基于RS和GIS技术的湿地景观格局变化研究进展

湿地是自然界最富生物多样性的生态景观,具有独特的生态结构与功能,蕴含的丰富资源为人类生存与发展提供了物质保证.湿地景观格局是各种生态过程综合作用的结果,湿地景观格局研究是湿地生态学领域研究的热点问题,目前RS和GIS技术的结合已成为湿地景观格局变化研究的重要途径和手段.本文从RS和GIS技术支持下的湿地景观格局研究方法、湿地景观格局指数和湿地景观格局演变驱动力等方面综述了国内外湿地景观格局变化的研究进展,探讨了RS和GIS技术相结合在湿地景观格局变化监测研究、湿地景观格局指数选取与应用以及自然和人为共同作用的驱动机制问题中的应用,指出目前研究中存在的不足,并对未来的研究进行了展望.     

道路网络对景观生态风险的影响——以云南省红河流域为例

道路网络扩展既影响周围的景观格局,也对生态过程造成直接或间接的影响。以云南省红河流域为研究区域,利用GIS和RS技术,进行格网划分,从空间上分析道路对景观格局和土壤侵蚀的影响,并通过基于景观格局和过程的景观生态风险指数计算,分析道路网络扩展影响下的景观生态风险规律。结果表明:红河流域道路周围景观类型以耕地、林地和草地为主,其中林地和草地的格局风险指数随着距离道路的增加而减少,受道路影响显著;一级路、三级路和四级路缓冲区内土壤侵蚀量随着距离道路的增加而减少,三四级路分布广泛,更容易发生土壤侵蚀;道路密度和基于景观格局和过程的景观生态风险指数在空间分布上具有一定的相关性。     

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。     

上海市景观格局的人工神经网络(ANN)模型

定量分析城市景观的空间格局,深入研究景观格局的形成机制,将有助于理解城市景观的格局与过程,分析城市化的社会、经济和生态学后果以及制定更有效的景观管理策略。研究以城市景观生态学途径,应用基于GIS的景观格局分析与人工神经网络(ANN)相结合的方法定量分析上海市城市景观格局(1994年)及其变化规律,建立了能够较好地模拟上海市景观格局对居住区用地、道路密度、人口密度、城市发展历史与黄浦江等自然、社会、经济因素响应的人工神经网络。结果表明,人工神经网络方法适于研究城市化驱动因素与城市景观格局的非线性对应关系,为景观格局形成机制和景观空间结构与生态学过程相互关系的深入研究提供了一条有效、实用的研究途径。     

基于TM 影像的沈阳市城市景观格局变化分析

利用1992 年和2013 年Landsat TM 数据, 在遥感与GIS 平台支持下, 采用景观格局和梯度分析相结合的方法来分析沈阳市城市化进程中景观格局变化。研究结果表明, 1992-2013 年, 沈阳市城市景观格局总体变化明显, 城镇用地增长10.97%, 农业用地减少9.95%, 水体、道路、绿地变化幅度较小。整体景观格局破碎化程度有所下降, 斑块密度、边界密度、Shannon 多样性均有所下降, 蔓延度升高。在样带梯度分析中, 以斑块密度为基础的几种景观指数能检测出城市化梯度和程度不断向郊区递减, 在空间上, 呈现出农村-城乡交错带-城市-城乡交错带-农村的变化特征,在时间上, 中心城区的景观破碎化降低, 城乡交错带景观破碎化升高。景观格局变化分析为了解城市化过程中城市形态、结构和生态过程提供依据和参考。     

基于生态功能评价的湿地景观格局优化及其效应——以江苏盐城海滨湿地为例

景观格局与生态过程是景观生态学研究的重要内容,基于生态功能和过程影响的景观格局优化是提高景观效益和稳定性重要方法之一。选择江苏盐城海滨地区为研究对象,应用遥感和GIS技术,对2007年湿地景观生态系统服务功能进行定量分析,并采用阻力面模型研究景观格局优化途径。结果显示:(1)湿地景观生态功能强度空间差异性显著,影响区域湿地景观生态过程和功能。(2)以累积耗费距离面、生态源地、耗费路径为依据,构建源地、生态廊道和生态节点等景观组分优化景观格局。(3)景观格局优化改善景观连通度和生态流,废黄河口附近和大丰港附近等关键区域对景观连通性和生态流重要值最大,景观连通性受到显著影响,是景观生态节点优化的首要对象。(4)加强保护核心斑块源地、提高景观连通度是实现景观格局优化的关键。该研究结果为区域土地利用和生态环境保护提供科学的依据。     

云南省红河流域景观生态风险及驱动力分析

以云南省红河流域为研究区域,利用GIS和RS技术,建立基于景观格局和土壤侵蚀过程的景观生态风险指数,分析研究区域内景观生态风险分布规律。研究结果表明:重度和极重度格局风险区域、土壤侵蚀区域及综合景观生态风险区域主要沿红河主干道分布;综合景观生态风险指数在空间上呈现正的自相关性,高风险聚集区主要沿河流分布;不同景观类型中,建设用地、未利用地和水域的景观格局风险大于耕地、草地和林地,未利用地的土壤侵蚀风险最高,综合景观生态风险度依次为建设用地水域未利用土地耕地林地草地;坡度在一定程度上影响着景观格局、土壤侵蚀以及综合景观生态风险。     

湘中红壤丘陵区景观格局变化研究

湘中红壤丘陵区是中国非常脆弱的生态系统之一。在地理信息系统(GIS)和遥感(RS)技术的支持下,以湘中红壤丘陵区的典型区域———长沙市为例,应用景观生态学原理对湘中红壤丘陵区景观格局多样性变化进行了研究。通过对长沙市1986年和2000年的遥感影像资料分析表明,湘中红壤丘陵区现状景观格局以林业景观为主,农田是景观类型中的重要组分;同时由于人类活动的影响,湘中红壤丘陵区景观格局的多样性和破碎化程度逐年明显的增加,景观格局的稳定性逐渐增强。应用马尔柯夫模型对于湘中红壤丘陵区景观格局变化趋势进行了模拟,表明该模型可以应用于湘中红壤丘陵区景观格局的模拟预测中;对长沙市2005~2020年的模拟研究结果表明,由于城市化速度的加快,城镇居民地景观面积将逐年增加。     

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.     

上海城市土地利用格局的景观生态学分析

在RS(遥感)与GIS(地理信息系统)技术支持下,本文以上海市外环以内的城市中心区为研究区域,利用景观生态学方法研究了在不同粒度下城市景观镶嵌结构的空间特征,并结合半变异函数,对不同研究幅度下的城市景观空间格局进行分析研究。结果显示:不同粒度下所得的景观指数有明显差异。就本研究区域而言,在20 m粒度下,具有明显的城市景观特征;不同幅度下的景观指数空间格局总体相似,但较小的研究幅度对于小尺度的格局变化比较敏感,而较大尺度下的空间格局变化更易从较大幅度的图中表现出来;不同的景观指数对尺度变化响应不同;各景观指数受不同过程影响的大小不同,从而使得不同景观指数的空间格局表现不同;从总体上看,该区域范围内N45°E和E0°方向上景观空间变异明显。     

黄土区农业景观空间格局分析

景观空间格局分析是景观生态学研究的核心问题之一。本文用地理信息系统,分维分析和统计分析相结合,以１∶１万土地利用现状图为基础,选取斑块大小、分维数、斑块伸长指数、多样性、优势度、相对丰富度、破碎度等指标,陕北米脂县泉家沟流域农业景观的空间格局。结果显示,乔木林地、坡耕地、果园、草地和梯田农地的分维数较低,坝地、水库、灌溉农田、居信用地和灌木林地的人维数较高,斑块形状较为复杂。随着斑块面积的增加,农     

Free and open source geographic information tools for landscape ecology

Geographic Information tools (GI tools) have become an essential component of research in landscape ecology. In this article we review the use of GIS (Geographic Information Systems) and GI tools in landscape ecology, with an emphasis on free and open source software (FOSS) projects. Specifically, we introduce the background and terms related to the free and open source software movement, then compare eight FOSS desktop GIS with proprietary GIS to analyse their utility for landscape ecology research. We also provide a summary of related landscape analysis FOSS applications, and extensions. Our results indicate that (i) all eight GIS provide the basic GIS functionality needed in landscape ecology, (ii) they all facilitate customisation, and (iii) they all provide good support via forums and email lists. Drawbacks that have been identified are related to the fact that most projects are relatively young. This currently affects the size of their user and developer communities, and their ability to include advanced spatial analysis functions and up-to-date documentation. However, we expect these drawbacks to be addressed over time, as systems mature. In general, we see great potential for the use of free and open source desktop GIS in landscape ecology research and advocate concentrated efforts by the landscape ecology community towards a common, customisable and free research platform.     

Landscape ecology development supported by geospatial technologies: A review

Numerous technologies have contributed to the recent development of landscape ecology, especially the geospatial technological advances constitute a revolution in landscape ecology. Extensive applications of geospatial technologies, such as fractal theory, geographic information systems (GIS) and remote sensing (RS) in landscape ecology research, suggest the necessity of such a review of research progress in this field. In this study, a brief introduction to fractal theory, GIS and RS and how they were applied in landscape ecology were provided first. Then, the current state-of-the-art was summarized and analyzed as reference for further promoting the development of landscape ecology science and its applications. Finally, opportunities and challenges of landscape ecology applications using these new technologies were discussed and concluded for future research. It was contended that a combination and integration of these technologies can substantially advance the study of landscape ecology for data acquisition, process modeling, scale transformation, result analysis and visualization. However, as no theoretical framework and application cases of applying an integration of fractal theory, GIS and RS techniques to landscape ecology research have been established, further studies are still much needed.     

基于遥感数据源的景观分析系统的设计与实现

在Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋环境下,设计并实现了一个景观分析系统。该系统采用提取斑块边界象素集的方法,提高了斑块搜索的速度,而且提供了斑块间距离计算、相邻斑块间边界长度计算等景观分析功能。该系统被应用到北京西北郊同分析中。通过分析表明,该系统不仅能计算面积、周长、中心坐标和最近同类型斑块的距离等单个斑块指数,而且能在此基础上计算景观类型和整个景观层次上的各种指数,从而弥补了目前多数地理信息系统在分析应用     

关帝山林区景观要素空间分布及其动态研究

在ＡＲＣ／ＩＮＦＯ支持下,应用ＧＩＳ技术结合景观生态学原理,从一个侧面对关帝册林森林景观空间分布格局进行了分析研究,提出了一套适用于森林景观空间格局分析方法和指标,揭示了研究地区森林景观空间分布动态的一些基本规律,研究结果表明,在ＧＩＳ支持下,通过网格样方全景观取样,采用基准面积样方取值法确定样方观测值,分别景观要素计算Ｍｏｒｉｓｉｔａ指数或Ｅ－指标,可以对研究对象的空间分布特征做出客观的分析,并     

关帝山森林景观异质性及其动态的研究

以４期航片为基础资料,在ＡＲＣ／ＩＮＦＯ支持下,应用地理信息系统（ＧＩＳ）技术,通过景观要素优势度指数、景观多样性指数、景观斑块密度、景观边缘密度、景观镶嵌度指数和景观聚集度指数５类指标,对关帝山林区５０年代末以来的景观异质性及其动态特征进行了全面分析,并介绍了各指标的数据来源和计算方法,分析了各指标的实用性．在ＧＩＳ支持下,上述各指标可以从不同侧面描述和反映景观异质结构特征,用于景观异质性动态变化规律的研究．研究表明,自５０年代末以来,关帝山森林景观受环境异质性、植被自然演替和人为活动的共同控制,总体异质性发生了很大变化,３个时期表现出不同的动态特征．对人为活动频繁的次生林区的森林景观异质性动态变化的基本规律和控制因素进行了讨论     

石羊河流域土地利用类型景观异质性

在GIS支持下,以TM/ETM遥感影像为数据源,利用人工解译方法得到石羊河流域14类景观,并结合数字高程模型(DEM),参考相关的地理基础图件,应用景观生态学理论和方法,采用景观空间格局指标对石羊河流域荒漠、绿洲为主的生态系统景观异质性做了分析。结果表明:耕地、林地、草地和沙地是主要的景观类型和结构成分,其相对频率平均值都在42%以上;在荒漠景观生态系统中,基质沙地的异质性是均质化方向上的异质性,而在绿洲景观生态系统中,基质林地、草地和耕地的异质性是异质化方向上的异质性;作为廊道的水系景观,其相对频率在荒漠和绿洲生态系统中都是较小的,且斑块和廊道异质性均表现为异质化方向上的异质性。研究结果对干旱内陆河流域土地有效利用及生态环境变化监测研究具有重要意义。     

20世纪下半叶上海城市景观镶嵌结构演变的数量特征与分形结构模型研究

以上海中心城区为空间范围,以RS和GIS为技术手段,运用多样指数、优势度、破碎度、分离度等指标,研究20世纪下半叶以来上海城市景观镶嵌结构及其演变的数量特征;运用分形理论建立各种景观形态的分形结构模型,以分维数为依据分析各种景观形态的复杂性;基于GIS的空间分析功能,探讨影响景观格局及其演变的主要因素。研究结果表明:(1)上海城市景观的空间扩展,在空间上和时间都是不均匀;(2)随着时间的推移,景观多样性和破碎度变大。优势度变小;(3)住宅、工矿和其它城市景观的分离度明显地呈减小趋势,农田和村镇的分离度呈增大趋势,道路和河流水域的分离度变化幅度不大;(4)各种景观斑块形态的复杂性程度(分维数的平均值)排序为:道路>河流水域>农田>住宅>村镇>工矿>在建景观>其它城市景观;(5)从各种景观形态的演变过程来看,住宅斑块形态逐渐趋于复杂化,斑其块形态的分维数呈缓慢地增大趋势;工矿、道路、其它城市景观、农田、村镇等五种景观斑块形态的变化,经历了由简单到复杂,再到简单的变化过程,其分维数在1947-1988年期间呈增大趋势,1988年时增至最大,随后开始逐渐减小;(6)影响上海城市景观格局及其演变的因素主要包括河流廊道、原有基础、交通廊道、经济发展、规划控制等几个方面。     

基于遥感和GIS的城乡交错带景观演变研究——以上海西南地区为例

以上海西南城乡交错带1984、1989和1994年3个时相的航空遥感图像为主要信息源,在ARCIINFO地理信息系统软件的支持下,建立上海西南城乡交错带景观数据库。将城乡交错带划分出5个一级景观类型,12个二级景观类型。运用景观格局分析指数对1984—1994年上海西南城乡交错带的景观格局特征及其动态进行研究。通过分析,可以看到1984—1989年和1989—1994年两个时期各种景观的结构变化特征都有明显的差异。城乡交错带作为城市化发展的一个过程,区域发展常常受政策性因素的作用较大,不合理的景观格局常常是城市生态问题产生的症结所在。虽然景观类型个体受人为控制较强,但整体却由于缺乏协调而导致一定程度的无序性,这将造成今后景观结构调整和生态建设的难点。因此今后有必要确立城乡交错带在城市发展中的地位和作用,建立合理的景观结构,注重保护开敞空间,确立城市自然生态系统发展体系,提高区域生态功能。     

海南岛景观空间结构分析

景观空间结构分析是景观生态学研究的核之一。运用景观生态学原理,借助地理住处系统技术,选取斑块密度、边缘密度、分维数、景观多样性、景观优势度和平均接近指数等指标,分析了海南岛不同景观类型的空间分布和空间格局,特征,探讨了该地区人类活动与景观结构之间的关系。结果显示从中部山地圈带到台地丘陵圈带到沿海平原圈带,平均接近指数从９２３１．４９３到１９９３．５８５到４８１．２５１,呈明显减少趋势,景观破碎程度增大;景观多样性指数从０．７８７到１．３７０到１．５３７,呈增大趋势;平均斑块分维数从１．０６７到１．０６４到１．０５９,呈减少趋势,另外,结果也显示从中部山地圈沿海平原圈带的人工景观类型优势度明显增大,表明受人类活动影响愈来愈强烈。