基于DMSP/OLS夜间灯光影像的中国东部沿海地区城市扩展动态监测

美国国防气象卫星搭载的业务性线性传感器（DMSP/OLS）所获取的夜间灯光影像数据,能够客观地反映人类对城市建成区的开发建设范围与强度,已广泛地应用于城市扩展的动态监测。本文利用不变目标区域法对长时间序列DMSP/OLS夜间灯光影像进行辐射校正,基于校正后的影像对2001-2013年中国东部沿海地区的城市建成区范围进行提取,结果表明：① 建成区面积从2001年的7550 km²,增加到2013年的21 650 km²,共扩展了14 100 km²,虽然建成区面积呈逐年增加的趋势,但其扩展速率则在逐步减缓,城市重心逐渐向南转移;② 在空间上形成了京津唐、长江三角洲和珠江三角洲3城市群,研究发现京津唐的中小城市面临难以获得发展资源的问题,导致了该地区发展的不平衡;③ 综合分析建成区扩展和经济统计数据,结果表明人口和经济是建成区扩展的主要驱动因子,但同时城市快速扩展也给东部沿海地区带来了一定程度的用地浪费问题;④ 由于DMSP/OLS夜间灯光影像受到自身空间分辨率的限制和灯光过饱和的影响,易造成城市建成区边缘细节部分的错提。新一代Suomi NPP/VIIRS夜间灯光影像在空间和光谱分辨率上均有较大提高,在后续的研究中应充分挖掘其数据优势,以期提供更加精准的城市扩展动态监测。     

“海上丝绸之路”超大城市环境变化遥感分析

随着城市化进程的加快,如何及时、精确地对城市环境的变化做出评价,进而制定出合理的发展方案,对城市可持续发展至关重要。本文综合利用卫星遥感获取的PM_2.5浓度数据、地表温度数据（Land Surface Temperature,LST）、植被指数数据（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）及城市用地辅助信息数据,基于综合评价指标,分析海上丝绸之路沿线12个超大城市地区2000-2013年环境质量的动态变化。研究结果表明,2000-2013年,海上丝绸之路沿线约75%的超大城市呈现出不同程度的环境恶化现象。12个超大城市用地环境恶化及逐步恶化面积占研究区域总面积的31.33%（4732.39 km²）。2000-2013年,城市扩张用地恶化和逐步恶化面积约占总扩张用地的29.48%（3765.83 km²）。平均地表温度的上升、植被覆盖度的急剧下降及PM_2.5浓度的增加均对海上丝绸之路沿线超大城市环境质量变化产生影响。其中,空气中PM_2.5浓度的大幅度增加是2000-2013年海上丝绸之路沿线超大城市扩张用地环境退化的主要原因。     

基于支持向量机的京津冀城市群热环境时空形态模拟

城市群热环境作为区域生态重要组成部分,已成为近年来的研究热点。而如何选择针对城市群这种复杂地地貌特征的热环境量化工具一直是亟待解决的技术难点,基于此本研究提出了一种解决多样本、非线性、非平稳及高维函数拟合的计算方法,并建立了基于支持向量机(SVM)的京津冀城市群热环境曲面模型来揭示城市群热环境的时空形态变化。研究结果表明：① SVM模型在刻画多核心、多种土地利用类型城市群热环境的空间分布方面具有理论与实践可行性,能够根据热环境的整体空间布局通过高斯核函数进行局部优化差值,最大限度减少缺省值对模型拟合结果的影响。相比于对照方法可以模拟出更高精度的复杂地貌特征城市群热岛空间分布格局;② 在SVM模型曲面拟合的过程中,拟合精度和拟合时间是衡量拟合结果的重要指标,而原始影像的分辨率则是影响该指标的决定性因素;③ 2003-2013年区域内北京市与天津市的城市热岛效应变化最为明显,热岛面积分别增加7091 km²与4196 km²,空间上呈现出逐年接近连片发展趋势,热岛重心移动轨迹具有明显的时空分异性。北京城市热岛特征为东南部地区异速增长,西部地区缓慢增长;天津城市热岛特征为以城市中心为圆心向周围扩展。本研究进一步丰富了城市群热环境评测的定量方法,可以在实践上对城市群的城市规划、城市建设、环境保护和区域可持续发展等提供定量化、可视化的决策支持。     

城市群飞地型斑块空间活力对比 ——以中国三大城市群为例

飞地增长是指新增建设用地与原有建设用地相离的扩张方式,是快速城市化的中国城市发展中普遍存在的现象.本文以多源地理大数据以及土地利用数据为基础,在斑块尺度单元,测度中国三大城市群在1995—2015年间新增飞地斑块空间活力水平.研究表明:长三角地区飞地斑块数量最多、总面积最大,而斑块空间活力最低;珠三角地区的飞地斑块数量最少,斑块平均面积最大且空间活力最高;而京津冀的飞地斑块空间活力分布最不均衡.本文研究成果为认识和把握中国三大城市群20年来飞地型开发区的发展状况以及为探索健康合理的城市空间形态提供了参考.     

纳入动态数据的改进FLUS模型在城市增长边界划定中的应用

城市增长边界是管控城市建设用地无序扩张的有效手段,科学合理划定城市增长边界是当前研究关注的重要课题。本研究试图引入百度动态交通时间和POI数据改进FLUS模型,以长沙市中心城区为例,采用2000、2010和2018年3期土地利用数据对比验证改进FLUS模型模拟精度,并利用改进FLUS模型设置2种情景,模拟2030年长沙市中心城区土地利用变化,结合用地适宜性评价划定城市增长边界。结果显示：① 纳入动态数据的改进FLUS模型模拟2010年和2018年土地利用相比原模型KAPPA系数提高了2.90%和2.74%,总体精度提高了1.79%和1.83%,表明改进模型具有更高模拟精度;② 利用改进FLUS模型模拟的2030年长沙市中心城区土地利用变化,基准情景和生态保护情景建设用地规模分别为930.06 km²和881.36 km²,均以耕地转为建设用地比例最大;③ 长沙市中心城区刚性增长边界范围为1479.59 km²,占中心城区总面积的37.38%,边界内包含了芙蓉区、天心区、雨花区、岳麓区和开福区的大部分区域;④ 基准情景和生态保护情景下,长沙市中心城区弹性增长边界面积分别为799.35 km²和742.92 km²,建设用地扩张空间主要为长沙县和望城区,结果与2010版长沙市城市总体规划拓展方向一致。纳入动态数据的改进FLUS模型多情景模拟划定城市增长边界,能更高精度的为规划决策提供科学依据。     

地缘经济合作背景下的中国磨憨-老挝磨丁口岸地区建设用地扩张

20世纪90年代以来,在地缘经济合作机制的影响下,作为中南半岛唯一的内陆国家,老挝边境地区正在经历以建设用地扩张为主的土地利用与覆被变化（LUCC）。本文以中老磨憨-磨丁口岸为例,基于2016年2月-2018年11月10期Sentinel-2 A/B 10 m分辨率遥感影像,利用面向对象与分类后目视修改相结合方法提取2016-2018年磨憨-磨丁口岸15 km缓冲带的建设用地分布信息,并分析了建设用地的时空变化及国别差异。研究结果表明：① 中老磨憨-磨丁口岸地区经历了阶段性快速发展,由2016年年初的1098.8 hm ²激增到2018年年底的2238.8 hm ²,增加了1140.0 hm ²,其中50.8%的新增建设用地集中在海拔800~1000 m,80.9%在坡度20°以下;② 中国磨憨口岸侧建设用地占研究区建设用地的比重从63.3%递减至54.8%,但仍占规模优势,由695.4 hm ²猛增到1226.7 hm ²,平均增幅6.7%;③ 老挝磨丁口岸侧建设用地增加近1.5倍,从403.4 hm ²剧增到1012.1 hm ²,平均增幅11.1%,占比由36.7%递增到45.2%。可见,日益发展的地缘经济合作是推动中老两国边境地区（特别是口岸）土地利用变化的主要诱因。     

基于夜间灯光数据的北部湾城市群空间扩张及驱动力研究

针对以往研究城市问题在数据真实性和空间属性上存在不足、研究内容多探索其表面特征和时空变化过程、研究方法和因子选择具有一定的局限性等弊端,本研究以北部湾城市群为例,利用夜间灯光数据提取城市建成区面积,从城市建成区面积年扩张速度、年扩张动态度、年扩张强度、扩张协调性,分析2006～2020年城市空间扩张特征;利用灰色关联模型分析城市建成区面积与八个社会经济因子之间的关系,探究引起城市扩张的驱动力。研究结果表明：(1)利用夜间灯光数据提取城市建成区面积能够弥补传统数据的不足,准确地得到空间扩张水平估计;(2)大部分城市扩张与人口增长协调不佳,省会城市南宁市、海口市始终是北部湾城市群空间扩张的中心;(3)城市扩张与八个社会经济因子联系紧密,人口密度是促进北部湾城市群空间扩张的最主要因素。     

中国大城市的城市组成对城市热岛强度的影响研究

城市的快速扩张诱发并加剧了城市热岛效应,对人类健康和生存发展提出严峻挑战,因此,探索城市组成对城市热岛的影响具有重要意义。本研究在传统城市热岛影响因子的基础上,重点分析城市组成与城市热岛的关系。以13个中国大城市为研究区,利用2015年夏季（6-8月）白天和夜间的MODIS LST数据计算城市热岛强度,并结合土地覆盖数据、人口、区位和气象数据,分析热岛强度和城市地表组成、地表空间格局、人口和区位4类因子的关系。研究结果表明：中国的13个大城市均存在不同程度的热岛效应,城市白天的热岛效应比夜间显著。影响城市白天热岛强度的主要因子为城市建筑用地和林地面积比例、城市建筑用地和林地平均斑块面积、城市建筑用地聚集度和人口密度。城市建筑用地和林地平均斑块面积、城市建筑用地聚集度和林地斑块密度是夜间热岛强度的主要影响因子。城市建筑用地面积和乡村林地面积的增加会导致城市热岛情况的加剧,而通过调节城市地表空间格局（减少平均建筑用地斑块面积和降低建筑用地斑块聚集度）可以更好地降低城市地表温度,减缓城市热岛效应。     

近20年东莞市城市扩张的时空特征分析

深入分析建设用地演变过程,掌握城市扩张不同阶段的时空特征,对科学推进国土空间规划编制实施具有重要意义.基于多时相卫星遥感影像来解译东莞市建设用地,使用重心空间轨迹模型及空间扩张象限分析法,实现对东莞市近20年来城市扩张的时空特征分析.结果表明:2000—2020年,东莞市建设用地面积增加显著,城市扩张明显,部分区域的建设用地经历了点集聚—线集聚—面集聚的分布格局变化,最终形成城乡无差别的建设用地连片区.东莞市建设用地虽然依旧在不断地扩张,但是幅度持续减缓,同时建设用地的分布具有显著的空间异质性.研究结果能够更好地了解东莞市的城市结构,为城市规划和管理决策提供支撑参考.     

近20年来苏锡常地区建设用地扩展及耕地占用态势的遥感分析

本文在苏锡常地区已有三期矢量数据(1988、1995和2000年)的基础上,对2008年TM影像进行监督分类,经过人工解译辅助处理得到20世纪80年代以来4期土地利用时间序列数据。研究了近30年来,苏锡常地区建设用地扩展及其对耕地占用的态势。主要结论有:(1)从整体扩展面积看,1988年到2008年建设用地面积扩展总计2 354.55km²,其中,城市扩展面积最大,为1257.26km²,占到总扩展面积的一半,其次,是建制镇的扩展,面积达695.91km²,农村居民点扩展面积为355.96km²,扩展最少的是工矿交通用地,为45.42km²;(2) 城市扩展所占用的土地资源主要来源于对耕地的占用。从三个不同时期来看,1995-2000年耕地转化为建设用地最少,为262.36km²,1988-1995年占用耕地面积656.36km²,而在2000-2008年耕地被占用高达1 343.56km²。这些数据为我国东部城市化地区土地利用规划与管理政策的制定提供决策依据。     

1992-2010年基于DMSP-OLS图像的环渤海城市群空间格局变化分析

从DMSP-OLS数据提取城市区域的经验阈值法存在固有的缺陷,经验阈值对不同的空间区域不具备通用性,不适用的经验阈值,将导致城区面积提取具有较大误差,可采用统计数据对经验阈值进行修正以降低误差。本文在大时空尺度条件下以少量样本城市的统计数据对经验阈值方法进行了修正;另采用Elvidge二次多项式模型对DMSP-OLS时间序列数据进行了校正。在此基础上选取总斑块数量、景观总面积、平均斑块大小、最大斑块面积比、斑块密度、景观形状指数、总边界长度、平均边界密度和斑块平均回旋半径共9个景观生态学指标,采用FRAGSTATS 3.3软件计算分析了1992-2010年环渤海区域城市发展的空间格局变化特征。结果表明:1992-2010年间,环渤海区域城市化进程持续较快发展,城市建成区总面积增加了2.14倍,平均城市建成区面积增加了76%,提取到的城市斑块平均回旋半径增加了约26.5%,并且城市景观斑块的复杂度明显上升,可检测到的城镇总个数增加了82%。但是,每100km2内孤立的城市景观斑块数却降低了约76%;大城市持续扩张的相对速度慢于中小城市,城市区域边界密度和整体城市分布景观格局破碎度逐渐降低,核心城市与周围卫星城市的景观斑块的联通性逐步增加。     

长江三角洲城市化地区植被初级生产力的时空变化研究

城市化过程对植被初级生产具有重要影响。以往研究主要集中于城市用地扩张对植被初级生产力的直接影响分析,而较少关注其间接效果。本文以长江三角洲地区为例,分别从地区尺度和城市尺度分别分析了2000-2013年植被初级生产力的时空变化,探讨了其与气温、降水量及城市建成区绿化覆盖率的关系。研究表明：地区尺度上,2000-2013年长江三角洲植被初级生产力呈现不断增加,其中城市建成区植被初级生产力呈现显著增加的趋势（P<0.05）;城市尺度上,城市建成区内植被初级生产力主要呈现增加的趋势,而其外围缓冲区内则与此相反。在当前气候变化背景下,这可能与城市建成区绿化覆盖率不断增加,及快速的城市扩张有关。     

基于无人机航摄影像的喀斯特地区裸岩信息提取及景观格局分析

喀斯特地区不同石漠化等级的结构和格局是实现区域石漠化治理的重要基础信息,受技术手段的限制,目前这方面的研究进展仍非常缓慢。随着无人机技术的快速发展,高精度的地表信息获取越来越方便、且成本较低。本研究利用无人机影像,对比了基于像元的非监督和监督分类方法以及面向对象的分类方法在裸岩信息提取中的表现,发现面向对象分类结果具有更高精度。基于获得的裸岩分布信息的研究结果表明：① 岩石平均斑块面积与裸岩率呈负相关的关系,岩石斑块个数与裸岩率呈正相关关系;② 通过对比不同裸岩率（11%、20%、29%和48%）基质的景观斑块指数、景观形状指数和景观破碎度指数对不同裸岩率的景观分布的影响,从而表明了在不同的石漠化地区随着裸岩率的增加,岩石形状指数与岩石破碎度指数均逐渐增加,进而表明石漠化程度越严重;③ 裸岩率不同的地区表现不同的分布形态和斑块特征,裸岩率越高,岩石越破碎,斑块分布较为分散。小尺度斑块景观格局与区域的生态过程有着重要关系,开展小尺度景观格局的研究会深化区域尺度石漠化发展过程的理解。石漠化地区的小尺度斑块景观格局变化影响区域的生态过程,对以后的石漠化过程以及未来石漠化演变的发展有重要的启示作用。     

基于空间突变特征的城市边缘区提取方法

城市边缘区位于城市与乡村之间的过渡交接地带,既是城市扩张的前沿,也是城乡建设和用地置换中最具活力的地区。准确识别城市边缘区的空间范围一直是城市空间结构研究的核心问题,有助于从城乡对比的角度来衡量城市化程度。本文以城市边缘区的空间突变特征为切入点,基于格网尺度评价构建基于多源数据的城市边缘区特征识别指标,然后采用小波变换检测进行特征值突变点群的识别,并利用基于Delaunay的自动边长阈值的边界提取算法识别突变点群内外边界,从而实现了一种基于空间突变特征的城市边缘区提取方法。最后,以江阴市作为研究区进行了实证分析,并将本文方法提取结果与通过信息熵模型和土地利用程度综合指数模型提取城市边缘区的经典方法提取结果进行对比,经典方法所提取的城市边缘区结果更为混乱分散,而本文结果更为完整客观。将本文方法提取结果与使用土地利用数据与行政区划统计年鉴数据构建城市边缘区识别指标进行突变检测的不同指标方法提取结果进行对比,二者重叠度达88.03%,体现了本文方法的正确性,而从局部细节分析来看,本文结果更符合实际情况。为了更好地验证本文方法的有效性,利用景观格局指数对本文方法和不同指标方法提取的城市建成区、城市边缘区和乡村腹地的范围进行检验：从斑块类型层级指数分析, 2种方法划定的区域都具有典型的空间特征;而从景观层级指数分析,本文识别出的边缘区所计算的斑块密度、最大斑块指数、景观分离度、景观破碎化指数和香农多样性指数均高于对比方法,而蔓延度和香农均匀度均低于对比方法,说明本文识别的城市边缘区范围内景观破碎化程度和异质性更高,景观分布不均匀,社会经济条件更复杂,从而证明了本方法的有效性,尤其适合于非闭合环状的城市边缘区的提取。     

GF-2在城市绿地分类及景观格局度量中的应用

城市植被是维护城市生态系统平衡的重要组成元素,不同类型的植被具有不同的生态服务效益,然而基于植被精细分类的城市绿地景观格局度量研究较少。因此本文以北京城市副中心为研究区,使用夏、冬两季GF-2卫星遥感影像,基于随机森林特征优选和面向对象分类,划分了植被类型,并在此基础上使用景观指数法和移动窗口法分别度量了功能区尺度和栅格尺度绿地景观特征。研究结果表明：针对GF-2数据,使用多尺度分割后影像对象的光谱、纹理特征可以有效地提取植被信息;不同时相的影像能反映各类型植被的物候特征,相比于单时相数据,其分类精度更高,达到了87.7%;各功能区绿地景观格局特征差异较大,城市绿心拥有最丰富的植被且分布集中,商业区植被覆盖度和多样性均较低,绿地景观破碎;北京城市副中心景观多样性及各类型植被分布特征的空间差异显著,当前副中心绿地景观格局已形成规划的基本轮廓,但城市绿心和老城区公共绿地的建设仍有不足。研究探明了北京城市副中心绿地建设现状,证明了国产GF-2卫星在城市生态环境监测中具有较高的应用价值,有助于推动GF-2在城市生态环境领域的应用,并为副中心建设中的绿地系统监测和优化提供参考。     

中国道路网引起的景观破碎格局及其对保护区的影响

道路的修建往往带来景观破碎、生态系统功能受损等后果。有关道路网络的生态影响格局及其影响因素,是当前道路生态学、地理空间分析等领域共同关注的问题。本文利用2015年全国道路网络数据,采用定量空间分析方法,刻画了当前中国铺装道路所引起的陆表景观破碎的格局特征,并分析了道路网络对自然保护区的干扰及与多变量的影响关系。结果表明：① 全国铺装道路的生态影响面积占陆地面积的10%,将陆表切割成3万多个斑块,并呈现小斑块数目众多,大斑块数目较少的分布特点;同时,陆表破碎化程度呈现明显的东西分异规律,空间格局与人口分布、经济发展水平等影响因素的地理分布规律趋同;② 全国约58%的自然保护区受到道路干扰,保护区的受干扰情况存在高等级保护区受干扰弱、低等级保护区次之、国家公园受干扰程度最强等差异特征,且国家公园处于受干扰高于未设保护区域的状态;③ 主要人类活动因素与保护区受干扰程度呈正相关,保护区面积、地形因素与受干扰程度呈负相关,具有面积小、受保护等级低、位于平原地区、气候适宜等特征的保护区更易受到道路干扰,处于已经受到人类活动破坏,生态脆弱的状态。因此,中国道路建设应追求社会发展与生态保护双平衡,同时道路干扰受到自然以及人文要素的共同作用,在相关影响机制研究和生态保护政策制定中应进行综合考虑。     

城市气溶胶光学厚度空间格局特征多指标综合分析

本文以厦门市为例,基于MODIS影像反演的大气气溶胶光学厚度（AOD）,利用空间自相关和景观格局指数从数量、形态和结构方面综合分析了2014年各月份（5月和9月除外）AOD时空格局变化。结果表明,研究区AOD具有明显的时空分布差异,林地上空的AOD处于较低等级,建设用地上空AOD大部分处于中高等级;AOD在春夏季较大,在秋冬季较小。AOD分布存在显著正空间自相关性,而且主要存在高高（HH）、低低（LL）、高低（HL）3种聚集模式。低低聚集模式主要分布在厦门市的北部山区;高高（HH）和高低（HL）模式主要分布在本岛东北部新城和本岛外各新城的城区。在景观格局指数方面,从秋冬季节到春夏季节期间,研究区气溶胶光学厚度高等级斑块增加,景观结构趋于复杂,景观异质性增加。对AOD时空格局变化进行多指标综合分析可以更加深入、细致、全面地刻画气溶胶的变化规律,有助于精确评估气溶胶对环境、气候等的影响,为城市可持续发展提供决策支持。     

Changes of Urban Wetland Landscape Pattern and Impacts of Urbanization on Wetland in Wuhan City

In this study, remote sensing data of Wuhan City,, Hubei Province, China in 1996-2001 were selected to extract wetland landscape information. Several landscape indices were used to evaluate the changes of landscape pattern within the five years, including patch number, patch density, patch fractal dimension, landscape diversity, dominance, evenness, and fragmentation indexes. Then, transformation probabilities of wetland landscapes into non-wetland landscapes were calculated based on Markov Model, and on these grounds the relationship between changes of wetland landscape pattern and urban construction was analyzed. The results showed that fragmentation degree of all wetland types increased, lake area declined, and dominance of natural wetland decreased. The reasons for these results were mainly because of urban construction. According to the features of abundant wetland in Wuhan City, we suggested that protection of wetland landscape should cooperate with urban construction, which means wetland should become important part of urban landscape.     

中国地级城市建成区蓝绿空间时空格局及其气候影响因素分析

蓝绿空间是城市生态安全的重要保障。本文通过谷歌地球引擎（GEE）提取2005、2010、2015与2020年的植被与水体指数数据,构建了包含272个地级城市建成区的蓝绿空间数据库。运用蓝绿空间覆盖率、300 m服务半径覆盖率、分维数与分离度4个指标分析其时空格局与演化模式,并进一步探讨其气候影响因素。结果表明：(1)地级城市建成区蓝绿空间整体呈现为“南高北低”的格局,且南方“西高东低”、北方“东高西低”,但环渤海地区为蓝绿空间覆盖率“洼地”;时间格局为“总体增长、局部降低”,华中地区呈下降趋势的城市最多;(2)就分区而言,西南地区城市建成区蓝绿空间覆盖率最高（平均高于65%）、分离度最低（平均低于0.60）,西北地区覆盖率分异较大,华北地区覆盖率最低（平均10%～30%）且分离度最高（平均约0.98）;(3)采用多尺度地理加权回归模型所得R2为0.85（校正R2为0.83）,其中,降水量对城市建成区蓝绿空间的影响最显著,降水量变化成正相关,气温则成负相关;整体上气候影响与比人为影响相当,但在某些时段间更大。