基于TM影像的景观空间自相关分析——以北京昌平区为例

格局与尺度之间的关系是景观生态学的核心研究内容。景观格局发生在不同的尺度 ,而尺度又影响格局的研究 ,因而 ,在景观生态学研究中应用多种量化研究方法于一系列尺度来确定和特征化空间格局研究 ,并探求空间格局与生态学功能和生态学过程之间的关系是非常必要的。以北京昌平区为例 ,从 TM影像中选取 5个具有突出自然和社会经济背景差异的景观 ,即林地景观、农田景观、都市边缘景观、卫星城景观和灌丛景观为研究对象 ,基于归一化植被指数 (N DVI) ,采用常用空间自相关指数 ,即 Moran的 I系数和 Geary的 c系数进行一系列的空间自相关分析 ,旨在阐明 :变化的空间粒度如何影响空间分析 ?以及空间分析如何响应划区效应 ?此外 ,基于 N DVI和数字高程模型 (DEM)也探讨了对于不同的数据类型 ,格局的尺度依赖性如何变化。研究结果表明 :空间粒度的变化对于景观分析有着显著的影响 ,随着空间粒度的增加 ,空间自相关均呈下降趋势 ;不同景观类型对于空间粒度的变化有着不同的响应 ,人为干扰较多的景观具有较低的空间自相关 ,但对空间粒度的变化表现出较强的敏感性 ;对于不同的数据类型 ,格局分析对空间粒度变化的响应是不同的     

郑州市景观多样性的空间自相关格局分析

景观多样性的研究在土地管理与规划、生态景观评价和自然保护区建设等方面起着重要的指导作用。随着城市经济的快速发展, 城市景观多样性也同样发生着剧烈的变化。利用四期Landsat TM 影像, 分析郑州市2000—2015年土地类型的时空变化, 并结合景观多样性指数和空间自相关构建方法, 在对景观多样性时空分布变化分析的基础上,进一步对地理空间单元上景观多样性的空间自相关关系进行了深入探讨。研究结果表明: 研究区整体景观多样性增加,景观破碎化加重; 城市边缘地带的变化符合初期地类转化强烈且景观多样性高值聚集, 随着时间推移最终下降的统一规律, 反映出人类活动与景观多样性分布密切相关; 研究区内区域经济带动性强, 导致研究区整体景观多样性单元之间关联性高, 尤其是郑州东部地区, 经济发展比较突出, 其高值聚集区显著性明显较高。该研究结果表明经济发展是引起城市景观多样性空间分布变化以及空间地理单元自相关强弱的主导因素。     

城市景观格局的空间尺度分析

景观生态学研究的核心内容是景观格局与生态过程。因为景观格局与生态过程中都存在的尺度多样性问题,导致尺度成为理解景观格局和生态过程相互作用的关键,但是由于理论和方法的限制,目前对景观生态学的尺度研究还不够深入,特别是景观格局对尺度变化的响应特征。目前GIS与RS技术的发展为不同尺度下的空间格局特征和空间异质性研究提供了有效的工具。论文以上海市为背景,用景观生态学方法研究了不同粒度下景观格局特征,同时用半变异函数分析了不同幅度下景观多样性的格局特征。结果显示:(1)不同的指数对粒度的响应不同;(2)空间多样性在小幅度内变化较复杂;(3)不论粒度还是幅度都揭示出景观格局具有尺度依赖性规律。     

闽南三市绿地景观格局与地表温度的空间关系

深入探索绿地景观格局对热环境的影响机制,对于改善城市生态环境具有重要意义。基于厦门、漳州、泉州三市的Landsat遥感数据,应用景观生态学与空间自相关理论,探讨了绿地景观与地表温度的空间分布特征,并用双变量空间自相关与空间自回归模型分析两者之间的空间关系。结果表明:闽南三市绿地与地表温度均具有显著的空间自相关性;内陆的高海拔地区,绿地分布密集,地表温度较低,而城区、乡镇及大片的耕地,绿地分布较少,地表温度较高;漳州、泉州绿地景观格局对地表温度的影响更显著,厦门最弱;绿地的景观类型比例、最大斑块指数、聚集度指数、平均斑块面积与地表温度呈负相关,斑块密度与地表温度呈正相关;边缘密度、平均形状指数与地表温度的关系存在不确定性;空间滞后模型与空间误差模型能更好地解释绿地景观格局与地表温度的空间关系。     

基于GIS的西安市城市景观格局

以西安市三环以内QuickBird卫星影像为基础,在GIS技术的支持下,通过所选取的景观指数对粒度变化的响应,在确定出研究区的适宜研究粒度为20 m的基础上,对西安市的景观格局现状进行研究.结果表明:西安市居住工业用地集中,人工景观聚集,影响自然生态过程;绿地、水体景观破碎化程度高,分布分散;环城路内景观构成不合理,一、二环间各景观类型分布极为不均,二、三环间土地利用经济效益和生态效益有较大的发展空间.建议调整城市的空间布局与结构,从绿地景观的建设和河、湖水网的保护角度来维护景观生态过程与格局的连续性.     

基于景观尺度的城市冷岛效应研究综述

城市冷岛效应相对于热岛效应而提出,强调景观规划对于优化城市热环境的功能和途径.本文从景观斑块面积、指数、阈值以及景观格局及其相关性等方面分析了水域、绿地与公园冷岛效应研究进展.分析发现:基于景观尺度的城市冷岛效应在面积与形状指数二者谁具有更为显著的冷岛效应方面存在较大争议,对阈值的辨识还不够深入,并且过多关注景观组成而缺乏关于不同景观配置对冷岛效应的影响研究.水域景观的冷岛效应应该多关注形状、宽度以及位置等的影响,而绿地景观的冷岛效应多关注绿地类型、面积、配置和管理方式等,城市公园的冷岛效应还会受到海拔、人类活动等影响.基于此提出几点建议:以阈值研究为主导,对争议问题进一步探求其形成的原因;强化对时间序列的研究;辨识不同景观格局和景观配置对"冷岛"效应的影响;注重尺度和粒度对冷岛效应的影响研究;加强多学科的交叉耦合.     

基于景观空间指标与移动窗口的济南城市空间格局变化

应用高分辨率遥感数据,基于ArcGIS、FRAGSTATS软件平台,采用移动窗口、转移矩阵和梯度分析结合的方法,定量分析了1996—2009年济南市城市土地利用景观空间指标,特别是建设用地的空间格局及其变化特征。结果表明,移动窗口方法能更好地挖掘城市土地利用变化过程,并将其更加准确地与土地利用格局变化相连接;在研究时段内,济南市城市建设用地迅速增加,而城市绿地和农业用地明显减少;该市建设用地的空间发展不均匀,城市发展呈现不规则同心圆结构,这与济南城市发展的政策导向、城市绿地空间的宜人性以及特殊的地理形态紧密相关。研究结果将有利于指导城市土地利用的规划和城市自然资源的管理与保护。     

具有空间自相关残差的回归模型及其应用

提出了具有空间自相关残差的多变量回归问题,这种残差包括单点、局部和区域化三种尺度.文中提出了两种处理空间自相关的方法:把自相关加入残差协方差作参数的改进估计──相邻相关方法和把残差作区域化最优自相关估计──一般空间自相关方法.用森林对舞毒蛾危害敏感性概率的大范围估计为例,比较了传统回归方法和本文方法间的差异,交叉检验结果表明本文的方法明显优于直接回归方法,这说明加入空间自相关对空间回归问题是必要的.     

南京市城市景观的特征尺度

在RS技术支持下,采用分辨率为10m的SPOT-5遥感影像为数据源,分别应用Haar、Morlet、Mexican Hat 3种基小波,对南京市江北城郊、主城区和东南城郊3种不同景观类型进行了特征尺度研究。结果表明,Modet基小波最适于进行城市景观的特征尺度检测,Mexican Hat基小波对粒级嵌套结构检测效果稍差,而Haar基小波不适于对连续型数据源的景观进行特征尺度检测。Morlet基小波的一维小波分析结果表明,南京市江北城郊和东南城郊都存在1个对应于各自农田斑块平均粒径的特征尺度,分别为362m和446m,而主城区则检测出存在3个特征尺度,即：292、835m和2200m,分别对应于建筑小区、小型街区和大型街区的平均粒径,显示主城区存在具有等级结构特征的“建筑小区-小型街区-大型街区”的粒级嵌套结构,揭示了城区具有比城郊复杂得多的粒级结构特征。     

京沪穗三地近十年夜间热力景观格局演变对比研究

城市热环境是城市生态环境的重要方面,它与城市气候、城市生态、城市灾害有着重要的联系.以北京、上海、广州三地为研究区,选取近10年MODIS的夜晚地表温度(LST)产品MOD11A2,分别采用质心迁移、景观格局指数、空间自相关方法研究京沪穗三地近10年的不同等级热力景观质心迁移演变、格局变迁和空间集聚特征.主要结论为:三地热力景观随郊区向市中心趋近,体现了由低温区、次中温区向中温区、次高温区、高温区过渡的趋势;三地的中温区所占比例最大,城市热力景观破碎度三地中上海市最高,5种热力景观比较,次中温区和高温区的破碎度最高;城市热力景观离散度三地中北京市最高,低温区和高温区的离散度较高.热环境空间自相关分析表明三地均以高温-高温区,低温-低温区集聚为主,北京、广州高温-高温区分布于南部,且集中成片分布,而上海市高温-高温区分布比较离散,相对较为复杂.从分布面积来说,10a中北京、上海表现为先减少后增加,而广州则持续减少.总体而言北京热环境恶化,而广州、上海热环境有所好转.     

遥感影像空间分辨率及粒度变化对城市景观格局分析的影响

尺度是景观生态学和遥感领域的重要问题,已有研究主要考虑景观的粒度效应,很少涉及遥感影像空间分辨率对景观格局,尤其是对城市景观格局的影响.基于2000年和2002年分别由ETM 和IRS-PAN影像解译得到的土地利用图,从景观和类型两个层次分析了不同粒度下上海市一城市化样带的景观格局.结果表明,城市景观有明显的尺度效应,空间分辨率和粒度变化都会影响城市景观格局,而道路等线性廊道对尺度变化的敏感则是造成这一影响的主要原因.斑块密度、边界密度、平均斑块分维度、景观聚集度和最大斑块指数的粒度效应比较明显,而景观比例、Shannon多样性指数对粒度变化并不敏感.高分辨率影像适用于城市景观格局,尤其是破碎度的分析,其用于分析的合适粒度是5～10m.     

粒度变化对上海市景观格局分析的影响

采用1989年上海市1∶50 000彩红外航空遥感影像解译的土地利用数据,系统分析了粒度变化对中心城区、郊区和城郊结合部3类景观格局分析的影响.结果表明:景观格局指数对粒度具有尺度依赖性,随粒度的变粗,格局指数的变化可归为单调下降、阶梯上升或单峰变化以及不规则变化3类;景观格局指数随粒度变化的曲线存在多个拐点,并对应于合适的景观格局分析尺度,上海城市景观格局分析的合适尺度为10～20 m;不同城市景观类型对景观格局指数的粒度效应具有较大影响,景观格局指数在城郊结合部表现出与城区和郊区不同的变化趋势.     

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.     

上海市景观格局梯度分析的空间幅度效应

基于2002年上海市土地利用图,利用梯度分析方法,探讨了空间幅度变化对城市景观格局分析的影响。结果表明,景观指数随着空间幅度变化表现出不同的变化规律。当幅度较大(≥5km)时,景观指数沿土地利用样带变化平缓,表现出一定的梯度规律。而当幅度较小(≤3km)时,景观指数沿土地利用样带变化波动较大,规律性不明显。不同景观指数沿样带的表现也有差异,景观比例、斑块密度和景观形状指数的梯度变化规律比较明显,而最大斑块指数、平均斑块分维度、Shannon多样性指数和景观聚集度指数的变化规律不明显。因此,5km的幅度是城市景观格局梯度分析比较合理的尺度。     

城市典型水域景观的热环境效应

城市热岛效应是当前快速城市化进程中最具代表性的生态环境问题之一.热岛效应进一步影响着城市气候变化与城市可持续发展.现存大量研究证明了土地覆被改变导致的热辐射变化及人为热释放共同作用产生了城市热岛.然而,当前对缓解城市热岛效应要素的研究并不多见.以上海市中心城区为例,首先基于SPOT5影像的分类,提取了城市水域景观,再利用Landsat7的ETM+的热红外波段,定量反演了城市地表热环境温度,然后利用GIS的空间分析功能,探讨了城市水域景观对热环境的影响.研究揭示水域景观在城市热环境中表现出明显的低温效应,而面状水域景观的热环境效应要强于线状河流景观.面状水域景观对热环境影响随着与热岛中心距离的增加而明显降低,此外还受到周围土地覆被的影响.线状河流景观的宽度与流经区域共同决定了其对城市热环境的影响能力.因此,在城市规划设计中,从缓解城市热岛效应出发,水域生态功能区的形态与空间设置可作为考虑因素之一.     

上海市城市土地利用景观的空间尺度效应

在RS与GIS技术支持下,基于2002年上海市5m分辨率的SPOT遥感影像和上海城市土地利用的景观类型,定量分析了几种常用景观格局指数随尺度的变化规律．结果表明：上海市土地利用景观格局指数对粒度和幅度变化都很敏感,景观格局具有明显的尺度依赖性,不同指数对尺度的响应特征不同;40m分辨率是上海城市土地利用景观的本征观测尺度,小于这个尺度范围往往表现出随机性特征;24km的幅度是一个特征操作尺度,与上海市建成区与非建成区边界的范围相吻合,说明对于上海城市景观而言,距离城市中心12km的幅度可能是一个本征的操作尺度;上海市城市结构的复杂性和城市空间扩展的不对称性,说明上海城市景观格局的本征操作尺度并不是一个规则的形状,24km的正方形范围仅是一个近似的操作尺度．     

城市公园景观的热环境效应

城市热环境受到地表的物理性质和人类社会经济活动的共同影响,是城市生态环境状况的综合体现.而城市公园景观的热环境效应显著区别于其它景观类型.城市公园景观的热环境效应研究对城市规划以及城市生态环境评价都具有重要意义.论文以上海市为例,首先提取了城市公园景观斑块的空间分布数据,再利用Landsat7的ETM 为基本数据源,定量反演了城市热环境温度,然后利用GIS中的空间分析功能,重点探讨了城市公园景观的热环境效应.公园景观斑块的面积、周长与其对应的温度具有负相关关系,而形状复杂性指数则与环境温度具有显著的正相关关系,形状复杂性指数则与环境温度的相关程度远高于面积、周长与热环境温度的相关程度.公园斑块的面积以及周长与公园对周围热环境的影响在统计上相关性较差;而形状复杂性指数则与其影响力则具有显著的正相关关系,形状越复杂,公园对周围热环境影响力越强.因此,在城市公园建设中,除了公园类型、空间选址外,边界形状也应作为考虑因素之一.     

城市景观格局演变的生态环境效应研究进展

快速城市化过程剧烈影响着下垫面变化,直接带来了交通拥挤、资源短缺、环境污染、生态恶化等诸多问题,所有这些问题的出现均与景观格局演变密切相关,研究城市景观格局演变及其生态环境效应正在成为全社会关注的热点.系统总结了城市化过程对景观格局演变的影响,分析了城市景观格局演变的热环境效应、水环境效应、生态服务效应,以及城市生态用地与生态安全格局设计等方面的研究进展.指出了目前城市景观演变与生态环境效应研究中存在的问题与不足:(1)现有研究侧重于景观格局演变的量化分析和景观格局指数的计算,较少关注景观格局演变对生态环境及其区域生态安全的影响;(2)城市景观格局演变与热岛效应研究多局限于两者数理统计关系的分析,对于城市热环境形成的机理缺乏深入研究;(3)城市景观格局演变与大气环境效应方面更多研究关注绿地及其空间布局在吸收和降解大气污染物、固体颗粒物方面的作用,对城市景观格局演变的大气环境综合效应以及大气灰霾效应影响机理重视不够;(4)如何通过合理设置生态用地,有效提高城市生态服务功能和保障城市生态安全,目前仍缺乏深入而又系统的研究.下一步的研究中,需要综合多尺度的景观信息来揭示城市景观的演变机理和环境效应,构建基于城市空间扩展和生态服务效应评价的城市生态空间优化决策模型,探讨城市生态空间优化模式与安全格局.     

城市景观格局演变的水环境效应研究综述

人类活动导致的城市土地利用覆被变化在景观生态学上表现为城市景观类型的更替和城市景观格局的演变。我国城市景观格局中自然植被景观基质大幅被人工硬化地面所取代,自然景观斑块破碎化,城市道路和排水管网等人工廊道大量增加,造成"源""汇"景观的比例失衡和格局失调,从而产生城市景观格局演变的水环境负效应,如非点源污染、水生生态系统失衡和城市内涝等,且水环境负效应存在时间尺度差异和空间尺度响应多样性。对城市景观类型及其格局演变产生的城市水环境效应相关研究进行总结,针对现有研究中存在的城市景观格局演变带来的生态过程变化研究较少、影响城市水环境的景观格局变化阈值不明确、研究结果推广难和重复性较差、人工廊道与城市水环境效应关系关注度较低和水环境负效应综合度研究欠缺等不足之处,提出未来研究的着力点,对实现可持续城市具有一定意义。