基于形态空间格局分析与最小累积阻力模型的城市热环境生态网络优化研究

【目的】建立合理的城市热环境生态网络,以缓解城市热岛效应。【方法】以成都市中心城区为研究对象,基于“源-汇”理论,利用形态学空间格局分析方法(MSPA)与景观连通性指数,分别筛选研究区内景观稳定性好、连通性高的“源”“汇”景观作为生态源地;运用最小累积阻力模型、重力模型以及水文分析模块构建和筛选研究区内的重要生态廊道,从而建立缓解城市热环境问题的多层级“源-汇”景观网络。【结果】分别筛选出24个具有重要连通性的“源”“汇”核心斑块作为重要生态源地。构建“源-源”廊道102条,“汇-汇”廊道141条,“源-汇”廊道325条,生态节点103个,障碍点148个。通过综合相交分析,一级补偿廊道主要由岷江、毗河和其他河道构成,二级输送廊道主要分布在“汇”景观较为密集的区域,三级作用廊道主要分布在高强度建设区域。【结论】基于“源-汇”理论构建的多层级生态网络优化格局是有效缓解城市热岛效应的重要举措。图4表3参25.

基于形态学空间格局分析与景观连通性的易门县生态网络构建与优化

【目的】构建与优化玉溪市易门县的生态网络,为当地的生物多样性保护提供参考。【方法】利用形态学空间格局分析(morphological spatial pattern analysis,MSPA)方法识别生态源地,并综合考虑人为与自然因素构建综合生态耗费面;采用最小累计阻力(minimum cumulative resistance,MCR)模型及重力模型提取并筛选生态廊道,构建易门县生态网络。【结果】(1)生态源地主要分布在易门县东北部及中部的优良生境区域,而在中东部和南部的分布则因人类活动较少;(2)综合生态耗费面显示:中东部与西部阻力较高,而中南部及北部则较低。通过最小成本路径分析识别出45条潜在廊道,通过重力模型提取出15条重要廊道,且生态廊道的空间分布不均、长度较短。网格分析验证表明:易门县生态网络的α、β和γ值分别为0.40、1.50和0.63,网络连通度低、南北部连接缺失,可能影响物种的扩散。【结论】为优化易门县生态网络,建议新增8个生态源地及16条规划廊道;对10个重要生态节点和23个一般生态节点实行分级保护,并识别修复24个生态断裂点。研究结果为城市生态网络的优化提供了科学依据。

基于形态学空间格局分析与最小累积阻力模型的昆明市生态安全格局构建研究

昆明市快速城市化对高原山地脆弱生态系统产生不利影响,因此以景观生态安全评价为基础,综合考虑生态保护和建设扩张构建昆明市生态安全格局。首先,从“干扰-效应”角度构建景观生态安全评价指标体系,分析1990—2018年昆明市景观生态安全时空分布特征;其次,基于评价结果采用形态学空间格局分析(MSPA)和景观连接度评价方法识别生态保护源地,选取大面积建设用地斑块作为建设扩张源地;最后,基于阻力因子评价指标体系,采用最小累积阻力模型(MCR)构建综合阻力面,进而提取生态廊道和生态节点,构建昆明市生态安全格局。结果表明,(1)1990—2018年昆明市景观生态安全评价值由1749.37下降至1727.98,呈北部高山河谷区整体较高、东南岩溶丘陵区和中部高原湖盆区边缘高中心低,景观生态安全值以各区(县、市)为中心向外升高的“中心-外围”结构。滇池流域变化最剧烈,低值区呈环绕滇池由东向西的环抱之势,扩展路径与城市扩张基本一致。(2)识别的生态保护源地和建设扩张源地面积分别占市域面积的30.11%和4.06%;构建了18条重要生态廊道和37条一般生态廊道,得到97个生态节点;建立了生态保育区、生态扩张区、优化缓冲区和生态防护区。研究针对各生态安全分区提出生态管控建议,以期维护昆明市区域生态安全,推动区域可持续发展。

峰丛洼地石漠化区景观格局的形态学特征及空间演变规律

[目的]探究峰丛洼地石漠化区景观格局的形态学空间分布特征,为揭示峰丛洼地石漠化区景观格局动态变化和生态保护的可持续发展提供理论参考和指导。[方法]利用形态学空间分析(MSPA)方法对岩溶石漠化景观识别、处理、分类得到核心、环线等互不重叠的7类景观类型,应用景观动态度、景观格局指数、景观转移矩阵和热点分析探究峰丛洼地石漠化区景观格局的形态学时空演变特征。[结果]①2000年形态学景观类型分布最广(190.60 km^(2)),2022年分布最少(147.32 km^(2)),在形态学景观类型中核心是研究区内主要的景观类型,2000年面积最大为121.62 km^(2),2022年面积最少为76.05 km^(2),主要分布在研究区西北部和南部区域;孤岛在形态学景观类型中面积最小,其面积1990年最少为1.12 km^(2),2022年最多为3.07 km^(2),孤岛和分支等景观类型分散分布在各核心之间。②研究区形态学景观空间分布趋于分散,且形态学景观多样性、复杂程度和景观破碎化程度增加;研究时段内,形态学景观类型单一动态度分别为0.10,-0.18和-2.13,说明形态学景观面积呈现收缩趋势并且形态学景观类型1990—2000年发育最为剧烈,2000—2010年发育最为平缓。③形态学景观类型转移方向主要是核心景观类型转移为边缘和孔隙景观类型,总体来看形态学景观主要转移方向是形态学景观转移为背景,并且背景的转入量大于转出量。高—高聚集区域呈现出向磨合村、老街村和安乐村扩张的趋势,低—低聚集区域呈现出向三光村和老街村扩张的趋势。[结论]研究区形态学景观面积处于快速减少阶段且形态学景观类型趋于复杂,核心是主要的形态学景观类型,形态学景观的演变特征主要由核心的变化导致。

基于GF-2和MSPA的绿地空间格局分析

绿地形态特征对其生态和文化功能发挥有一定影响。本文基于高分二号(GF-2)高分辨率遥感数据,在ArcGIS 10.7和ENVI 5.1软件支持下,构建了TY市绿地信息数据库,采用形态学空间格局分析方法(MSPA)分析了研究区绿地格局特征,探讨绿地核心区、孤岛区、环岛区、孔隙区、边缘区、桥接区和支线区分布特点。结果表明,研究区绿地空间布局有待优化,特大型绿地斑块和大型绿地斑块数量相对较少,中小型斑块数量多,破碎化现象严重。核心区多以公园为主,孤岛区以居住区绿地和附属绿地为主,受人类活动影响较大,连通性有待进一步提升。针对该市绿地结构现状和空间布局实际情况,本研究提出以下建议:进一步优化绿地空间布局和结构,充分利用城市水系,发展带状绿地,充分利用口袋公园建设契机,以丰富居民的休闲空间。

北京市张山营镇生态网络规划——基于形态空间格局和最小累积阻力模型分析

针对城镇生态环境破碎化的问题,通过整合区域自然资源、构建城镇生态网络,可增加生态斑块连通性,促进区域生态可持续发展。文章选取北京市张山营镇作为研究对象,运用形态学空间格局和最小累积阻力分析,结合生态敏感性分析评估,构建“点-线-面”结构的生态网络。结果表明:(1)张山营镇南部生态斑块数目较少,与北部山区的生态连通性较为割裂,呈断层情况。(2)张山营镇北部山区生态敏感性极高,分布松山国家级自然保护区、海坨山等重要生态保护节点,应遵守相关保护规定,进行保护保育,开展适当游憩;南部沿妫水河一带生态敏感度较高,但生态斑块破碎,应注重生态连通性的构建。(3)张山营镇生态网络景观连接度的最优绩效距离为20000 m。在此基础上提出优化提升方向:提出生态修复落实性点位,分区匹配不同程度的生态修复手段;构建的生态网络体系应运用于后续的镇域生态发展规划中。研究结果对张山营镇生态规划设计具有指导作用和实践价值,同时也对其他城镇的生态空间规划提供参考与借鉴。

基于形态空间格局分析方法和最小累积阻力模型的北京市平原区造林工程生态格局分析

为了科学评估北京市平原区造林工程的生态影响,利用高分卫星数据获取2018—2020年北京市平原区造林面积、分布及变化信息,分析了造林工程的空间格局特征,并采用形态空间格局分析(MSPA)方法及最小累积阻力(MCR)模型,构建了北京市平原区生态网络,通过情景模拟分析造林工程对生态源地、生态廊道产生的影响。结果显示,2018—2020年北京市平原区造林工程主要沿西北东南方向实施,实现了对原有林地资源分布不均衡问题的解决。热点建设区域为北部的延庆及东南部的通州、大兴,呈现由城市边界逐步向市中心蔓延的发展趋势。在不考虑其他因素对土地利用的影响的前提下,造林工程的实施使平原区林地面积增长了9.8%。通过情景模拟发现,造林工程的实施使生态网络向连通、完整、均衡方向发展。其中,生态源地面积增长了131.0 km^(2),主要生态源地连通性提升了41.1%,生态廊道的分布由主要分布在西北部山区向西北、东南两个方向均有密集分布转变。综上,造林工程的生态环境效应显著,造林工程的实施对生态环境质量改善具有重要意义。

四川洪雅县森林破碎化分析及生态空间格局优化--基于MSPA与MCR模型分析

文章运用MSPA与MCR模型,对2005—2018年洪雅县森林破碎化情况进行量化分析,构建森林生态空间格局并提出优化策略。结果表明:2005—2018年洪雅县森林破碎化程度增强,且中北部地区森林破碎化情况最为显著,森林完整性指标总体下降465%,破碎度和连通性指标总体上升分别为264%和303%,基于MSPA模型提取出2个森林孤岛修复区、10个森林核心修复区,通过MCR模型生成33条森林潜在廊道,并划定森林核心区、森林管控区、森林过渡区以及可建设区4个森林用地管控区域。最后提出“整体修复-组团管控-优化布局-限制扩张”4类森林生态空间格局优化策略,为洪雅县森林保护与可持续规划提供思路。

国土空间格局优化情景分析:理论与方法

研究目的:探析国土空间格局优化情景分析的理论逻辑、现实困境和技术范式,使国土空间格局优化成为促进国土空间高效开发、有力保护和推动区域差异化协同发展的重要支撑,为建立健全中国特色的国土空间治理体系和治理能力现代化提供参考。研究方法:文献调查法,归纳演绎法,理论分析法。研究结果:(1)国土空间格局优化情景分析的理论与方法在要素和空间多尺度融合、演变机理与优化路径耦合、情景评估与对比等方面还需进一步探索。(2)将空间作为要素的载体与流动的外部指引,要素作为空间的核心与演变的内在动因,以情景匹配不同发展路径与优化目标是国土空间格局优化情景分析的理论逻辑。(3)国土空间内在演变机制、系统演化行为以及相应的政策调控路径是国土空间格局优化情景分析的基础,不同空间尺度下各类要素结构调整和配置是国土空间格局优化情景分析的要义与核心内容。研究结论:需加快形成因素综合、过程关联、层次融合、稳定韧性的国土空间格局优化情景分析范式,推动国土空间治理能力提升。

基于形态学空间格局分析与CA-Markov模型的武义县绿色基础设施时空格局变化及情景模拟

在全球城市化快速发展的背景下,绿色基础设施(GI)因其良好的生态环境效益而在城市规划与建设中受到重视。以浙江省金华市武义县为研究区,采用ArcGIS、GuidosToolBox、Conefor 2.6等软件对武义县1990、2005、2018年的3期土地利用类型图进行形态学空间格局分析,并设置城市发展优先、生态保护优先、自然发展3种情景,运用CA-Markov模型分别预测3种情景下的未来绿色基础设施空间格局。结果显示:1990—2018年武义县的绿色基础设施面积占武义县面积的比例在不断降低,重要核心区、孤岛面积不断减少,桥接区、孔隙、支线面积不断增大,景观破碎化问题加重。在2030年的情景模拟中,自然发展和城市发展优先情景下的武义县GI面积分别减少171.79 km^2 和225.73 km^2,核心区面积分别减少84.81 km^2和126.76 km^2。生态保护优先情景下,武义县GI面积增加25.52 km^2,核心区面积增加69.60 km^2。结果表明,如果一味追求粗犷式的经济发展,忽视生态保护,武义县的景观破碎化问题将进一步加剧。基于此,武义县应以生态保护优先为前提,适度开发中部、南部地区的旅游资源,以实现经济增长与环境相协调的可持续发展战略。

基于形态学空间格局分析法和MCR模型的乌鲁木齐市生态网络构建

随着乌鲁木齐市城市化进程的加快与城市规模不断扩大,城市生态斑块显现景观破碎化现象。以乌鲁木齐市为研究区,以2017年土地利用数据为基础,采用形态学空间格局分析(MSPA)法,对研究区景观格局进行分析,根据斑块重要性(dPC)指数提取生态源地,并根据研究区实际状况构建综合阻力面,采用最小成本路径法识别乌鲁木齐市生态廊道。结果表明:MSPA景观类型中,核心区的面积最大,在研究区西南部和中东部较多;通过计算dPC指数,提取研究区内10块生态用地斑块作为生态源地,同时识别9条重要廊道以及45条一般廊道,主要分布在研究区西南部和东北部;根据源地分布特点,优化生态廊道以后新增了7个规划源地、10条一般廊道,生成了1个踏脚石,以解决研究区西南部和中东部之间的断层现象,从而构建合理的生态网络,使整个研究区的景观连通性明显提升,有利于推动乌鲁木齐市生态文明建设,对经济可持续发展及生态环境的保护具有重要意义。

基于MSPA模型和电路理论的衡阳市主城区热环境空间网络构建

随着城镇化的快速推进,城市热岛效应愈发显著,对生态环境和居民健康造成了严重威胁。以衡阳中心地区为例,通过运用Landsat 5/8地表温度遥感影像,识别衡阳市中心城区热环境空间变化特征。运用形态学空间格局分析方法(MSPA)和电路理论确定了城市核心热岛景观斑块、热环境廊道和重要节点区域,并分析其时空演变特征。研究结果表明:(1) 2011~2019年衡阳市中心城区热岛景观斑块趋于集中,热岛区域面积显著增加。(2) 热岛核心区域面积占热岛景观面积的比例最高。热岛斑块之间连通性与聚集度进一步提高。(3) 通过电路理论识别出58条热环境廊道,障碍点区域86处,一级夹点区域106处。在采取规划措施时,可以中断夹点区域之间的联系,以减缓整个区域的热岛效应,同时重点保护热环境网络的障碍点区域。研究结果对衡阳市主动减缓城市热岛效应,推动城市可持续发展具有重要的实践指导意义。

可持续性城市生态景观格局空间结构优化模型研究

城市生态景观格局遭到破坏,使城市绿地功能退化,为有效保障城市生态景观健康状态,研究可持续性城市生态景观格局空间结构优化模型。以陕西省咸阳市作为研究对象,对其区域概况展开分析,明确该城市景观优化过程中相关数据来源。完成生态景观健康评价,制定城市生态景观格局空间结构优化目标函数,构建可持续性城市生态景观格局空间结构优化模型,利用粒子群算法对模型实施求解,完成可持续性城市生态景观格局空间结构优化。实验结果表明,利用该方法开展城市生态景观格局空间结构优化时,优化效果好。

不同空间分辨率的县域森林生态格局分析——以湖南攸县为例

本研究基于形态学空间格局分析(MSPA)方法,以攸县为例,通过不同空间分辨率构建县域尺度森林生态格局,筛选森林生态源地,分析景观连通性特征。结果表明:攸县森林资源丰富,森林景观构成以大型斑块为主且分布集中连片;不同空间分辨率影响全县核心区景观连通性,空间分辨率越小,对周边核心区斑块的连通程度越为严苛和精准;10 m×10 m空间分辨率分析县域尺度较为适宜。

四川眉山市彭山区生态空间格局构建——基于MSPA与生态扩张适宜性分析

生态文明建设背景下,合理的生态空间格局构建是保障城市生态安全和可持续发展的重要途径。文章以四川省眉山市市域内生态保护与城镇发展矛盾最突出的彭山区为研究对象,运用形态学空间格局分析法(MSPA)分析2005—2020年生态空间形态演变,构建指标体系分析生态扩张适宜性;从生态空间形态演变直观分析与生态扩张适宜性客观评价两个维度构建彭山区生态空间格局。结果表明:2005—2020年彭山区生态空间呈现内部完整性下降、外延性降低的势态,整合形成14处关键节点、46条关键廊道;依据生态扩张适宜性分析结果,将彭山区生态空间格局划分为生态保育区、生态提升区、生态后备区、生态修复区、生态控制区5大生态类型区,并分别提出针对性保护与修复策略,以期为县域尺度生态保护与修复以及生态空间格局优化提供新的思路。

基于形态学空间格局方法的北京市六环内城市林木树冠覆盖斑块动态特征

【目的】明晰北京市城区城市林木树冠覆盖(urban tree canopy,UTC)斑块总体形态特点,揭示城市化进程中UTC斑块形态特征变化的时、空演化特征,以期为今后城区的城市森林建设和现有城市林木保护提供借鉴。【方法】本研究以北京市六环内为研究区,基于2002、2013和2019年3期高分辨率遥感影像提取UTC斑块,采用形态学空间格局分析方法,分析近20年来北京城区UTC斑块形态特征组成状况,并结合转移矩阵与相对贡献度等方法指标,识别北京市城区UTC形态特征的主要转换类型及其空间分异特点。【结果】2002—2019年间,北京城区UTC从2002年的387.93 km^(2)增加到2019年的771.14 km^(2)。其中,2002—2013年间,北京市城区UTC增幅达282.92 km^(2),显著高于2013—2019年间的97.39 km^(2)。3期UTC斑块的形态特征组成却较为一致,孤岛、核心区与桥接区是UTC斑块主要的形态特征,三者总和均占各期UTC总面积的80%以上;而UTC的边缘、环道区、分支以及孔隙则是次要的形态特征。从时间变化来看,在2002—2013年和2013—2019年2个时段,UTC孤岛与其他地类之间的转换均为UTC变化的主要类型,其面积分别在UTC转换总面积中占30%和25%。但同时,两个时段内UTC形态特征转换仍存在一定差异。在2002—2013年间,与UTC核心区相关的转换类型面积占比较大,在同期UTC转换总面积中占比达23.12%;而在2013—2019年间,与UTC桥接区相关的转换类型面积占比则较大,在同期UTC转换总面积中占比达35.22%。相较于前一时段UTC核心区的动态变化较为明显,在后一时段北京市城区UTC形态特征转换则更多地表现为与桥接区相关的变化。从空间变化来看,北京市4环内区域主要以UTC孤岛变化为主要的转换类型,而四环外则以UTC核心区与桥接区变化为主。【结论】近20年来,北京市城区林木树冠覆盖大幅提升,城市绿化工程取得巨大成效,UTC孤岛、核心区和桥接区是北京市六环内UTC斑块的主要形态特征。随着城市发展,UTC斑块的形态特征主要转换类型逐渐从以核心区相关的转换变为与桥接区相关的转换。UTC斑块形态特征转换呈现城乡梯度分布特征,从市中心向外,UTC斑块形态特征的主要转换类型从与孤岛相关的转换变为与桥接区和核心区相关的转换。今后,城市森林建设需侧重于维持和提升城市森林斑块之间的连接度,并强化市中心残留林木斑块的保护。

太湖流域生态安全格局构建与调控——基于空间形态学-最小累积阻力模型

构建生态安全网络是在快速城镇化和生态环境恶化的背景下保护生物多样性的重要举措。以典型跨界的太湖流域为地理研究单元,使用多源空间数据,采用空间形态学方法(Morphological spatial pattern analysis,MSPA)和最小累积阻力模型(Minimal cumulative resistance,MCR)以及地理学统计方法建立“生态源地-活动廊道-保护网络-阻力特征-分区调控”的生态安全模式。研究结果显示:(1)太湖流域20个具有保护生物多样性功能的生态源地主要分布在浙西区和湖西区,包括大型湖体和丘陵森林等;(2)流域内重要性廊道贯穿太湖连接大型湖体和森林,一般性廊道集中分布在浙西-湖西区,将生态源地两两相连;(3)根据节点-廊道-源地网络分布,参考生态阻力和生境质量的空间性特征,构建流域“四区一带”生态安全格局并提出分区管控措施,为经济发展快速但生境脆弱的太湖流域生态体系建设与生物多样性保护提供参考。

苏南水网地区蓝绿空间格局多情景模拟预测

【目的】模拟预测苏南水网地区蓝绿空间格局多情景发展趋势,探究促进地区可持续发展的情景方案。【方法】以江苏省苏州市吴江南片区为例,设置自然发展、生态保护优先和城镇发展优先等3种情景,借助CA-Markov模型,对2030年蓝绿空间格局变化趋势进行多情景模拟分析,并运用形态学空间格局分析(MSPA)和景观连通性评价解读蓝绿空间景观生态结构与生态格局特征。【结果】不同发展情景下蓝绿空间规模与格局变化差异显著。自然发展和城镇发展优先情景下,蓝绿空间面积呈现加速减少趋势,分别减少了3626.37、7145.74 hm^(2)。蓝绿空间核心区、孔隙等形态类型负向变化剧烈,蓝绿空间破碎度增加,连通性降低。生态保护优先情景与自然发展和城镇发展优先情景相比,蓝绿空间面积分别增加了2904.30、6423.67 hm^(2),蓝绿空间核心区等形态类型增幅明显,孔隙率显著降低,蓝绿空间破碎度降低,连通性增强。【结论】自然发展和城镇发展优先情景对水网地区蓝绿空间呈现负向影响趋势,生态保护优先情景在维持蓝绿空间面积与格局稳定,改善蓝绿空间连通性方面效果显著。

基于形态学空间格局分析法的城市绿色基础设施网络格局优化——以合肥市为例

绿色基础设施格局对于城市环境的改善、经济社会的发展、城市形象的提升等有着重要的作用。以合肥市域为研究范围,基于形态学空间格局分析法(MSPA)提取UGI要素与生态源地,使用夜间灯光数据与坡度数据校正InVEST模型中生境质量模块生成的阻力面,进而结合电路理论运用Circuitscape软件与Linkage Mapper工具模拟构建UGI网络并识别生态走廊中的关键节点,最后基于斑块、廊道、障碍点的空间特征,提出合肥市城市绿色基础设施网络格局的优化策略。结果表明:(1)合肥市UGI网络由120个生态源地斑块、4442.4km^(2)的廊道、62处障碍点构成,生态斑块大部分面积较小且分散,生态斑块集中度南部优于北部。生态走廊在主城区以外环状蔓延分布,分别集中在市域东部、北部与南部,网络整体连接性较低。障碍点多数分布在生态源地边缘或生态走廊内,主要为建设用地与道路用地,低于平均阻力值的障碍点面积占障碍点总面积的71.1%,相对容易修复;(2)合肥市现有重要生态走廊集中分布于巢湖东北、巢湖西北、市域南部,各区域内的廊道连接自成体系,未形成整体的网络连接。依据廊道分析提出保护72条重要生态走廊,恢复11条潜在生态走廊的廊道优化策略;(3)根据障碍点分析划分了615.6km^(2)的一级改善区、1818.3km^(2)的二级改善区与保护区范围。研究基于MSPA-CIRCUIT的模型构建为合肥未来的城市绿色基础设施建设及其优化路径提供了重要的方法支撑,同时也为其他地区UGI网络构建与优化提供了借鉴意义。新发展理念引领下,城市绿色基础设施将在科学识别基础上,更加凸显人类福祉提升导向下的价值复合和可持续利用。

基于MSPA和MCR模型的株洲市生态网络构建与优化

为解决快速城镇化导致的生态空间布局破碎等问题,构建起湖南省东部重要生态屏障,以湖南省株洲市为对象,通过形态学空间格局分析和景观连接度水平评价,筛选出景观连通性较高的生态源地斑块,基于最小累积阻力模型和重力模型,提取生态廊道并对生态廊道重要性进行评价构建株洲市生态网络,根据株洲市历史文化景观资源对生态网络进行优化。结果表明,1)初步构建的生态网络包括25个生态源地和300条生态廊道,共判别97个生态节点和92个生态障碍点,其中,市辖区及醴陵市西部、攸县北部的生态源地破碎化程度较高,生态廊道在东北部市辖区、西北部和攸县东部分布较少,重要生态节点主要分布在株洲北部,生态障碍点总体上呈现北多南少。2)增加了12个踏脚石斑块,其中4个作为补充生态源地,同时也新增106条生态廊道,以实现生态网络的优化。3)优化后的生态网络连通性增强,网络闭合指数、网络连接度指数和网络连通率指数分别增加了0.96、2、0.66。研究结果可为市域生态网络体系构建和国土空间规划与生态修复等研究提供参考和理论依据。