑用地扩张呈集中开发形态,景观多样性和均匀性增加,城市扩张中心略微向北部和东部移动,2006—2015为城市化低速过渡期,景观破碎化加剧,城市扩张重心向北部和西部偏移;③ 在市级尺度上,GDP密度和人口密度对建筑用地景观扩张有显著正影响,生态控制线、高程、坡度和至道路的距离有着显著负影响。每单位生态控制线范围、坡度的增加分别将使建筑用地景观扩张的机会比率将平均减少到原来0.8168倍、0.8841倍。各驱动因素表现出区域和尺度差异性,GDP对宝安区、南山区和坪山区,人口增长对宝安区、龙华区,以及交通可达性对大鹏新区、龙岗区驱动分别最为突出。研究结果可以为中国城市快速扩张过程中的景观格局变化提供科学实践。     

城市土地集约利用内部协调性的时空演变——以武汉市中心城区为例

借鉴系统科学中的结构-功能关系理论,构建了城市土地集约利用评价指标体系,研究了1996~2011年武汉市中心城区土地集约利用内部协调性的时空演变,探索了土地结构、土地功能对土地集约利用水平的影响。研究结果表明：① 武汉市中心城区土地结构与土地功能之间的协调性逐渐增强,但是土地功能一直滞后于土地结构,阻碍了土地集约利用水平的提高。② 土地利用目标与土地利用强度之间的协调性逐渐提高。在研究前期,土地利用目标超前于土地利用强度,而在研究后期,两者的关系则相反。土地利用静态结构与土地利用动态变化之间的协调性比较稳定。两者之间的相对发展速度却起伏不定。③ 土地集约利用水平与土地结构之间的局部协调性逐渐上升,且所处的协调发展阶段也不断提高。而土地集约利用水平与土地功能之间的局部协调性也稳步上升,但所处的协调发展阶段却没有明显变化。④ 武汉市中心城区土地集约利用水平逐步提高,尤其在研究后期提高的速度变大。⑤ 土地集约利用水平与土地结构-土地功能之间的协调性有显著的正相关关系,且前者对后者的影响很大。土地结构、土地功能对土地结构-土地功能之间的协调性均有显著的正相关关系,且土地结构对协调性的影响小于土地功能。     

广西贵港市城市建成区景观格局动态变化研究

以高分辨率QulckBird卫星影像及航片为数据源,借助GIS技术平台获得广西贵港市4个时期城市景观类型图;运用景观格局指数定量分析城市景观格局的时空变化特征。分析结果表明,近40a来贵港市城市景观趋于有序多样化,表征城市综合发展水平的公共设施用地、市政公用设施用地和工业用地的斑块数和面积均逐年上升;建成区用地规模在经历了扩展过快和扩展不足的波动后,最近10a趋于合理,但仍存在一定程度的土地资源闲置现象;城市化过程中,城市主要景观要素（公共设施用地、工业用地、居住用地和农田）的空间形状表现出规则整齐的特征,而主要景观要素的空间分布特征具有明显的波动变化趋势。