IKONOS影像景观格局特征尺度的小波与半方差分析

建立不同方向和尺度下景观格局的小波分析方法,并以IKONOS PAN 1m 影像为例,对城市景观和农田景观格局进行了实例研究,并与半方差函数的分析结果进行比较分析。试验结果发现试验区的城市景观图像表现出不同层次和方向的结构特征,主要是阴影－单个楼房－楼房与道路的组合3个尺度的特征,分别出现在2m,16m和128m以及256m分析尺度上,农田景观主要是树木行－农田2个层次和方向尺度特征组合,分别为2m,128m和256m。半方差分析结果对试验区景观结构的多层次和方向不敏感,但可发现景观结构的总体平均特征。城市景观总体结构在空间上的变程为135m,反映的是楼房与道路组合的总体平均特征;农田景观总体结构在空间上的变程为152m。通过改变半方差函数的分析范围和计算间距可以克服半方差对多尺度分析的不足,如该试验通过缩小城市景观和农田分析范围,也发现城市景观有一个在空间结构上15m的变程,与小波分析的特征尺度16m非常接近,而农田景观出现空穴效应的周期一半长度大约为2m,正好是小波分析出种植树木的行距结构特征尺度的大小。这要分析者对研究有一定的先验知识才能够做到选择合适的分析范围,而这恰是景观格局特征尺度分析服务的目的。通过试验区研究证明小波分析是一非常有应用前景的景观格局研究方法,与半方差分析相比,对在解释多尺度结构和不同方向的结构具有明显的优势,且不受分析数据统计平稳假设的约束,但由于对图像分解是基于2进制,导致分析尺度以2的幂函数变化,不像半方差分析可通过理论模型拟合,对特征尺度的估计可以是连续的。     

基于模型的景观格局与生态过程研究

景观格局与生态过程关系的研究是景观生态学的主要特色和理论核心之一。模型可以充分利用实验和观测数据并综合不同时间和空间尺度上的信息提炼规律或揭示内在机制,模拟景观格局与生态过程的动态与相互关系,成为景观生态学研究的有力工具。结合研究实例,总结了基于模型的景观格局研究、生态过程研究和格局-过程关系研究的发展现状和薄弱环节,同时探讨了通过构建耦合模型研究格局-过程相互关系的途径。总结了景观模型研究亟待发展的领域与发展趋势。     

二龙山水库流域景观格局研究

运用地理信息系统（GIS）技术强大的信息管理。空间数据处理分析功能,采用松散耦合式GIS建模方式,以区域景观生态系统的研究对象,以景观格局进行定量定位研究来探讨和揭示景观格局和景观生态过程之间的关系。人类活动对凡观格局过程和变化的影响。     

毛乌素沙地景观格局变化研究

通过对毛乌素沙地不同时期的景观分类和制图以及景观格局计算,分析了50年代到90年代毛乌素沙地景观动态与景观格局变化的特征和模式。研究表明,50年代以来,毛乌索沙地景观发生了巨大变化,流动沙地、半固定沙地面积大幅度增加,固定沙地面积迅速减少,农田面积明显增加,草原、柳湾和盐湿低地等面积显著减少。50年代时,整个景观以流动沙地和固定沙地占优势,而90年代,则以流动沙地占绝对优势。伴随着荒漠化的发展,各种景观要素类型之间相互转化,景观格局发生显著变化。固定沙地面积减少伴随着斑块的破碎化,大型斑块数量减少,小型斑块数量增加;流动沙地面积增加的同时,一方面,较小的斑块不断联合形成更多的大型斑块,另一方面,流动沙地不断向固定、半固定沙地内部渗透,形成更多的小型斑块,使整个景观更加破碎。不合理的人类活动是荒漠化扩展及景观格局发生显著变化的主要驱动因素。     

扎龙自然保护区不同空间尺度景观格局时空变化及其生态风险

景观格局变化下的区域生态风险研究可以为保护区域景观生态系统健康,实现区域资源的合理和可持续利用提供重要科学依据。以扎龙自然保护区为研究区,利用遥感手段提取景观类型信息,定量分析不同空间尺度下研究区景观格局时空变化特征和演变规律。根据研究区景观格局变化特点构建景观生态风险指数,对研究区不同时期空间尺度变化过程中景观生态风险时空变化特征进行分析。研究表明:1995—2010年研究区不同空间尺度下景观总体格局和各景观类型格局变化显著,呈现不同变化特征;景观生态风险随空间粒度的增大而减小。对比分析两期数据,研究区景观生态风险加剧,其空间分布均呈环形扩散特征。根据本研究区区域面积大小和景观格局复杂程度,确定了景观格局和景观生态风险研究的适宜尺度域。     

武夷山风景名胜区景观格局与环境因子的多尺度响应研究

在3S技术平台支撑下,用典范对应分析排序方法对武夷山风景区景观格局与环境因子的关系及其尺度效应进行了分析。结果表明,在6个取样尺度上(粒度分别为30 m、90 m、150 m、210 m、300 m和450 m),排序轴总特征值呈递减趋势,依次为9.626、7.814、5.708、4.019、3.386、2.310;前4轴累积景观环境解释量变化程度小(97.3%~98.8%),前2轴各尺度平均累积解释量为89.4%,景观-环境的相关系数呈先减后增趋势。6个尺度中环境因子与景观格局的平均相关系数依次为郁闭度(0.7989^**)>腐殖质层厚度(0.7248^**)>海拔(0.6083^**)>坡度(0.6132^**)>经度(-0.4064^**)>土层厚度(0.3696^**)>纬度(0.0614)>坡向(0.0295)。风景区景观类型可划分为3类,即与海拔因子密切相关的裸地、河流、建设用地、农田景观,与土壤因子密切相关的杉木林、马尾松林、阔叶林景观,以及受人类活动密切相关的茶园、经济林、竹林、灌草丛景观。因此,风景区景观格局与环境因子间的关系具有尺度效应,各环境因子对排序轴相关系数的影响规律在6个取样尺度内可尺度推绎。     

地形因子对森林景观格局多尺度效应分析

以TM影像和野外调查为数据源,3S技术为研究手段,分析了泰山的森林景观结构动态变化以及景观格局沿高程的分异。选择相对高差较大的区域设计了8个地形方位,采用3种由连续样方组成的辐射状样带,在遥感影像上进行信息采集,研究地形对森林景观格局的多尺度效应,分析了不同地形因子对森林景观分异的影响。结果表明,在景观尺度上,地形方位、海拔、山地类型是影响森林景观镶嵌格局的控制因素,坡向、坡度是重要因素,坡形、坡位是不明显因素。以TM影像为信息源,从森林景观分异和梯度分析上,首先要考虑海拔坡向指数、坡形坡位指数和海拔,并立足于地形方位。地形主要因子间存在着稳定的显著正相关,为森林分异多尺度格局提供了较强的综合解释能力。     

景观格局与生态过程的耦合研究:传承与创新

景观格局与生态过程的耦合关系是景观生态学研究的核心主题,耦合研究的范围和程度需要进一步系统梳理。从景观格局与生态过程耦合的内涵、方法等方面,系统总结了当前两者研究的特点以及存在问题。进一步从格局-过程耦合基本理论传承与提升、研究方法现代化和多元化、研究尺度多样化、研究对象的扩展与集成、自然-人文-社会视角的耦合、格局-过程耦合的管理和调控等六个方面展望了未来学科发展方向。最后,提出了未来创新目标,如提高景观格局量化的准确性和针对性、辨明景观格局影响的尺度性、增强生态过程模拟的时效性等。     

甘肃永登县土地利用景观格局的空间尺度效应

依据“斑块-廊道-基质”模式,研究了甘肃省兰州市永登县景观格局的空间尺度效应.结果表明:草地为整个研究区景观结构的基质;廊道包括道路和河流;其余景观组分(耕地、林地、园地,住宅用地、工矿用地、公共管理与服务用地和其他土地)均为斑块.斑块类型水平指数与景观水平指数均表现出明显的空间幅度依赖性.不同景观组分的斑块类型指数的尺度效应在不同幅度区间存在差异性,景观水平指数的尺度效应在不同幅度区间也存在差异性.在1～20 km幅度区间,尺度效应的组分类型、指标类型之间差异最为明显;在21～90 km幅度区间,尺度效应的组分类型、指标类型之间差异较小;在>90 km幅度后,尺度效应消失.90 km×90 km为研究景观格局尺度依赖性的有效幅度.     

基于边界特征的景观格局分析

通过边界数量的长度谱分布分析。探讨了边界数量-长度特征与景观和组分碎裂化程度之间的相互关系;基于边界的数量和累积长度计算了景观多样性,均匀度、异质性和空间复杂性,并与基于斑快面积比重的传统格局指数计算结果进行了对比分析。研究表明,研究区内的快速城市化过程导致组分界面特征复杂化,空间分布的圈层结构简化;边界总体的数量谱分布方程系数α对于景观整体碎裂化程度有良好的指示意义,基于边界特征的景观格局指数对于传统的格局分析方法可以形成有益的补充。     

空间粒度变化对景观格局分析的影响

认识空间异质性的多尺度依赖性和景观格局特征对尺度效应关系的影响是进行空间尺度推绎的基础。以2种真实景观(中国广东粤北植被景观与美国凤凰城城市景观)和SIMMAP景观中性模型产生的27种模拟景观为对象。利用景观格局分析软件FRAGSTATS对18种常用景观指数的尺度效应进行了系统的分析。根据这些指数对空间粒度变化的响应曲线和尺度效应关系,18种景观指数可分为3类。第1类指数随空间粒度的增大单调减小。具有比较明确的尺度效应关系(幂函数下降),尺度效应关系受景观空间格局特征的影响较小;这类指数包括缀块数、缀块密度、边界总长、边界密度、景观形状指数、缀块面积变异系数、面积加权平均缀块形状指数、平均缀块分维数和面积加权平均缀块分维数。第2类指数随空间粒度的增大将最终下降。但不是单调下降的;尺度效应关系比较多样,可表现为幂函数下降、直线下降或阶梯形下降。主要受缀块空间分布方式和缀块类优势度的交互影响;这类指数有5种：平均缀块形状指数、双对数回归分维数、缀块丰度、缀块丰度密度和Shannon多样性指数。第3类指数随空间粒度的变粗而增加。随缀块类优势度均等性的增加。尺度效应关系由阶梯形增加、对数函数增加、直线增加向幂函数增加过渡。尺度效应关系主要受缀块类优势度的影响;此类指数包括平均缀块面积、缀块面积标准差、最大缀块指数与聚集度。景观指数随空间粒度变化是一种1临界现象,当粒度大于或小于1临界值时,景观指数对空间粒度变化非常敏感。变化速率非常大。绝大部分情况下。真实景观粒度效应关系和曲线形状与模拟景观所得分析结果相似。说明模拟景观具有很好的代表性。文中也讨论了本研究结果与前人研究的异同。分析了造成差异的原因。景观指数的粒度效应关系与指数本身所反映的景观格局信息有一定关系,总体上来说。随粒度增加。缀块数、边界长度、缀块形状的复杂性、多样性将减小,而平均缀块面积和聚集度将增加。一系列的尺度效应图和不同景观指数的尺度效应关系可作为景观格局分析时指数选择、分析结果的解释和进行空间尺度推绎的参考。     

基于景观指数的景观格局分析方法的局限性:以台湾宜兰利泽简湿地为例

对利用景观指数分析方法与航片解译获取的台湾宜兰利泽简湿地景观格局进行了对比分析.结果表明:景观指数仅能从几何特性解释景观在斑块与景观尺度上的空间特征,而无法解释从航片所观察到的景观结构与功能特性;通过对景观指数和研究区航片进行综合分析,可更加详细地揭示研究区的整体景观结构及其对应的景观功能,使针对景观格局的分析更加完整.基于整体性观点的评估景观结构的新方法,必将在未来的景观生态学发展中扮演重要角色.     

惠州市景观格局空间分异特征的梯度分析

本文将景观指数、梯度分析和移动窗口法相结合,分析了惠州市景观格局的空间分异特征.以中心城区为起点,向外等距设置辐射状梯度带;同时结合研究区的特点,设置了4个不同方向的样带.综合运用景观指数粒度效应分析和土地面积变化评价指数模型,确定适合研究区的分析粒度;考虑到景观格局的各向异性,计算不同方向的半变异函数和相应的块基比,...     

城市森林景观格局与过程研究进展

大规模的城市化进程,改变了城市以及周边区域的景观格局,显著影响着城市森林生态系统的结构、过程与功能.景观尺度上的城市森林景观格局与生态过程研究已经成为当前城市森林学的研究热点.在阐明城市森林及其景观格局与过程概念的基础上,综述了国内外城市森林景观格局与过程的研究内容、研究方法的进展情况,指出了以下几个方面有望成为今后城市森林景观研究的发展方向:景观尺度上的城市森林系统能流、物质循环等生态学过程研究;城市森林景观格局演变的社会驱动力研究;基于生态服务功能的城市森林规划研究;半都市化地区的森林景观格局与过程研究;基于空间显式景观模型的城市森林景观格局与过程模块开发.     

石河子莫索湾垦区绿洲景观格局变化分析

以新疆石河子１５０团场为例,从景观多样性、优势度、均匀度、分离度、分维数、嵌块体伸长指数、聚集度、嵌块体数目破碎化指数、嵌块体形状碎化指数等９个方面,对其景观格局进行了分析,结果表明：随着干扰时间的延长,整个景观的多样性和均匀度下降,而优势度聚集度指数值增加,这说明,该团场绿洲愈来愈由少数嵌块体类型所控制,嵌块体伸长度指数的增加与分维数的下降则说明,该团场绿洲嵌块体形状有愈加规则、愈趋简单势。而嵌块体形状破碎化指标数、数目破碎化指数、分离度指数的变化情况显示,１５０团场绿洲景观的破碎化程度在逐渐增加,其中以自然和半自然嵌块体的影响最大,对于人工景观而言,这意味着人类活动对１５０团绿洲施加的直接影响在逐渐减弱、而间接影响在增强。     

空间幅度变化对景观格局分析的影响

景观格局指数是量化描述景观格局特征的主要方法之一,各种格局指数的尺度依赖性使比较分析景观格局特征和尺度推绎复杂化,分析不同指数随空间幅度变化的一般行为有助于景观格局分析结果的解释和降低空间尺度推绎的复杂性。研究以2种真实景观和27种模拟景观为分析对象,考查了16种常用的景观水平格局指数随空间幅度变化行为。根据这些指数因幅度变化行为可预测性把它们分为两类：第1类随幅度变化可预测性强,指数与幅度之间的关系可用简单的函数关系来表达;这类指数包括缀块数、边界总长、景观形状指数和缀块丰度密度;前两者随幅度增加呈幂函数形式增加,而缀块丰度密度随幅度增加呈幂函数下降,景观形状指数随幅度增加呈直线增加。第2类指数随幅度变化的可预测性较差,指数随幅度的变化存在多种可能(不同形式的增加、减小或保持不变),不可用一种或多种简单的函数关系来描述所有的情况。这类指数包括缀块丰度、缀块密度、边界密度、最大缀块指数、平均缀块面积、缀块面积标准差、缀块面积变异系数、平均缀块形状指数、面积加权平均缀块形状指数、双对数回归分维数、聚集度指数与Shannon多样性指数。第2类指数随幅度的变化行为受景观格局特征和指数本身算法的影响。总体上来说,第2类格局指数随幅度变化呈折线增加或减小;但当景观的缀块类型较多、各类型优势度比较均等、空间分布格局比较随机时,它们随幅度变化形为的可预测性增加,随幅度增加的函数关系主要有3种：幂函数减小、对数函数增加或直线增加,因指数和格局特征不同而异。研究的结果在揭示了常用景观指数随幅度变化的一般关系外,也启示我们在进行景观格局的比较分析,比较景观的幅度应相同或采用尺度效应图(scalograms)更有效。     

Inferring gene regulatory relationships by combining target-target pattern recognition and regulator-specific motif examination

Although microarray data have been successfully used for gene clustering and classification, the use of time series microarray data for constructing gene regulatory networks remains a particularly difficult task. The challenge lies in reliably inferring regulatory relationships from datasets that normally possess a large number of genes and a limited number of time points. In addition to the numerical challenge, the enormous complexity and dynamic properties of gene expression regulation also impede the progress of inferring gene regulatory relationships. Based on the accepted model of the relationship between regulator and target genes, we developed a new approach for inferring gene regulatory relationships by combining target-target pattern recognition and examination of regulator-specific binding sites in the promoter regions of putative target genes. Pattern recognition was accomplished in two steps: A first algorithm was used to search for the genes that share expression profile similarities with known target genes (KTGs) of each investigated regulator. The selected genes were further filtered by examining for the presence of regulator-specific binding sites in their promoter regions. As we implemented our approach to 18 yeast regulator genes and their known target genes, we discovered 267 new regulatory relationships, among which 15% are rediscovered, experimentally validated ones. Of the discovered target genes, 36.1% have the same or similar functions to a KTG of the regulator. An even larger number of inferred genes fall in the biological context and regulatory scope of their regulators. Since the regulatory relationships are inferred from pattern recognition between target-target genes, the method we present is especially suitable for inferring gene regulatory relationships in which there is a time delay between the expression of regulating and target genes.     

二维与三维景观格局指数在山区县域景观格局分析中的应用

景观格局指数是景观格局分析中常用的定量分析工具,而传统二维景观格局指数却忽略了地形对景观的影响,在定量描述山区景观格局时可能存在一定局限.本文以典型山地丘陵区山东栖霞市为研究区,在地形结构分析的基础上,选择面积/密度(类型面积、平均斑块大小)、边缘/形状(边缘密度、景观形状指数、平均斑块分维数)、多样性(香农多样性指数、香农均匀度指数)、聚散性(聚集度)4个方面的8个景观格局指数,比较分析传统二维景观格局指数与三维景观格局指数对山区景观格局及其动态变化定量描述的差异.结果表明:三维类型面积、平均斑块大小和边缘密度与其相应二维指数差异显著,三维景观形状指数、平均斑块分维数、香农多样性指数和香农均匀度指数与其相应二维指数差异不显著,三维聚集度与二维聚集度无差别.由于采用斑块表面面积和表面周长计算三维景观格局指数,采用各斑块的投影面积和投影周长计算二维景观格局指数,所以在描述山区景观面积、密度、边界等指标时三维景观格局指数相对精确,但在测定景观形状、多样性和聚散性等指数时,则与传统的二维景观格局指数差异不显著.三维景观格局指数引入了地形特征,对景观格局及其动态变化的反映相对精确.     

基于二维小波分析的景观特征尺度识别

采用3种常用小波基（Haar、Daubechies和Symlet）,探讨了二维小波分析在沈阳地区城市、城乡交错区和农村3种景观类型特征尺度识别中的有效性.由于二维小波分析的变换尺度必须为2的整数次幂,这会导致景观中一些特征尺度无法精确识别,故本文将各景观类型影像像元大小分别重采样为3、3.5、4和4.5 m,以增加分析时的尺度密度.结果表明：应用二维小波分析可清晰地识别景观特征尺度;Haar、Daubechies、Symle可分别作为城乡交错区景观、城市景观和农村景观特征尺度识别的最优小波基;Haar和Symlet均可应用于农村景观精细特征尺度的识别和城乡交错区景观边界的检测;Daubechies和Symlet可分别用于城市景观和农村景观的边界检测.