中国土地利用空间分形结构及其机制

应用分形理论对中国土地空间分形结构及其机制问题进行了有益探讨。首先计算了中国不同土地利用类型空间结构的分维与稳定性指数;其次,分析了北京、安徽、江苏、广东、贵州、新疆、西藏、辽宁等8省区的土地分形结构;进而,在计算北京等8省区土地结构分维与图斑数、平均图斑面积、平均图斑形状指数、第一产业、第二产业、第三产业关联度的基础上,探讨了区域土地图斑数和相应图斑形状指数对土地空间结构分维的重要影响。指出:土地结构分维所能体现出的信息主要还是受到土地类型本身几何属性的影响。     

土地利用类型结构的多尺度转换特征

尺度一直是LUCC到GLP研究所关注的重要问题。以不同比例尺的辽宁省土地利用数据为例,以贵州省土地利用数据进行验证,系统探讨了土地利用类型结构在不同尺度间可能存在的转换特征。结论如下:(1)辽宁省土地利用的分形结构跨1 ∶ 10万、1 ∶ 50万、1 ∶ 100万这3个比例尺客观存在;(2)对不同比例尺的同一区域不同土地利用类型而言,各土地利用类型分维在不同比例尺之间存在的响应关系并不一致,某些土地利用类型的分维随着比例尺由1 ∶ 10万向1 ∶ 50万再向1 ∶ 100万的变小,分维呈现变大趋势,而某些土地利用类型的分维随比例尺的变化并不如此,所以,对于不同的土地利用类型而言存在一定的差别,不可一概而论;(3)不同尺度间的土地利用类型结构只能够在两两连续间隔的两种比例尺土地分维之间建立起关系显著的定量关系模型。所得结论对科学认知土地结构空间配置的多尺度特征以及建立相应尺度转换模型具有积极的参考意义。     

土地利用与土地覆被变化的分形分析--以郑汴间沙岗地为例

文章应用盒子计数法计算了郑汴之间沙岗土地各种土地覆被类型空间分布的分维值,讨论了土地利用与土地覆被变化(LUCC)的分形性质.结果表明,土地利用与土地覆被是一种分形事物.分维是综合表征LUCC空间分布状况的一个特征参数,其值域为0＜D＜2.分维值越大,表明土地覆被空间分布愈不规则、愈复杂;分维值的变化可以反映出土地利用与土地覆被类型的空间结构在时间维上的变化.     

干旱区不同土地利用类型的时空分形特征研究——以塔里木河干流区域为例

以新疆塔里木河干流1990年、2000和2007年土地利用数据为例,应用分形理论来分析干旱区内陆河流域土地利用空间结构复杂性、稳定性以及动态变化性,通过建立距离河道不同的缓冲区范围来变化空间尺度,研究分形的空间尺度变化效应。结果表明,各种土地利用类型都具有空间分形特征,1990年土地利用分形维值由大到小的顺序是其它用地>牧草地>耕地>林地>居民及独立工矿用地>未利用地,2000年和2007年土地利用分形维值大小顺序为其它用地>牧草地>耕地>林地>未利用地>居民及独立工矿用地;通过空间结构稳定性指数分析得到天然植被(林地、牧草地等)的空间结构稳定性比较小。随着空间尺度的逐级扩大,各土地利用类型的分形特征依然存在,但分形维数减少,土地利用空间结构总体趋于简单状态下稳定。     

矢量和栅格数据土地利用结构分维值比较——以苏州为例

分形理论对处理土地利用结构之类的非线性对象具有较强实用价值, 分维值作为该理论的重要测度指标, 其计算常基于栅格数据, 由此导致了土地结构边界信息的损失, 也减弱了分维值对土地利用空间结构特性的揭示作用。本文以苏州市1:10 万土地利用数据为例, 对研究区的土地利用空间格局进行分形分析, 通过分析不同栅格大小的土地利用分维值, 建立分维值与栅格粒度之间的定量关系, 并通过栅格数据推算矢量分维值, 分析推算误差及其原因。结果表明, 苏州市土地利用格局符合分形理论的一般规律;苏州市整体土地利用程度较高, 耕地、建设用地结构较为简单, 而未利用地、林草地结构较复杂, 水域斑块结构复杂性较低;随着栅格粒度的增加, 土地利用分维值呈现增加趋势, 且粒度与分维值之间存在二次函数的定量关系, 可以通过此关系式在一定误差范围内推求矢量数据的土地结构分维值, 斑块数量与整体规模是影响推求精度的重要原因。     

甘肃民勤绿洲土地空间结构动态变化及其灰色预测

根据分形理论,不仅揭示了民勤绿洲不同时期土地空间分形结构,而且计算了民勤绿洲土地空间结构分维与稳定性指数,并分析了二者的动态变化趋势;进而根据灰色系统理论建立了民勤绿洲土地空间结构分维非等间距预测模型。所得结论对于民勤绿洲生态环境建设具有积极意义。     

中国沙漠化土地类型的分形研究

根据分形理论,对中国沙漠化土地类型进行了分形研究。基本结论为：①沙漠化土地斑块面积和形状指数的标度频度分形关系客观存在,不受统计时所使用的标度影响;②沙漠化土地类型的斑块周长面积分形关系客观存在,具有分形特征;③计算出沙漠化土地类型的分维,其中：潜在风移沙地分维最大,为1.5148,其图斑镶嵌结构最复杂;流动沙丘分维最小,为1.2422,其图斑镶嵌结构最简单;④计算出沙漠化土地类型的稳定性指数,其中：流动沙丘稳定性指数最大,为0.2578,其图斑镶嵌结构最稳定;潜在风移沙地稳定性指数最小,为0.0148,其图斑镶嵌结构最不稳定;⑤由于潜在风移沙地、潜在沙漠化土地稳定性差,所以,在防治沙漠化过程中,特别是要注重和加强对潜在风移沙地、潜在沙漠化土地的生态保护与恢复,防止人为作用的进一步破坏。     

微地貌制约下江汉平原土地利用分异特征及变化方向

江汉平原大平小不平,具有平原湖区、平缓岗地区和起伏丘陵区3种微地貌单元。以江汉平原为研究区,研究分析微地貌格局下土地利用的特征。将江汉平原土地利用图层(1990,2010年)与微地貌单元图进行叠置,提取不同地貌单元下两期土地利用类型图斑的周长、面积等信息;分析验证了江汉平原微地貌单元下各土地利用类型存在分形关系,采用分维数等指标定量分析了不同微地貌单元下各土地利用类型的特征和变化方向。结果表明:(1)各微地貌单元土地利用类型结构差异明显,平原湖区和起伏丘陵区耕地占绝对主导地位,而平缓岗地区林地占绝对主导地位。(2)各土地利用类型斑块的连片性在不同微地貌单元呈现出很大差异。1990—2010年平原湖区耕地、水域、建设用地和未利用地的连片性均很好,而起伏丘陵区仅有林地和草地表现出最好的连片性。(3)1990—2010年平原湖区各地类分维数呈下降趋势,稳定性增加;各微地貌区土地利用类型的分维数和稳定性指数值及其变化在一定程度上反映了地形地貌、自然环境及人类干扰对土地利用变化的影响。     

威海市土地利用分形特征动态变化

基于威海市三期土地利用遥感解泽数据,应用土地利用空间形态分形模型,获得了1985年、1995年和2000年三个时期威海市各主要地类的分形维数和稳定性指数;通过叠加分析等方法,计算出了1985-1995年、1995-2000年和1985-2000年三个时间段各主要地类动态度.在此基础上.对威海市土地利用分形特征时空格局变化特点、动态度变化特点进行了研究.结果显示:1985年、1995年和2000年分维数较大的主要地类均是未利用土地、城镇用地和水域等,分维数较小的地类均是农村居民点和其他建设用地.从1985年到2000年,各主要地类的分维数平均值旱现出逐渐减少的趋势,总的来看,土地利用类型的形态向着简单、规则的方向发展.在不同时段,各主要地类的分维数和稳定性指数变化特点存在较大差异.农村居民点、其他建设用地和未利用土地在三个时期的空间结构较稳定,水域、城镇用地、草地和耕地在三个时期的空间结构较不稳定.1985-1995年,威海市城镇用地年增长率最大,林地年减少率最大;1995-2000年,城镇用地年增长率最大,水域年减少率最大;1985-2000年,城镇用地年增长率最大,未利用土地年减少率最大;威海市城镇扩展迅速,城镇化趋势显著.社会经济快速发展、政府规划、城镇化等因素是威海市主要地类分形维数、稳定性指数和动态度变化的主要原因.     

杭州城市形态和土地利用结构的时空演化

根据分形理论研究杭州1949~1996年间城市形态和土地利用结构的演化特征,发现杭州城市具有明确的自相似规律。研究表明,杭州城市形态和土地利用结构的分形性态逐渐变好,这与国外学者“演化的城市分形”观相互印证。各类土地形态的维数都小于整个城市形态的维数,从而证实了国内学者“城市化地区的分维大于各职能类土地空间分布维数”的理论推断。从时空变化来看,杭州城市形态的分维呈上升趋势,1996年接近Batty等提出的理论预期维数D = 1.71;居住用地、工业用地和对外交通用地的分维近20年来趋于增大,而教育用地和绿化用地的分维则有所减小。杭州市的分形演化和分维变化总体上揭示了城市自组织演化的特征,但工业用地维数的大幅度上升和绿化用地维数的下降显然暗示该城市在进化过程中的局部退化倾向。     

基于分形理论的鄱阳湖地区土地利用空间行为特征分析

土地景观形态能够反映土地利用空间行为特征。在对鄱阳湖地区1995年、2000年、2015年和2018年4个时间点的土地利用现状进行描述的基础上,通过分形维数、分形稳定性、斑块密度、斑块形状破碎度和景观隔离指数分析区域景观格局变化,并运用分形理论对土地利用空间行为进行分析。研究结果显示在1995年到2018年的20多年间,建设用地一直是分形维数最高的土地类型;但从时间尺度上,建设用地的分形维数呈下降趋势,表明建设用地空间形态在土地利用空间行为的作用下逐渐向有序方向发展。水田、旱地和有林地一直是分形维数最低的土地利用类型,且处于景观分形不稳定状态。斑块密度、斑块形状破碎化指数以及景观分离度指数的计算结果支持了分形维数分析的结论。从实现区域土地合理布局的角度,建议通过科学合理的规划,降低区域建设用地的分形维数,引导建设用地有序发展。对于诸如有林地、灌木林地、高覆盖度草地和水域等自然景观,应增加其分形维数以减少人为干扰,维护其稳定性。同时建议在国土空间规划中引入分形维数,将分形维数作为评价区域土地利用格局合理性的一项指标。     

土地利用空间格局及其变化的图形信息特征分析

运用地理图形信息理论和景观生态学理论，探讨了土地利用空间格局及其变化的图形化描述方法，并以吉林省前郭县为例，在GIS空间分析和统计分析模型的支持下，分析了研究区土地利用空间格局及其变化的图形特征。结果表明：每一土地利用类型图斑特征都可以用几个图形参数来刻画，图形参数随面积变化而变化的曲线可以有效地揭示和区分不同的土地利用类型特征，而土地利用空间格局及其变化则可用VCM曲线来描述。     

黄土高原典型地貌类型的土地利用分形特征

以山西省闻喜县1∶1万土地利用现状数据库为数据源,运用GIS技术,基于DEM数据及地貌特征将闻喜县分为河谷、塬地、丘陵、山地4种地貌,计算各地貌下不同土地类型的分维数和稳定数,并对计算结果进行分析比较。结果表明:不同的地貌特征不仅对土地利用结构有影响,对其分维指数和稳定性指数也有影响;相同地貌特征下不同的土地类型分维数和稳定性指数存在着差异,分维数越高土地利用类型的结构越复杂,稳定性指数越高土地利用类型的结构越简单。通过对分维数和稳定性指数的研究可为优化土地利用结构和可持续利用土地资源提供依据。     

额济纳三角洲近15年土地利用分形特征及变化

分形理论在土地利用变化领域有着广阔的应用前景。通过论述土地利用斑块分维数、稳定性指数的计算方法及代表意义。而后,借助遥感和地理信息系统空间技术,以额济纳三角洲为例,计算了沙漠化地区土地利用斑块的分维数和稳定性指数,分析了它们的变化特征及其所隐含的地理学意义,为区域生态环境保护和可持续利用提供决策依据。     

土地利用监测适宜尺度选择方法研究 ——-以塔里木河流域为例

适宜尺度选择是生态学、地理学等学科的重要问题之一。在不同的研究目的下, 尺度选择的方法和标准也随之变化。以塔里木河流域20 世纪50 年代土地利用数据为例, 将面积 作为尺度选择的参数, 统计斑块面积分布直方图, 然后计算9 种比例尺(1:2 000 000, 1:1 000 000, 1:500 000, 1:250 000, 1:100 000, 1:50 000, 1:25 000, 1:10 000 和1:5 000) 下的归一化尺度方差, 最后结合Shannon-Weaver 景观多样性指数、Simpson 多样性指数和分维 数补充归一化尺度方差的结果, 探讨塔里木河流域土地利用的空间分布特征和尺度规律。结果如下: ① 归一化尺度方差值显示塔里木河干流50 年代土地利用监测适宜尺度为1:50 000 比例尺(约20km×20km 网格大小), 除沙地适宜尺度在1:100 000 比例尺外, 有林地、灌木林地和盐碱地的适宜比例尺均在1:50 000 比例尺上; ② Shannon-Weaver 多样性指数、Simpson 多样性指数和分维数结果表明盐碱地的多样性指数的适宜尺度与归一化尺度方差结果相同, 沙地的多样性指数与归一化尺度方差的适宜尺度域相同, 有林地和灌木林地多样性指数最优尺度在1:10 000 比例尺与归一化尺度方差结果不同; ③ 沙地和盐碱地的分维数在1:10 000 比 例尺处有明显的上升, 沙地达到最大值1.35, 而在其他尺度分维数值接近, 有林地和灌木林地则在各个尺度分维数值接近, 且值不超过1.2。     

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。     

河西走廊城乡居民点空间分异特征及绿洲孕育度分析

绿洲和绿洲所孕育的城镇与乡村聚落是西北干旱区人类生产、生活和生态的核心,探究绿洲与居民点的关系对干旱区新型城镇化建设与乡村振兴意义重大。研究通过Google Earth目视解译,识别提取河西走廊全域绿洲和城乡居民点空间特征信息,运用GIS空间分析、景观格局指数,系统地对河西走廊2016年城乡居民点的规模、形态结构与类型特征进行分析,并首次提出了干旱区居民点的绿洲孕育指数,进一步分析了城乡居民点的绿洲孕育程度。结果表明：（1） 河西走廊居民点规模与密度分异特征显著,居民点用地规模普遍偏小,平均规模仅为0.05 km²。居民点分布呈现高密度小规模和低密度大规模集聚分布的特征,居民点密度和集聚度均以城市为中心呈距离衰减规律。“热点”探测发现,山丹县以东是河西走廊地区居民点分布的热点区。（2） 居民点形态结构分析表明乡村聚落的连接性和稳定性自东向西逐渐减弱,居民点面积差异性从城市“中心—边缘”在逐渐的缩小,其中瓜州县、玉门市和金塔县等区域居民点的平均形状指数和平均分维数耦合度高,自然分布态势强,斑块形状复杂。（3） 绿洲孕育指数较高的嘉峪关“人—地”关系矛盾突出,城乡发展极大受绿洲规模限制;而凉州区、民勤县等绿洲腹地空间宽广有利于城乡居民点发展。