城市热岛效应与景观格局的关联：从城市规模、景观组分到空间构型

景观格局的改变被视为城市热岛形成的直接原因,但景观格局指标与热岛效应的关联机理仍未厘清。城市规模、景观组分、空间构型作为景观格局的重要表征指标,对热岛效应的影响体现了从整体到局部、从数量到空间的递进关系。其中,城市规模与热岛效应的关联存在地带性规律;景观组分与热岛效应的相关性受昼夜、季节控制;显著驱动热岛效应的关键空间构型指标仍有待遴选。景观格局与热岛效应的非线性关联可能存在拐点,拐点前后对应不一致的因子驱动强度。科学界定城市规模、景观组分、空间构型等景观格局要素显著影响热岛效应的阈值区间,有助于明晰缓解城市热岛效应的关键景观生态途径。

河流水质的景观组分阈值研究进展

土地利用/覆被变化产生的区域生态环境负面效应已引起国内外研究者的广泛关注,其中,河流水质对景观组分变化的响应已在区域及更大尺度的研究中,成为热点。探讨河流水质的景观组分阈值,可以弥补非点源污染研究在区域尺度上的景观变化影响水质问题研究中的不足,而这是当前流域水环境管理及土地利用规划与管理的主要依据之一。从景观组分指数与水质指标出发,分析了当前研究的常用指标,认为:具有明确物理意义的景观组分指数,如不透水表面指数、植被指数等,受到水质的景观组分阈值研究的青睐;在水质指标中,水化学指标应用最为广泛,同时,表征水生生态系统条件的如生物类指标、综合生物类与非生物类指标,也逐渐受到重视,方兴未艾。尽管河流水质的景观组分阈值是当前的研究重点,但在区域以及更大尺度上,阈值的差异较大。在今后的研究中,水质退化的景观组分阈值还需在研究尺度、水质指标及阈值标准等问题上进一步深化,而景观格局指数的应用将会促进对水质退化受景观组分空间配置影响的研究。对水质的景观组分阈值研究进行综述,可以为区域尺度上开展水质保护、流域水环境管理及土地利用规划提供前沿信息。

无量山国家级自然保护区及其周边地区景观组分特征

根据无量山国家级自然保护区及其周边地区的景观数据,采用斑块数、斑块面积、斑块周长、多样性指数、均匀度指数、优势度指数、分离度指数和形状指数对阔叶林、针叶林、经济林、灌木林、疏林、未成林地、草地、农地、居住地和其他景观等10个类型的景观组分特征进行了分析,应用马尔可夫模型对景观类型的动态进行了预测。结果表明:在10个景观类型中,阔叶林是优势景观,疏林地、未成林地和居住地景观是劣势景观;在未来20 a内,阔叶林、针叶林、经济林、未成林地和居住地景观将呈现增加的趋势,灌木林、疏林地、草地和农地景观将呈现减少的趋势,其他景观不变。

民勤县景观组分的生态敏感性分析

以甘肃省民勤县为研究区,通过景观结构指数的变化幅度构建景观组分类型敏感性指数,对近20年各景观组分类型的生态敏感性进行系统研究,分析了两个主要生态过程对生态敏感性的影响,并分析其变化过程。结果表明:1)研究区景观类型以沙地和草地为主导,分布比较集中,连通程度较高,其它斑块如耕地、建设用地等6种景观镶嵌于其中,道路和河流是研究区的两种廊道类型;2)水域是区域内敏感性最强的景观组分类型;3)2000年以前,民勤县景观生态系统受耕地开垦和水利设施的建设这一生态过程的影响,人类活动对景观的干扰强度较大,各景观组分类型的敏感性也较大,2000年以后,生态过程转变为植树造林、禁牧、关井压田、流域综合治理、农业节水改造,发展低耗水经济作物等,各景观组分类型的敏感性总体上在减小。整体而言,民勤县景观组分的敏感性呈下降趋势,生态环境在改良。

三江平原植被景观空间组分异质性分析

以三江平原植被景观为研究对象,结合景观生态学的基本理论与研究方法,运用RS和GIS技术,确定了三江平原的植被景观类型为森林、灌丛、草甸、沼泽、水域、农田、无植被用地七大类,建立了三江平原植被景观分类系统,并结合大量的野外GPS定位调查资料,在景观水平上选取景观空间组分异质性指数,利用这些指数分析了三江平原植被景观空间组分异质性,为相关部门宏观决策和规划管理提供依据,并对当地的植被恢复和保护策略提出建议,生态及社会效益显著。

森林景观格局分析及破碎化评价——以祁连山西水自然保护区为例

基于西水自然保护站 2 0 0 1年 1∶5万林相图 ,在地理信息系统软件ArcGIS和景观结构分析软件Fragstats(栅格版 )支持下 ,从景观总体特征、斑块面积、斑块周长、斑块数和分形维数等角度对其景观格局和破碎化程度进行了分析和评价。结果表明 ,各景观组分中草地面积最大 ,保持得较为完整 ;杨类、白桦软阔类、针阔混交林、疏林地、农田和未成林地面积小 ,呈零散分布 ;青海云杉林的面积和周长较大 ,但其边界密度大 ,显示出较高的破碎化程度。各景观组分的分形维数均较低 ,远离于 2 ,更趋向于 1,表明各景观类型的边界褶皱程度均较低 ,整个景观的边界形状较为简单。

黄龙山蔡家川林场景观格局分析及其破碎化评价

基于1997年黄龙山蔡家川林场1∶50 000林相图和卫星航片的解译,利用景观分析软件Fragstats3.3,从景观总体特征、斑块面积、斑块数、斑块周长、分形维数和邻近度指数等方面对该区景观格局和破碎化程度进行分析和评价。结果表明,该区林地面积最大、最完整,其他景观类型多呈小面积零散分布;苗圃、采伐迹地、未成林地和预备造林地景观组分在景观中的周长比例及斑块边界周长较小,破碎化程度较高;各景观组分的分形维数均较低(接近于1),说明各景观组分斑块边界的褶皱程度较低,整个景观的边界形状较简单;林地的邻近度指数最大,破碎化程度最低,对整个生态系统稳定性的贡献最大。

基于RS和GIS扎龙湿地景观时空演变研究

以RS、GIS技术手段,1995年、2000年和2004年LandsatTM遥感数据为主要数据源,分析研究区域景观结构、主要景观要素的时空演变、景观组分变化和转移过程,并定性分析景观动态变化特征和驱动机制。结果表明:研究区域呈现以沼泽地景观为基质的草地景观、耕地景观等相对为主体的交错湿地景观格局;沼泽湿地景观、水域景观、耕地景观、草地景观等在转移过程中保持较大的保留率;草地→沼泽地和沼泽地→草地是研究区域的主要景观类型的优势转移过程,处于主导地位,草地→盐碱地,自然因素为该景观类型的转变及区域生态环境恶化的重要原因,盐碱地→草地,反映出土地利用动态变化驱动机制的复杂性;对土地的利用一般应按照一定的规划原则进行,做到土地的合理利用,实现土地资源的永续利用和区域可持续发展。

成都经济区植被景观格局及其破碎化研究

基于成都经济区2004年1∶100万土地利用类型图及林相图,在地理信息系统软件ArcGIS和景观结构分析软件Fragstats支持下,从景观总体特征、斑块面积、斑块周长、斑块数和分形维数等角度对其景观格局和破碎化程度进行了较深入的分析和评价。结果表明,各景观组分中农业植被面积最大,是整个景观的基质;竹林、竹丛及温带草丛面积较小,呈零散分布;中低海拔针叶林及针阔混交林(马尾松林、华山松林、柏木林、柳杉林、山杨林等)面积和周长皆小,而边界密度较大,景观破碎化程度较为严重。各景观组分的分形维数均较高,趋于2,表明各景观类型的边界褶皱程度均较高,整个景观的边界形状较为复杂,揭示了人类活动对该区域影响巨大。

北京市景观演变与生态环境变迁研究

基于北京市1975~2002年5期MSS和TM遥感资料及该区的地理资料,通过图像处理和GIS分析,探讨整个北京市域范围内景观组分的变迁规律以及生态环境的相应变化。研究表明：27年间北京市景观生态组分结构变化较大,自然景观组分略增,半自然景观组分大幅度下降,人文景观组分迅速增加,且主要由半自然景观转变而来,说明城市建设用地主要占用的是耕地,同时也表明人类干扰强烈;此外,在不同的时段,景观组分之间景观类型的转变也比较频繁,景观组分转换比例较大的是半自然景观组分,说明半自然景观组分是北京市的一种相对不稳定的景观类型。在生态环境方面,市域内自然景观组分的增加,主要是水体、城市绿地、植被覆盖度的增加,与1975年相比,北京市的生态环境质量正在逐步提高,城市内部的环境质量也得到了一定改善。

基于最优粒度的城市热环境与景观特征耦合分析

综合Landsat和国产高分2号遥感影像反演地表温度、划分地表覆被类型,通过划分100m×100m~1000m×1000m等多个网格单元,分析北京市五环内热环境影响因素的粒度效应;并基于最优粒度分析城市景观组分和构型特征与热环境特征的相互关系.结果表明:随粒度增加,网格单元内平均地表温度和不透水地表(IS)、植被水体(GWS)面积比的相关系数先减小后逐渐上升,相关系数在600m×600m处趋于平缓,说明北京市五环内热环境对景观的响应特征在此粒度下最敏感;基于最优粒度的1796个网格中,温度平均值(T_(m))与不透水地表面积比(0.723)、植被水体面积比(-0.715)显著相关,温度标准差(T_(s))与不透水地表面积比(-0.051)、水体面积比(0.054)显著相关;网格内主导景观类型占比达到一定程度后,其占比增加或减少会导致热环境迅速变化;基于IS和GWS景观格局与热环境的相关分析显示,T_(m)与不透水最大斑块指数(LPI_IS)(0.665)、植被水体结合度指数(COHENSION_GWS)(-0.547)相关性最显著,当网格内GWS占比大于40%时,植被水体斑块面积越大、空间连通性越高,越有利于改善热环境.

地理单元划分对城市热环境响应规律的影响——以北京为例

尺度效应及空间异质性决定了同一种影响因子在不同地理单元中对生态过程的作用程度存在差异。论文选择城市热环境效应这一典型城市生态过程为研究对象,针对地理单元划分对热环境效应响应规律研究较少的现状,选择土地利用分类、网格、街区、局地气候区4种地理单元,选取常用景观组分指标——归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、不透水面比例(impervious surface area,ISA)和改进的归一化差值水体指数(modified normalized difference water index,MNDWI)为热环境影响因子,探究不同地理单元中城市热环境对景观组分响应规律的差异。以POI数据重新定义的北京市城区为研究区,结果表明:(1)单因子与地表温度Pearson相关性分析得出街区和网格作为划分单元,各影响因子与地表温度相关性较高;(2)利用多因子回归方法更适合于地表温度空间分异的解释,植被和不透水面比例因子的组合在4 km网格单元,植被、水体组合及植被、水体、不透水面比例的因子组合在局地气候区单元对地表温度空间分异的解释力度最强。论文为北方大城市热岛影响因素选择提供依据,充实了不同尺度热环境效应响应规律的案例研究,并为城市生态环境效应选择适当研究单元提供依据。