基于“源-汇”生态过程的景观格局识别方法——景观空间负荷对比指数

正确理解景观格局与生态过程的关系是进一步深化景观生态学研究的关键 ,但是由于景观格局和生态过程涉及到不同的研究尺度 ,并且随着尺度的变化而变化 ,加上面状生态过程监测数据无法直接获得 ,导致很难定量描述景观格局与生态过程之间的关系。本文以非点源污染作为研究的典型生态过程 ,通过分析不同景观类型及其空间分布格局在非点源污染形成过程中的地位和作用 ,借用洛伦兹曲线的理论 ,从距离、相对高度和坡度三个方面建立了不受尺度限制的景观格局评价模型——景观空间负荷对比指数。该指数可以较好地将具有面状特性的景观格局与点状监测数据有机地结合在一起 ,使定量研究流域景观格局与生态过程的关系成为可能。该评价模型的特点有以下几个 :1不受空间尺度的限制 ,具有跨尺度的功能 ;2适宜于环境背景 (降雨和土壤等 )相似的地区 ;3景观空间负荷对比指数具有相对比较意义 ,其值越大 ,表示该类景观空间格局对流域出口监测点的贡献越大 ,反之越小 ;4景观空间负荷对比指数不能用来预测流域出口监测点非点源污染或水土流失的值 ,但是可以通过比较计算不同流域景观空间负荷对比指数 ,来判断流域发生养分 (水土 )

基于景观指数和核密度估算的江苏省耕地空间分布特征分析

耕地空间分布特征和耕地集聚程度,可以为制定合理有效的耕地保护、耕地资源利用政策提供理论依据。本研究利用高精度耕地地块数据,采用耕地指数、景观指数、核密度估算和空间自相关等方法对江苏省耕地的空间分布特征进行分析。结果表明:(1)江苏省耕地指数空间分布呈北高南低的特征,耕地高比重区分布于苏北和苏中,低比重区分布于苏南;耕地指数的空间分布整体上具有较强的空间正相关,呈显著的集聚状态;耕地高比重集聚区分布在苏北,低比重集聚区分布在苏南。(2)江苏省耕地景观指数的空间分布差异明显,平均斑块面积指数排序为苏北>苏中>苏南;斑块密度指数和边界密度指数排序为苏中>苏北>苏南;面积加权平均形状指数和面积加权平均分维数排序为苏南>苏中>苏北;边界密度指数和面积加权平均分维数在空间分布上具有显著的空间正相关;平均斑块面积指数、斑块密度指数和面积加权平均形状指数的空间自相关性均不显著。(3)江苏省50%以上地区耕地的平均斑块面积指数、面积加权平均形状指数和面积加权平均分维数随着耕地密度的增大而升高;全省70%以上地区耕地的边界密度指数和斑块密度指数随着耕地密度的增大呈先上升再下降的趋势。

重庆市绿色空间景观格局与PM_(2.5)浓度时空相关性

空气中的细颗粒物对人民群众身体健康产生严重威胁,探究绿色空间景观格局对PM_(2.5)浓度的影响,有助于通过调整绿色空间格局降低PM_(2.5)浓度。以重庆市1980~2020年土地利用遥感监测数据和PM_(2.5)浓度数据作为基础数据,通过景观格局指数法、空间自相关分析研究绿色空间景观格局及PM_(2.5)浓度变化特征,再通过时空地理加权回归(GTWR)模型研究绿色空间景观格局指数变化对PM_(2.5)浓度的影响及其时空异质性。结果表明:①重庆市PM_(2.5)浓度从1980年至2010年逐渐上升,2010年至今逐渐降低;同时,其空间分布具有显著聚集特征,主要显示为东部低-低聚集、西部高-高聚集的特征。②林地、草地和耕地的面积指数(TA)、斑块密度指数(PD)和斑块连接度指数(COHESION)与PM_(2.5)浓度具有显著的相关性。其中,林地面积指数呈负影响,耕地、草地面积指数呈正影响;林地、草地斑块密度指数呈正影响,耕地斑块密度指数呈负影响;林地、草地和耕地斑块连接度指数均呈负影响。③主城都市区内,草地面积指数和耕地斑块密度指数对PM_(2.5)浓度的负影响较强。渝东北三峡库区城镇群和渝东南武陵山区城镇群内,林地聚合度指数(AI)、斑块密度指数和斑块连接度指数以及耕地面积指数对PM_(2.5)浓度的影响较强。

平原地貌景观格局的空间幅度效应

探究特定地貌景观格局空间幅度效应的最佳尺度,有助于为该地貌土地规划和管理决策提供科学依据。本研究选择黄淮海平原地区3个100 km×100 km的正方形区域为研究对象,采用2020年的Landsat-8遥感影像数据解译成土地利用类型图,通过计算景观格局指数和ArcGIS空间分析等方法,分析平原地貌景观格局的空间幅度效应及其变异规律。结果表明,相同地貌内的不同景观组分特征存在差异;3个研究区的景观格局均具有明显的空间幅度效应,随着空间幅度逐渐增大,景观格局的幅度效应逐渐减小并呈现平稳状态。在20~25km幅度范围内,尺度效应差异最明显;在21~90km或26~90km幅度范围内,尺度效应差异较小;在大于90km幅度范围内,幅度效应消失,表明90km是大尺度范围下平原地貌研究景观格局的“临界阈”幅度。

武汉市极端气温与生态空间景观格局的影响指数及耦合特征

为解析气候变化与城市生态空间格局降温效应的变化特征及两者的协调机制,通过构建指标、函数模型、数理统计等方法对武汉市2000、2010、2020年的极端气温与具有降温效应的城市生态空间格局进行量化分析,结果显示:2000、2010、2020年的极端气温综合指数分别为10.7525、21.8882和3.2575,城市生态空间景观格局综合指数分别为13032.0、11834.4和100186.5;与降温效应呈正相关的格局指数:斑块类型面积、斑块所占景观面积比例、斑块数量、斑块密度、最大斑块占景观面积比例、景观形状指数平均斑块面积、平均分维数、聚集度、结合度、邻近度在2020年数值相对早年偏小,表明武汉市生态空间的降温效应逐渐被削弱;2000、2010、2020年极端气温综合指数与城市生态空间格局综合指数的协调程度由中级协调逐降为严重失调,意味着武汉市生态空间的降温效应对极端气温的缓解作用逐渐降低。

耕地质量与景观格局指数的关系研究——以江西省鹰潭市为例

研究耕地质量与景观格局间的关系,可以为加强国家耕地质量保护和提升提供科学依据。利用江西省鹰潭市2022年耕地质量数据,在耕地质量评价的基础上综合分析鹰潭市的总体耕地质量状况。选取斑块面积、斑块占景观比例、边界密度、斑块密度、景观形状指数、平均斑块大小、景观分离度、蔓延度指数和香农多样性指数等景观格局指数在Fragstats 4.2软件中进行计算,再将耕地面积加权平均国家自然等别、利用等别、经济等别指数分别与选取的耕地景观格局指数进行相关性分析。研究得出,耕地质量国家自然等指数与耕地边界密度呈极显著负相关,相关系数为-0.393(P<0.01);耕地质量国家利用等指数与耕地平均斑块大小和香农多样性指数呈极显著正相关,相关系数分别为0.343(P<0.01)和0.416(P<0.01);耕地质量国家经济等指数与耕地边界密度呈极显著负相关,相关系数为-0.381(P<0.01)。因此部分景观格局指数与耕地质量之间存在明显的相关性,可以在一定程度上反映该区域内耕地质量与景观格局指数间的关联。研究结果可为从景观格局角度实现耕地质量的提升与保护工作提供科学参考,对国家层面做出优化区域耕地空间布局决策也具有一定的现实意义。

基于景观格局与遥感生态指数的成都市碳排放分析

首先利用景观格局分析方法建立最优的土地利用分类粒度;随后进行城市生态质量评价并对土地利用分类结果进行碳排放计算,然后分析成都市各区、县碳排放空间格局变化。分析可得,30 m为最佳分类粒度,2015—2020年成省市城市整体生态质量得到提升,各区、县碳排放总量处于增加状态,且城市生态质量提升区域多处于碳排放增加量大的区域。综上可得,成都市没有因为城市化进程加快使城市生态质量变差,而在城市化进程快速区域的生态质量改善明显,因此成都市整体处于生态改善建设中。

城市滨河区绿地景观空间的整体发展——基于上海滨河区域绿地空间结构特征的分析

运用GIS技术和Fragstats4.2景观指数分析,采用绿地面积和植被覆盖度2个空间构成指标和5个常用景观指数,从总体构成、具体河段以及主城与郊区差异比较3个方面分析滨河区主干河流周边绿地的空间格局。结果表明,整体区域植被覆盖度不高。休闲服务类绿地占比较小,分布分散,连通度低。自然形态类绿地占比相对较大,集中分布,连接度低。农业生产类占比大,集中成片,连接度高;中小型河流的公园休闲服务空间体系完善,连接度较好。区域性和流域性两级河流绿地空间功能单一,连接度需提升;主城区主体类型公园和乔木林地分布较之郊区分散,连通性更好。研究结果为城市滨河区域空间格局优化提供方法借鉴,对于提升复合生态功能非常重要。

三峡库区典型农业小流域溶解态养分输移对“源—汇”景观格局的响应

“源—汇”景观格局反映了流域土地利用配置与空间要素分布,导控流域能源流动与水沙过程,是影响小流域养分流失的重要因素。为探明景观格局对不同降雨类型下,农业小流域溶解态养分输移的影响,以三峡库区石盘丘小流域的传统农业型集水区与农林复合型集水区为研究对象,监测不同强度侵蚀性次降雨事件中,两个集水区出口断面处径流溶解态氮、磷浓度,利用航测数据结合最小累计阻力模型识别“源-汇”景观空间格局,引用景观空间负荷对比指数(Location-Weighted Landscape Index,LWLI)进一步分析小流域溶解态养分输移对“源—汇”景观格局的响应机制。结果表明:(1)传统农业型集水区内,“源”“汇”景观面积比为1.8︰1,以“源”景观为主,景观垂直分异性明显;农林复合型集水区内“源”“汇”景观比例约1︰1,且均衡分布,但高陡坡区域占比高、平均坡度大。(2)两种类型集水区内,溶解态氮、磷流失负荷均表现为暴雨>中雨>大雨,而不同降雨事件中,传统农业型集水区养分输出负荷及其变异系数均高于农林复合型集水区,养分输移波动性强,更易受到降雨强度变化的影响。(3)农业用地在两种集水区内均是主要的养分流失来源,但受坡度限制,其他林地可能是农林复合集水区中重要的养分迁出区域;传统农业型集水区的LWLI高达0.75,表征了该集水区的高氮、磷流失风险;农林复合型集水区LWLI为0.28,养分输出量低,这是合理的景观空间格局与农林复合经营模式共同作用的结果。“源—汇”景观格局对小流域养分流失影响显著,可通过“源—汇”景观空间负荷对比指数对小流域养分流失风险进行判别,并为“源—汇”景观格局优化及小流域面源污染防控提供依据。

基于景观指数的耕地细碎化与农业经济水平的空间相关性分析

为了探索耕地细碎化与农业经济水平的空间相关关系,为耕地的适度化规模经营提供一定的参考依据,该文基于2010年民乐县土地利用现状图,获得民乐县耕地细碎化6个景观指数,运用主成分分析降维得到能够代表耕地细碎化的2个主成分指标,分析了耕地细碎化与农业经济水平的空间相关性规律。结果表明:(1)第一主成分F1与斑块数量、斑块密度、斑块平均面积、聚集度指数的载荷值大于80.2%,代表面积与分布指标;第二主成分F2与面积加权形状因子,面积加权分维数的载荷值大于96.6%,代表形状指数。(2)F1—农户人均纯收入,F1—第一产业增加值的双变量全局莫兰指数分别为0.449、0.442,F1与农业经济水平指标在空间上呈正相关关系。F2—农户人均纯收入,F2—第一产业增加值的双变量全局莫兰指数分别为0.467,0.5,F2与农业经济水平指标在空间上呈正相关关系。由此可见,耕地细碎化与农业经济水平在空间上呈正相关关系,空间耦合性很好。

空间粒度变化及土地利用分类对景观指数的影响——以山西省闻喜县为例

以山西省闻喜县为例,利用该县1:10000土地利用现状图作为数据源,应用GIS技术以及景观格局软件Fragstats,研究了土地利用类型数不同时景观格局指数的空间粒度效应和不同粒度下土地利用类型数对景观指数的影响。结果表明:随粒度增加,斑块密度、景观形状指数、景观聚集度呈逐渐下降趋势,且下降幅度逐渐减小,周长面积比分维数总体呈上升趋势,最大斑块指数和Shannon多样性指数无明显变化。随土地利用类型数目的增多,斑块密度、景观形状指数、Shannon多样性指数呈阶梯式上升趋势,最大斑块指数呈阶梯式下降趋势,周长面积比分维数无明显变化,景观聚集度的变化曲线比较复杂。

单一景观空间分布指数及其适用性评价

为描述单一景观的空间分布离散性和广度特征,引入基于香农熵的空间分布指数(MSHDI,Modified Shannon's Distribution Index),利用河南省中南部地区1990、2001和2007年3期TM/ETM+遥感影像,进行了MSHDI与经典景观指数的比较,并分析了MSHDI与面积指数(PLAND,Percentage of Landscape)在多网格尺度下的相关关系。结果表明:(1)MSHDI在描述单一景观的空间分布广度和离散程度特征方面具有较好的适用性。MSHDI能适应不同制图综合程度的影响,并能反映出景观斑块边缘的细微差别。(2)通过分析MSHDI与PLAND之间相关系数的大小和变化程度可以分别验证MSHDI的表征性和稳定性。(3)MSHDI适用于基底和散布状景观,两种指数之间有显著的正相关性(农用地=0.939,=0.000;城市建设=0.877,=0.004;工矿仓储=0.870,=0.002;自然绿地=0.966,=0.001),且随网格粒度变化不大(农用地r=0.921±0.054;城市建设r=0.867±0.107;工矿仓储r=0.883±0.052;自然绿地r=0.964±0.024);而对网状景观则缺乏稳定性。

基于改进景观扩张指数苏锡常地区城镇扩展空间形态变化

针对目前景观扩张指数计算存在的问题，提出一种改进计算景观扩张指数的方法用于动态分析城镇空间形态变化特征。将景观格局的3种增长模式：填充式、边缘式和飞地式分别表示为3种拓扑关系：包含、相交及相离关系，通过判断新增城镇建设用地斑块之间的拓扑天系计算景观格局扩张的各项指数，据此对苏锡常地区1985-2008年各阶段城镇扩展空间形态变化进行分析。从总体景观扩张模式的变化来看，苏锡常地区建设用地增长方式以边缘式的紧凑增长为主；从增长形态的空间位置来看，各市市区和各镇行政中心的增长形态基小可以归纳为以边缘式增长为主的紧凑增长形态，普通城镇则可能是紧凑增长形态或者蔓延增长形态。计算结果表明，改进的景观扩张指数方法能够动态的反映苏锡常地区城镇用地空间格局形态变化过程。进一步计算反映城镇用地分形特征的盒子维数作对比分析，从计算结果来看，随着时间推移苏锡常地区城镇用地分维数值逐渐增加，从1985年的1．220增加到2008年的1．504，但增长幅度小大，说明城镇空间格局始终处于集中和均衡之间；而景观扩张指数计算结果反映，从1995年飞地式增长模式的数量和分布开始增加之后，给城镇发展的卡导的紧凑模式带来了扰动，这种扩散式的增长导致各城镇扩张的结果在空间形态上出现与总体趋势分异的现象。新建设用地的增长点引起了城镇空间结构的变化，这种发展增加了城镇空间形态的随机性和结构的不稳定性，这个结果可以作为前述盒子维数计算结果的补充，说明景观扩张指数可以解释分形这种形态结果的空间变化过程；并且通过计算景观扩张指数，决策者可以了解城镇扩展守间形态的变化趋势，从而从宏观上控制城镇的无序蔓延。

空间粒度变化在时间序列上对景观指数的影响——以环洱海区域为例

以环洱海区域为例,对1990,2000,2009,2014年不同传感器的Landsat遥感数据进行监督分类,在此基础上计算1990—2014年尺度在35~200 m范围内的空间粒度上25种景观指数的变化情况,并结合各指数在此时间序列上的变异系数、粒度效应曲线和函数拟合模型进行空间粒度效应的探讨。结果表明:(1)景观指数在空间粒度序列上的响应类型分为无规律型、上升型、下降型和稳定型4类;(2)在5类景观指数中,多样性类指数对空间粒度变化不敏感;(3)在时间序列上,大部分指数的年度变化规律因粒度变化而明显改变,直接影响景观格局变化研究的结果;(4)多数面积/边缘类指数、形状类指数和聚集类指数的线性拟合度良好,适合进行粒度上推绎预测。

基于景观指数的南京主城区绿色空间演变特征研究

利用RS与GIS手段,辅以统计资料,利用景观指数分析方法,对1979、1989、2001和2009年南京主城区绿色空间格局的演变进行分时段研究。研究发现:绿色空间整体不断缩减,破碎化、分散化加剧;公共绿地、附属绿地不断扩展,斑块面积、曲折度、可达性水平不断提升,生态防护绿地保护相对较好,生产性绿地景观消失殆尽;快速城市化催化了绿色空间的重构,绿色空间受人为规划影响加深,由"自构"向"被构"转型趋势明显。

基于景观级别指数的典型喀斯特石漠化空间格局分析

贵州喀斯特高原山区,地面破碎,人地矛盾突出。依托地理信息系统与遥感技术,以大方县桶井村为研究区,从其影像上解译喀斯特石漠化空间分布现状,建立石漠化空间数据库,从景观空间分析方法出发,基于景观级别指数定量化分析石漠化景观格局特征,经统计综合分析石漠化景观的相关指数,得出研究区石漠化发育程度及其分布情况具有较大差异,整体破碎度较低、均匀度较高,石漠化发育程度较高的斑块面积较小,不连续,镶嵌在各类景观类型中。研究区土地石漠化现状对生态建设有较大的影响,可根据景观指数分析结果对研究区进行土地利用结构调整与石漠化综合防治。

不同尺度下红树景观格局与叶面积指数的空间分异及表征关系

以2010年SPOT5(空间分辨率为2.5 m)遥感图像为信息源,提取红树林群落的空间分布范围及叶面积指数(LAI),在Arc GIS10.0软件及fragstats4.0软件平台的支持下,分别以100 m、300 m、500 m、700 m、900 m为网格单元大小计算景观格局指数及LAI指数,分析不同尺度下红树林景观格局与叶面积指数的空间分异及表征关系。结果表明:(1)红树林群落叶面积指数(LAI)均呈现较为明显的空间分异特征。随着尺度的增大,各网格单元的LAI平均值先减小后增大;(2)斑块数量(NP)及平均斑块面积(MPS)呈现出东南地区高于西北地区的特点,随着尺度的增大而增大。平均形状指数(MSI)随着尺度的增大逐渐增大。面积周长比均值(MPAR)的空间分异特征不明显;(3)红树林群落叶面积指数与群落景观指数在部分尺度下(500 m、700 m)存在明显的表征关系。(4)700 m尺度是本研究分析的最佳尺度。

基于转移矩阵的景观空间转移指数的提出及景观面积变化的综合分析——以新疆于田县为例

景观在一定时期最重要的变化是景观面积的变化和景观斑块在空间上的变化。在景观面积转移矩阵和景观面积总量变化的基础上,构建了景观空间转移指数和景观面积变化指数,使用这2个指数对新疆于田县平原绿洲及荒漠区进行了分析,结果表明,该区各类景观空间转换强烈,而面积总量变化不大,空间转移指数远大于面积变化指数,说明干旱区景观具有特殊的空间波动性和敏感性,而人为景观(人工绿洲)则具有一定的稳定性和扩张性。由景观面积转移矩阵计算出的景观空间转移指数为综合指标,可以反映一定考察期内景观的空间转化强度,有利于不同景观类型及不同时期景观变化强度的对比,同时景观空间转移指数与景观面积变化指数结合分析,还可以反映景观的某些宏观性变化特点。

喀斯特山地城市景观格局对城市内涝的影响研究——以贵阳市为例

全球气候变化背景下,随着城镇化高速发展,城市内涝灾害愈加明显,已成为造成喀斯特地区损失较为严重的灾害之一。选择西南喀斯特山地城市——贵阳市为研究区,基于2016—2020年实测和调查的内涝灾害数据,运用空间自相关和相关分析方法,探究景观格局对城市内涝的影响。结果表明:1)2016—2020年贵阳市主城区内涝频发,且空间分布差异性显著,呈现显著的空间自相关和集聚分布特征。2)不透水面、绿地与内涝频次的相关性显著,分别呈正、负相关。3)内涝周边500 m缓冲区内景观由少数聚集程度大的斑块构成,优势度较高,景观中的优势斑块类型仅有一种或少量几种;不同土地利用类型的景观格局空间聚集情况差异显著,其中铁路与道路、房屋建筑的景观指数空间聚类较为显著。4)内涝与土地利用类型面积的关系不显著,但与土地利用类型的景观指数有显著相关性,且不同土地利用景观格局对内涝的影响差异较大。研究结果为喀斯特城市内涝防治和景观格局规划管理提供重要参考和借鉴意义。

电力系统短期负荷的特征指数相空间重构预测法

针对电力负荷变化的特点 ,提出一种采用特征指数的混沌预测方法 ,采用相空间重构和局域近似原理建立预测模型 ,较好地考虑了电力系统负荷波动的日周期性 ,具有良好的预测效果 ,最大负荷、最小负荷的预测精度较高 。