城市用地遥感监测与动态变化分析——以成都市土地利用为例

本文以成都市为例,应用1996和2002年两期的TM影像资料,对该市6年来的土地利用变化情况及其特点进行了研究,分析出该市各类土地利用数量变化的幅度、速度、区域差异以及土地利用空间变化的主要类型、分布特征和区域方向。结果表明:①从1996年至2002年,成都市土地利用结构变化较大,主要表现为耕地、未利用土地的大量减少和林地(园地)、城镇、居民建设用地的大幅度增加,而水域、草地面积变化不十分明显;②6年间,成都市不同土地利用类型之间的相互转化比较复杂,其主要发生在耕地、林地(园地)、城镇、居民建设用地及未利用土地之间;③成都市各类土地利用变化类型分布呈现出明显的区域差异性。同时,相同土地利用变化类型在不同区域的空间分布状况也存在着较大的差异。     

武汉城市圈土地利用时空变化及政策驱动因素分析

武汉城市圈是全国首批“两型社会”改革试验区之一,而且是中部崛起战略和长江经济带发展战略的重点区域。为了正确认识武汉城市圈土地利用时空变化特征,以及政策因素对土地利用变化的影响,本文基于2000、2005、2010和2015年4期武汉城市圈土地利用现状数据,结合GIS空间分析、数理统计、单一土地利用动态度、土地利用转移矩阵和综合土地利用动态度方法,对武汉城市圈2000-2015年以及3个5年期土地利用变化的总体特征、转化方向和区域差异特征进行研究,并分析政策因素对土地利用变化的驱动作用。结果表明：① 总体特征上,2000-2015年耕地、草地、林地和未利用地面积持续减少,建设用地和水域面积不断增多。② 变化方向上,2000-2015年以耕地、林地转化为建设用地和水域为主要特征,2000-2005年以耕地向水域和建设用地转化为主,2005-2010年以耕地向建设用地、水域,林地向建设用地转化为主,2010-2015年以耕地、林地和水域向建设用地转化为主。③ 区域时空差异上,综合土地利用动态度最大的区域集中在武汉城市圈的中部;从单一土地利用动态度看,耕地主要分布在武汉城市圈周边地区;建设用地主要集中在武汉城市圈中部;水域集中在武汉城市圈的仙桃市;林地主要在潜江市、云梦县;草地主要为英山县。④ 政策驱动因素分析上,中部崛起、两型社会、长江经济带发展战略等政策对土地利用变化具有重要影响。     

北京市高速公路周边土地利用变化对景观格局的影响

高速公路的快速发展在推动经济发展的同时,也对区域的生态环境产生重要的影响。在地理信息系统的支持下,本研究以北京市高速公路网10 km缓冲区为研究区域,利用缓冲区分析、空间分析、统计分析等方法探讨了高速公路周边土地利用变化对景观格局的影响规律。结果表明：① 北京市高速公路周边的土地利用类型主要以建设用地、耕地、林地为主,土地利用变化以耕地向建设用地转入最为显著;② 空间变化上,各缓冲区内土地利用变化以林地、耕地、建设用地的相互转移为主,随着与高速公路的距离增大,土地利用类型从以耕地、建设用地为主逐渐转变为以林地、耕地为主;③ 2005-2015年,各类景观的景观指数变化差异明显,其中水域的斑块密度与分离度指数变化幅度最大,耕地的形状指数增加最快,建设用地的分离度指数减少最多,这与相应的土地利用变化密切相关;④ 基于土地利用变化,北京市高速公路网对周边景观格局的影响范围约为6 km,其中林地转入建设用地以及建设用地与耕地的相互转移是引起公路周边景观空间变化差异的主要原因。     

越南下龙市不同时期土地利用变化特征

在RS与GIS技术支持下,采用人机交互影像解译方法获取了1973、1988、2003和2014年4期土地利用数据,对越南建国到革新开放、革新开放至施行社会主义市场经济以及社会主义市场经济体制改革至今3个不同发展时期下龙市土地利用方式进行了定量研究,并从土地利用变化速度、程度及转移方向3个方面分析了过去40年该区域土地利用格局及时空变化特征。结果表明：① 建国至今下龙市林地占比缩减了26.3 %,城镇用地与工矿仓储二者占比扩大了4.3倍,耕地和红树林仅占下龙市总面积的3.6%和1.3%,同时养殖用地占比为5.5%。② 建国初期至革新开放时期,下龙市土地利用变化主要是城镇用地和工矿仓储的增建,二者均上升4%左右,空间变化集中于鸿基区,林地减少8.1%,耕地减少3.2%,土地利用总格局未产生明显变化。③ 革新开放至施行社会主义市场经济时期,城镇用地和工矿仓储扩建程度分别为过去15年的3倍和2倍,鸿基和拜寨的城区建设逐渐趋于平衡,林地占比减至52.2%,新地类养殖用地出现,红树林锐减。土地利用空间格局呈现破碎化。④ 施行社会主义市场经济体制到至今,林地锐减至40.0%,土地利用格局由林地占主导地位变为人工地类占主导,耕地和养殖用地分布边缘化。     

山西省不同地貌形态类型区土地覆被变化的GIS分析

基于全国1:100万数字地貌数据库,全国2000、2005、2010年土地覆被数据和山西省行政区边界数据,采用土地覆被动态度、转移概率矩阵和地貌面积频度方法,分析了2000-2010年山西省基本地貌形态类型下的土地覆被变化。结果表明：（1）山西省的土地覆被类型以耕地、林地和草地为主,面积总和占省域面积的95%以上。面积变化的总体趋势是耕地和草地缩减,林地和建设用地持续增加。通过分析转移概率矩阵,表明2000-2005年和2005-2010年2个时段内,土地利用的主要转化趋势相似,即林地与草地之间大面积的相互转化,耕地、草地分别与建设用地之间的相互转化。（2）耕地和建设用地的分布,随着起伏度的增大而逐渐减小。林地分布随着起伏度的增加而逐步增大。从面积变化来看,耕地、林地和草地变化主要位于中起伏山地;水域变化主要集中在大起伏山地;建设用地变化主要分布于平原和台地;未利用地变化主要在小起伏山地。从动态度来看,耕地、草地和水域动态度,在大起伏山地地区最大;林地动态度在平原区最大;建设用地的动态度最大位于丘陵;未利用地在小起伏山地地区最大。（3）土地覆被类型之间的主要转化在地貌上也存着差异。平原地区林地的增加主要来自草地转化。台地和丘陵地区3个主要转化类型相似,2000-2005年主要是林地向草地退化,2005-2010年主要是林地和草地的相互转化。在小起伏山地地区,主要是草地和林地之间的相互转化,但草地转化为林地的面积较林地向草地的转化多。中起伏和大起伏山地地区主要以草地和耕地向林地的转化为主,也有较高比例的建设用地转化为林地。封山育林和退耕还林主要是在起伏较大的山地地区,毁林主要发生在地形平缓地区。     

南方山地丘陵土地利用类型的地形影响GIS分析——以江西省为例

分布广泛的山地丘陵,地形复杂多样,生态环境脆弱,不合理的土地利用方式会造成生态环境的破坏,导致严重的水土流失。分析山地丘陵区土地利用的地形控制机制,对于山地丘陵区土地利用开发与水土保持等生态保护之间权衡提供科学依据而具有重要现实意义。因此,本文以南方山地丘陵分布较广泛的江西省为例,在SRTM数字高程模型(DEM)的支持下,利用中国资源环境数据中心基于Landsat遥感解译的2000年土地利用数据,分析了江西省土地利用结构与高程、坡度和坡向等地形因子的关系。结果表明地形因子是影响江西省土地利用方式的一个重要因素,具体表现在:(1)随着高程和坡度的增加,耕地面积及占土地总面积的比例都呈下降趋势,南坡耕地面积和比例都大于北坡的耕地面积和比例;(2)在低海拔区,林地面积占土地总面积比例随着海拔高程的增加而增加,当海拔高于400米时,基本稳定;(3)居民点和工矿用地受高程和坡度的影响较大,受坡向影响较小;(4)草地的面积随着海拔的增加呈下降趋势,但其面积比随着高程增加呈缓慢增加,受坡度和坡向的影响较小。     

土地利用和气候变化对海河流域蒸散发时空变化的影响

蒸散发（ET）是水文能量循环和气候系统的关键环节,研究ET的时空变化特征及其响应土地利用和气候变化的驱动机制对于理清流域水资源和气候变化的关系具有重要的意义。本文基于MOD16/ET数据集定量分析了海河流域2000-2014年ET的时空变化特征,并结合时序气温降水数据和土地利用数据,采用相关分析方法定量探索了ET与气候因子的驱动力关系。结果表明：① 海河流域2000-2014年ET表现为较为显著的空间分布格局,呈现出北部和南部高、西北部和中东部低的分布特性。不同土地利用类型的多年ET呈林地>草地>耕地>其他类型的特征;② 2000-2014年海河流域年均ET波动范围为371.96~441.29 mm/a,多年ET的均值为398.69 mm/a,平均相对变化率为-0.41%,整体呈下降趋势;③ 多年月ET与气温和降水均呈单峰型周期性变化趋势,年内月ET呈单峰变化趋势;④ 春秋两季的ET与降水和气温的相关性明显高于其他季节,ET与气温和降水的平均相关系数是-0.17和0.37,表明降水对于ET的响应程度强于气温;⑤ 驱动分区结果表明海河流域ET受气候因子驱动的主要类型是降水驱动型和降水、气温共同驱动型;⑥ 海河流域耕地ET变化气候因子驱动模式主要是降水、气温共同驱动型;林地、草地的驱动模式主要气温驱动型和降水驱动型,其他土地利用类型的驱动模式主要是受其他因素驱动。该研究将对海河流域水资源开发管理和区域气候调节起到科学指导作用。     

基于转移矩阵的兰州市商业用地质量演变分析

将地类转换倾向性模型中的马尔可夫链引入城市用地质量演变分析中,通过建立土地质量等级转移矩阵,以兰州中心城区商业用地2009—2014年质量等级变化为应用案例,探讨土地质量转移矩阵对城市用地质量演化的影响。研究表明,转移矩阵的构建能够有效的反映城市用地质量等级演变倾向,在一定程度上预测未来城市土地质量的演变趋势,探寻城市用地质量演变的驱动力,有利于指导和促进城市未来土地资源的高效合理利用。     

厦门市林地与建设用地对大气气溶胶空间分布的影响分析

分析大气气溶胶空间分布的影响因素有助于理解其变化机制与规律,从而为大气环境质量的调控提供科学依据。本文以厦门市为例,利用MODIS-Aqua卫星遥感影像,反演了大气气溶胶光学厚度。同时,选取Landsat8 OLI卫星数据,进行土地覆被分类。在此基础上,利用相关分析、一元线性回归模型和方差分解,对比研究了城市林地和建设用地对大气气溶胶空间分布的影响作用,得出以下结论：① 暗像元与插值法的结合适合厦门地区春季气溶胶光学厚度的反演;② 建设用地上空气溶胶光学厚度值明显高于林地;③ 林地对气溶胶空间分布的影响作用强于建设用地。本研究对缓解城市大气污染和改善城市生态环境具有重要参考价值和意义。     

基于改进Markov-CA模型的黄土高原土地利用多情景模拟

土地利用/覆被的时空变化研究能为区域生态环境恢复和生态系统集成管理提供科学支持。集成Logistic回归模型、改进的Markov与FLUS模型模拟黄土高原2020—2050年3种典型情景土地利用变化。发现各情景土地利用面积变化及空间置换转移主要集中在农用地、草地和城镇用地;历史趋势延续情景下农用地减少15 205 km²,草地、城镇用地分别增加2742 km²和16 007 km²;生态保育管护情景中草地增加7076 km²,林草用地增长存在权衡关系（r_{主要林地-草地}=-0.66）,在典型区域的生态恢复管理中应加以重视;城镇发展建设情景中农用地减少20 256 km²,城镇用地增加22 032 km²,变化均达到极值,其中,南部城镇扩张与农用地减少存在强权衡关系（r_{农用地-城镇用地}=-1）。改进的Markov-FLUS模型适用于黄土高原地区的土地利用模拟,情景分析可有效揭示区域生态保护与城镇扩张的阈值变化,为区域土地利用政策权衡管理和水土保育提供科学依据。     

黄土高原生态退耕的时空分异特征

生态退耕是调整陆地生态系统结构与功能以应对土地利用过度干扰的重要途径之一,因此科学掌握退耕格局与耕地格局演变对黄土高原生态环境治理与生态修复具有深远意义。本文以位于黄土高原的延安市为典型区,从生态退耕的整体特征、地形因素及区域差异等角度,探究生态退耕以来其耕地变化及退耕状况的空间分异特征。结果表明：生态退耕致使延安市耕地面积由2000年的11 752.80 km²减少为2013年的9149.93 km²,退耕面积为2756.85 km²,退耕指数为22.15%,且退耕耕地主要转化为林地、草地,占退耕面积的95.29%;耕地与退耕面积主要分布于6~15°、15~25°坡度及第II级（925~1115 m）、第III级（1115~1275 m）,且2005-2013年的生态退耕速率均高于2000-2005年的生态退耕速率;县域退耕面积及退耕程度均呈现由北向南依次递减的分异特征,而退耕重心与耕地重心均在延安市几何中心以北的安塞县与宝塔区边界,且生态退耕的重心由东北向西南方向迁移,耕地重心则由北向南迁移。本文通过对延安市生态退耕的时空分异特征分析可为黄土高原更加科学合理地推进生态保育与生态文明建设提供参考。     

我国北方农牧交错带西段退耕对土壤保持功能影响研究

退耕还林（草）等生态工程对区域用地结构及生态系统服务功能产生了重要影响。本研究基于RUSLE模型,并辅以遥感监测与GIS空间分析方法,对北方农牧交错带西段2000-2015年退耕状况及其引起的土壤保持功能变化分3个时段（2000-2005年、2005-2010年及2010-2015年）进行了探究。结果表明：北方农牧交错带西段地区2000-2015年耕地面积净减少1663.83 km²,以转为林地、草地、建设用地为主,其中耕地转林、草地净减少面积为1113.64 km²,草地和未利用地是新增耕地的主要来源;15年间土壤保持功能提升显著,退耕还林（草）工程的实施使土壤保持量增加了56.50×10⁴ t,2005-2010年由退耕所带来的土壤保持增加量在3段时期中最高;不同坡度等级的生态退耕引起的土壤保持增加量差别较大,总体随着坡度升高呈下降趋势,但在25°以上的陡坡耕地由退耕还林（草）带来的土壤保持效益又有所升高。研究对于评估北方农牧交错带西段地区实施退耕还林（草）等工程的生态效益具有重要意义,并能为区域生态保护与修复工程的建设规划提供科学依据。     

Land cover change in different altitudes of Guizhou-Guangxi karst mountain area,China: patterns and drivers

Topography, especially altitude, will influence the way, process and characteristics of land cover changes in mountainous area, simultaneously, the vertical difference of land cover changes will affect soil quality and regional ecological environment. Therefore, the gradient relationship analysis between land cover changes and altitude is very important for regional sustainability. This study investigated land cover dynamics based on land cover data from a typical mountainous area in the Guizhou-Guangxi karst mountain area, China, in 2000 and 2010, then explored the relationship between altitude and land cover change and analyzed different drivers of land cover change at different altitudes. Our findings are as follows. 1) From 2000 to 2010, the total area of land cover transition was 7167.04 km~2 or 2.8% of the region. The increasing area of build-up land(926.23 km~2) was larger than that of forest(859.38 km~2), suggesting that the urban construction speed was higher than that of reforestation. 2) Intensity of land cover transition in northwestern Guizhou-Guangxi karst mountain area was much larger than that of southeast part and their transition trend was also significantly different, which was consistent with regional population and economy. 3) Human activity was the most dramatic at altitudes between 0–500 m. For 500–1000 m, grassland mainly converted to forest and build-up land. Area of land cover transition was the greatest between 1000–1500 m, while above 1500 m, the transition of grassland was the most obvious. 4) The drivers of land cover change varied. Land cover change was positively correlated with gross domestic product and population density but was inversely related to relief amplitude. There were correlations between land cover change and distance to roads and rivers, and their correlations varied with altitude. By revealing patterns and causes of land cover changes in different altitudes, we hope to understand the vertical dependence of land cover changes, so as to improve land productivity and protect land ecological environment scientifically.     

Land use and land cover change on slope in Qiandongnan prefecture of Southwest China

This study uses DEM(Digital Elevation Model) data and remote sensing maps of the study area in 1993, 1999, and 2009 to analyze the slope gradient change of land use patterns in Qiandongnan Prefecture, Guizhou province, China. The land use data were classified into five types, forest, farmland, grassland, water and built-up, the slope gradients were divided into four grades. Indices for analyzing land use features were defined by their proportions, transformation matrixes, land use degree and changes.The results showed that all land use types can be found at every gradient. Generally, with the slope degree increased, the area of forest being augmented as well, while the area of the other land use types(farmland, grassland and build-up) declined. Moreover, a mass of farmland were shifted from other land use types from 0° to 25°, while a quantity of forest were transformed from the other land use types on 25° from 1993 to 2009. In terms of land use degree and changes, the area of farmland and buildup land use types decreased when slope degree increased. Finally, we calculated the five landscape pattern metrics: Patch Density(PD) value, Largest Patch Index(LPI), Shannon's Diversity Index(SHDI), Area-Weighted Mean Shape Index(AWMSI) and Contagion Index(CONTAG). The results of metricsanalysis showed that PD values, SHDI values and CONTA values had a similar variation trend, that is, they decreased when slope degree increased. There was no obvious variation trend on LPI value.     

基于土地利用格局变化的胶东半岛生境质量时空演变特征研究

生境质量受人类活动引起的土地利用变化影响日益严重,因此,对于生境质量的监测与评估具有重要意义。基于2000、2005、2010、2015和2020年土地利用数据,利用GIS空间分析技术和InVEST-Habitat Quality模型,对胶东半岛土地利用和生境质量时空特征进行定量化描述,甄别生境质量变化的热点区域,探究胶东半岛土地利用格局变化对生境质量的影响。结果表明：耕地一直是胶东半岛的主要土地利用类型,该地区整体土地转移的速率呈缓慢上升趋势,建设用地的转入和耕地的转出尤为突出;胶东半岛5个年份的生境质量平均值分别为0.565、0.560、0.552、0.548、0.545,总体上呈下降趋势;不同等级区域的面积占比大小依次为：中等、高、低、较高、较低;中等生境质量区域面积减少最多,而低等生境质量区域面积增加最多,内陆区域生境质量高值区面积小且分散,而生境质量低值区分布相对集中且呈块状、片状;生境质量指数变化速率在减缓;不同区域中,生境质量对于土地利用变化的响应不同,建设用地增加是胶东半岛地区生境质量整体下降的主要原因,而滨海湿地增加提高了局部区域的生境质量。本研究将为胶东半岛地区土地的规划管理和生态环境保护提供相关科学参考。     

Comparison and analysis of agricultural and forest land changes in typical agricultural regions of northern mid-latitudes

The northeastern China, the United States, and the western Europe are important agricultural regions both on the global and regional scales. The western Europe has a longer history of agricultural land development than the eastern United States. These two regions have changed from the deforestation and reclamation phase in the past to the current land abandonment and reforestation phase. Compared with the two regions, large-scale land exploitation has only been practiced in the northeastern China during the last century. After a short high-intensity deforestation and reclamation period, agricultural and forest lands are basically in a dynamic steady state. By comparing domestic and international agro-forestry development and considering the ecological environment and socio-economic benefits that can be derived from agro-forestry, this paper suggests that large area of reforestation would be inevitable in future though persistent and large agricultural demand in coming decades even more. And local reforestation at slope farmland with ecological vulnerability should be imperative at present to avoid severer damage. At the same time, from the perspective of Land Change Science, the results demonstrate that the research on land use change in the agro-forestry ecotone is typical and critical, particularly those dealing with the analysis of spatial and temporal characteristics and the simulation of climate, hydrology, and other environmental effects.     

Spatio-temporal pattern of net primary productivity in Hengduan Mountains area,China: impacts of climate change and human activities

Net primary productivity(NPP), a metric used to define and identify changes in plant communities, is greatly affected by climate change, human activities and other factors. Here, we used the Carnegie-Ames-Stanford Approach(CASA) model to estimate the NPP of plant communities in Hengduan Mountains area of China, and to explore the relationship between NPP and altitude in this region. We examined the mechanisms underlying vegetation growth responses to climate change and quantitatively assessed the effects of ecological protection measures by partitioning the contributions of climate change and human activities to NPP changes. The results demonstrated that: 1) the average total and annual NPP values over the years were 209.15 Tg C and 468.06 g C/(m2·yr), respectively. Their trend increasingly fluctuated, with spatial distribution strongly linked to altitude(i.e., lower and higher NPP in high altitude and low altitude areas, respectively) and 2400 m represented the marginal altitude for vegetation differentiation; 2) areas where climate was the main factor affecting NPP accounted for 18.2% of the total research area, whereas human activities were the primary factor influencing NPP in 81.8% of the total research area, which indicated that human activity was the main force driving changes in NPP. Areas where climatic factors(i.e., temperature and precipitation) were the main driving factors occupied 13.6%(temperature) and 6.0%(precipitation) of the total research area, respectively. Therefore, the effect of temperature on NPP changes was stronger than that of precipitation; and 3) the majority of NPP residuals from 2001 to 2014 were positive, with human activities playing an active role in determining regional vegetation growth, possibly due to the return of farmland back to forest and natural forest protection. However, this positive trend is decreasing. This clearly shows the periodical nature of ecological projects and a lack of long-term effectiveness.     

近20年黄土高原土地利用/覆被变化特征分析

本文根据黄土高原地区20世纪80年代末、2000年、2008年3期土地利用/覆被空间数据集,计算2个时段（20世纪80年代末-2000年,2000-2008年）土地利用/覆被转类方向及其幅度、土地利用/覆被转类指数、土地利用/覆被状况指数及其变化率,分析黄土高原地区自20世纪80年代末以来土地利用/覆被时空变化特征以及宏观生态状况的变化趋势。结果显示：黄土高原地区近20年来平均土地利用/覆被状况指数为24.07,其中土石山区生态系统综合功能最好,其次为河谷平原区,最差的为农灌区。20世纪80年代末-2000年,黄土高原地区主要土地利用/覆被转类是森林和草地转为耕地,生态级别由高级向低级转移,2000-2008年主要土地利用/覆被转类是耕地转为林地和草地,低覆盖草地转为中高覆盖草地,生态级别由低级向高级转移。近20年来黄土高原地区地覆被状况指数变化以及土地利用/覆被转类指数表明,该区域的宏观生态状况总体上经历了转差（20世纪80年代末-2000年土地利用/覆被转类指数为-1.08）,后转好（2000-2008年土地利用/覆被转类指数为2.66）2个过程。这一变化过程前期受区域气候变化以及人口增长共同驱动,后期则叠加了生态工程的影响。