景观生态学中的尺度分析方法

多尺度空间分析法是发现和识别景观特征尺度的主要方法.当前这类方法很多,缺乏归类和对比分析评价.基于空间类型变量和数值变量,对多尺度空间分析方法进行了重新梳理.同时对当前常用的尺度分析方法:半方差分析、尺度方差分析、小波分析和孔隙度指数分析,以中国三北防护林为例,对比了各种尺度分析方法的特点和优劣.结果表明,在特征尺度的识别上:小波方差方法清晰明了;半方差分析法灵活简捷,结果明显;尺度方差分析法和孔隙度指数法在本研究中的判识结果不甚明显.在计算速度上:半方差分析法计算量最大、耗时最长,尺度方差次之,小波方差速度最快,孔隙度指数法计算速度快于前两种,慢于小波方差分析方法.半方差分析方法简单灵活,而且相关理论方法成熟,但缺乏对大尺度格局的整体把握,而小波分析恰恰能很好的弥补这一不足.最后提出,半方差分析和小波变换相结合将会是最优的尺度分析方法.     

惠州市景观格局空间分异特征的梯度分析

本文将景观指数、梯度分析和移动窗口法相结合,分析了惠州市景观格局的空间分异特征。以中心城区为起点,向外等距设置辐射状梯度带;同时结合研究区的特点,设置了4个不同方向的样带。综合运用景观指数粒度效应分析和土地面积变化评价指数模型,确定适合研究区的分析粒度;考虑到景观格局的各向异性,计算不同方向的半变异函数和相应的块基比,确定不同方向样带的分析幅度;采用移动窗口法分析不同方向样带的景观格局特征。结果表明:(1)50 m的栅格大小为适合研究区景观格局分析的粒度值,4条样带上移动窗口的适宜分析尺度分别为750、850、1350、1150 m;(2)从中心城区到外围区域,可将惠州市依次划分为城市中心区、农业区、城市副中心区、过渡区和生态保育区;(3)高强度城市化地区和远郊区的景观组分类型单一,优势度特征明显,城市边缘区或城乡过渡带的景观异质性增加,破碎化程度高;(4)不同方向的样带能够反映景观格局的方向分异特征,是城市景观梯度分析的有效手段。     

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。     

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。     

基于二维小波分析的景观特征尺度识别

采用3种常用小波基（Haar、Daubechies和Symlet）,探讨了二维小波分析在沈阳地区城市、城乡交错区和农村3种景观类型特征尺度识别中的有效性.由于二维小波分析的变换尺度必须为2的整数次幂,这会导致景观中一些特征尺度无法精确识别,故本文将各景观类型影像像元大小分别重采样为3、3.5、4和4.5 m,以增加分析时的尺度密度.结果表明：应用二维小波分析可清晰地识别景观特征尺度;Haar、Daubechies、Symle可分别作为城乡交错区景观、城市景观和农村景观特征尺度识别的最优小波基;Haar和Symlet均可应用于农村景观精细特征尺度的识别和城乡交错区景观边界的检测;Daubechies和Symlet可分别用于城市景观和农村景观的边界检测.     

基于移动窗口法的豫西山地丘陵地区景观异质性分析

研究典型区域景观异质性过程中,对特征尺度的判断尤为重要。基于3S技术,以豫西山地丘陵地区巩义市为研究区域,在分析其景观组分与结构的基础上,采用半变异函数和移动窗口相结合的方法,确定研究景观异质性的特征尺度,并在特征尺度下选取西北—东南方向和东北—西南方向两条样线,分析研究区不同干扰背景下景观异质性的空间特征。结果表明:豫西巩义地区总体上以旱地、建设用地、水浇地、草地和有林地景观类型为主,其中旱地所占比例最大(30.9%),沟渠所占比例最小(0.1%);根据特征尺度分析确定研究区巩义市景观异质性的合适尺度为1000 m;在特征尺度下,研究区景观破碎化以河谷平原和丘陵为主的巩义东部偏南区域最高,以人为干扰较少的南部低山有林地区最低,景观多样性分布特征则呈现4个聚集中心,分别为北部河谷平原农业区、城市建成区、南部低山区和东南丘陵区;不同干扰背景下,巩义地区景观异质性根据城市化程度呈现以市区为中心向外辐射发展的特征,同时受海拔高度因素影响较大,即在海拔200 m以下区域景观受人为干扰强烈,海拔200—500 m丘陵区域受海拔因子和人为干扰因子共同作用,海拔500 m以上区域海拔因子起主导作用。研究结果可为豫西山地丘陵地区及同类地区景观异质性的研究尺度、景观格局优化和土地的有效管理提供依据。     

城市景观空间自相关与自相似的尺度特征研究

在RS与GIS技术支持下,以上海市外环以内城市中心区为区域背景,研究城市景观格局空间自相关与分形结构在不同粒度下的变化特征,揭示其对粒度的响应特征和敏感程度。结果表明,城市景观格局的空间自相关性和自相似性依赖于粒度的选择,MoranⅠ与各种景观类型的分维数均存在尺度效应;城市景观格局空间自相关性与自相似性在一定尺度范围内具有尺度依赖性,但二者对尺度的依赖程度不同。空间自相关性具有较高的尺度依赖性;而不同景观类型的自相似性随尺度的变化没有统一规律;城市景观格局的空间自相关性和自相似性对尺度变化的敏感点不同。居住景观的MoranⅠ对尺度变化的敏感点为50m,其他景观类型无明显的敏感点;分维数对尺度的敏感点因景观类型不同而异。     

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.     

北京地区热力景观格局及典型城市景观的热环境效应

城市热环境是城市生态环境中的一个重要指标,将景观生态学理论融入到热环境研究中,尝试探讨北京地区热力景观格局及城市公园、道路景观的热环境效应。地表温度反演是分析热力景观格局及典型城市景观热环境效应的前提,论文以北京地区为例,首先利用两景ASTER影像数据采用TES算法定量反演地表温度。通过半变异函数分析地表温度空间异质性,确定最大采样尺度,然后在景观统计软件Fragstats中,计算不同粒度下的景观格局指数,分析热力景观格局及其尺度效应。通过景观斑块特征分析和缓冲区分析,探讨公园景观斑块、道路景观廊道特征的热环境效应。总体上公园景观对应的平均温度随着公园面积、边界长度的增加而减小,随着公园周长面积比增大而增大;随着距离公园渐远,地表温度升高,且升温趋势变缓。随着道路密度增加,道路平均温度显著升高,标准差显著降低,道路密度等级与道路平均温度的相关系数达到0.8021;随着距离道路中心线距离增加,缓冲区内的平均温度略有下降,但变化微弱。因此,应充分重视公园景观在缓解城市热环境方面的作用,合理布局城市道路。     

东山岛海岸带景观破碎化时空梯度分析

运用景观格局指数、缓冲带分析和移动窗口法相结合的方法,分析了福建东山岛18年来从沿海到内陆和海岸地带的景观破碎化梯度变化特征。结果显示:东山岛各缓冲带的景观破碎化程度总体随时间在不断增强,但不同区域有所差异;近海岸地带、西北部及南部的有林地带的破碎化程度持续降低,而中北部和南部城镇农田集中区人为干扰日益强烈,破碎化程度不断增加;采用半变异函数和移动窗口相结合的方法,确定东山岛景观破碎化分析的特征尺度为1000m;在此尺度下,发现景观破碎化指数的变化率随时间存在明显的空间差异,而运用设置样线并提取样点的景观破碎化指数的方法,则发现距离海岸线500m和1000m处的地带破碎化程度不断加剧,是东山岛沿海人为干扰的强烈地带;东山岛人工干扰随时间趋向分散,破碎化指数曲线波动趋向显著;城镇化、旅游和农业发展应该是东山岛景观破碎化的主导驱动因子;采用Pearson相关系数分析景观破碎化与景观格局其他方面特征的相关性,发现它们具有较强相关性,说明运用景观破碎化指数能够反映东山岛景观格局变化的基本特征。     

Multi-Scale Identification of Urban Landscape Structure Based on Two-Dimensional Wavelet Analysis: The Case of Metropolitan Beijing,China

Scale dependence is one of the major characteristics of landscape. Urban landscape is highly affected by human activities with a multi-scale structure, which makes the multi-scale identification of urban structure an obligation for urban spatial studies. Although there have been many previous studies on urban landscape structure, most of them have been conducted on a single scale, and the multi-scale effects of landscape patterns were rarely involved. Two-dimensional wavelet transforms can link spatial structures to scale and spatial locations, and maybe an effective method for the multi-scale analysis of landscape. In this paper, we applied two-dimensional discrete wavelet transform and wavelet variance to analyze the multi-scale spatial structure characteristics and the nested hierarchical structure of the metropolitan Beijing area. The results indicated that the spatial distribution and configuration of the patches were highly scattered at small scales, and the urban landscape exhibited a relatively complicated structure. At medium scales, a combination of the polycentric and sectorial structure was identified due to the prominence of dominant patches within each administrative district. At larger scales, the urban landscape pattern exhibits typical concentric ring characteristics. Two characteristic scales were detected by the wavelet variance in the south-north direction of the main urban zones, scale 4 (112m) and 8 (1792m) in Dongcheng District, scale 3 (56m) and 6 (448m) in Xicheng District, which were corresponding to the extent of middle-small blocks and large blocks respectively. One characteristic scale was detected in each of the suburb areas (Chaoyang, Haidian, and Fengtai District). The spatial structure of the main urban zones is more complex than that of the suburb areas, and it presents a typical hierarchical structure in the south-north direction. In general, the spatial structure of Beijing metropolitan area appears polycentric and concentric ring structure at large scales, the main urban area has nested hierarchies at different characteristic scales, and the wavelet method can effectively identify multi-scale characteristics of urban spatial structure.     

基于多源遥感数据的景观格局及预测研究

以TM、中巴资源卫星和环境与灾害监测预报小卫星等遥感影像为数据源,利用ENVI 4.7、ARCGIS 9.2、IDRISI 15等软件,研究了西安市辖区的景观特征与空间格局,预测了未来的景观变化,提出了景观格局预测的数据转化和多距离空间分析的精简步骤.结果表明:研究区的景观本底是一个由林地和耕地构成的复合景观基质,建设用地在研究时段内呈现持续增加趋势,且2004-2011年间的增加量高于2000-2004年间的增加量;林地面积略有降低,林地和草地总面积略呈增长趋势,水域和未利用地面积变化较小.研究时段内的景观破碎化程度在降低,林地景观的连通性增强了,耕地的降低了.各景观类型在所设定的最大预期研究尺度下均呈现显著的聚集空间格局;各年和各景观类型之间的聚集、随机和离散的临界阈值差别相对比较大;水域和未利用地的空间聚集强度明显高于耕地、林地、草地和城乡建设用地;耕地和草地空间分布存在一个异质性最大的特征尺度,且均出现了聚集分布、随机分布和离散分布3种分布格局,以2011年最为明显.利用景观指数法和多距离空间聚类分析方法研究景观格局特征的效果要比单一的景观指数法较理想.CA-Markov模型模拟的结果基本能够反映未来的景观格局状况.     

黄土丘陵沟壑区景观格局演变特征——以陕西省延安市为例

以陕西省延安市1985年、2000年和2008年三期1∶25万景观单元类型图,1∶5万地形图等生成的数字高程模型(DEM)为数据源,基于ArcGIS 9.3软件,采用多距离空间聚类、景观单元类型转移矩阵、空间数据叠加分析等方法分析了延安市景观格局的演变特征。结果表明:延安市的景观是由林地、灌木、草地和农田等基本景观单元构成的复合景观;研究期间农地面积急剧减少,流失的农地主要转变为林地、草地、灌木和聚落,除农地和裸地外,其他景观单元类型面积均有不同程度的增加;1985—2008年,林地、灌木和草地聚集的最大尺度减小,而农田聚集的最大尺度变大,农田和草地的空间聚集强度明显小于林地和灌木;延安市主要景观单元类型演变主要发生在海拔1100—1500 m之间的区域和坡度范围7—21°之间的区域,但农田向聚落的演变主要发生在海拔较低(900—1300 m)、坡度较缓(7°)的平川缓丘地带。1999年之前,经济的迅速发展是延安市景观格局演变的主要驱动因素;而1999年之后,国家推行的退耕还林(还草)等一系列生态重建措施成为延安市景观格局变化的主要驱动因素。     

Regeneration pattern analysis of Quercus Iiaotungensis in a temperate forest using two-dimensional wavelet analysis

This paper introduces the two-dimensional (2D) wavelet analysis as a general interrogative technique for the detection of spatial structure in lattice data. The 2D wavelet analysis detects components of hierarchical structure and displays the locational information of the components. Patches and gaps of different spatial scales in graphical presentation of wavelet coefficients can be linked to the local ecological processes that determine patterns at stand or landscape scales. Derived from the 2D wavelet transform function, the calculation of wavelet variance can reduce the four-dimensional data of wavelet coefficients to a two-dimensional wavelet variance function and quantify the contribution of the given scale to the overall pattern. We illustrate the use of the 2D wavelet analysis by analyzing two simulated patterns and identifying the regeneration pattern of the Quercus liaotungensis in a warm temperate forest in north China. Our results indicate that the recruitment of Q. liaotungensis occurs in an overlapping area between the patch of adult and canopy gap at scales of 45m×45m-70m×70 m and 20m×20m-30m×30m. The regeneration pattern of Q. liaotungensis can be mainly ascribed to a trade-off between two ecological processes: recruitment around parent trees and the physiological light requirements of seedlings and saplings. Our results provide a general portrayal of the regeneration pattern for the dispersal-limited and shade-intolerant Quercus species. We find that the two-dimensional wavelet analysis efficiently characterizes the scale-specific pattern of Q. liaotungensis at different life-history stages.     

黑土侵蚀区生态重建的景观结构与功能分析

以黑龙江省拜泉县为案例,研究了区域生态恢复与生态重建对景观结构及其水土保持功能的调控.在GIS支持下,结合野外调查数据,对县域水平的生态建设成果进行了空间表达和定量辨识.对比分析1989年和2002年类型水平景观指数及13年来景观类型的转移面积和转移方向、林网宏观结构变化、水库塘坝空间分布与数量变化;土地利用和景观结构调整对水蚀、风蚀的控制以及水库塘坝的蓄水功能变化.结果表明,大规模生态建设下,区域景观类型数量和空间配置的变化对发挥其水土保持功能起到很好的调控作用.1989～2002年,耕地面积减少24731.01hm²,林草地和水体面积增加了13 567.53 hm²和1 190.9 hm².全县55%的水土流失面积得到治理,82.2%的农田得到林网防护,43.7%的景观地表超渗径流得到集蓄.景观结构调整应注意增加林草地等类型斑块的聚集度;调节林网连接度、环度及网眼大小;增加水库塘坝的泄洪与灌溉配套设施等.     

焦作市景观生态规划研究

运用景观生态学原理,借助于地理信息系统技术,根据焦作市实际情况,将其景观构成要素分为耕地、园地、林地、居民点及工矿用地、水域和其它用地6个景观类型,采用景观多样性、景观优势度、景观破碎度和景观分离度等指标进行定量分析,归纳焦作市景观空间格局特征,提出焦作市景观生态规划的方案.焦作市的景观总体布局模式为：市域保留4~5个大型自然植被斑块,市区规划小型绿地斑块,生态廊道将大小绿地斑块联系起来,维持城市生态系统良性循环;适当合并居民点,形成以市区为中心,其外侧有博爱区、沁阳市等7个市、区的组团式城市群,通过快速干道相连,形成相对独立、相互依存、有机联系、协调发展的网络城市格局;城镇斑块镶嵌于以耕地、林地为背景的基质之中,以道路廊道、绿地廊道、水系廊道相连接,有利于保持物种多样性和景观异质性,改善城市生态环境.     

Regeneration pattern analysis of Quercus liaotungensis in a temperate forest using two-dimensional wavelet analysis

This paper introduces the two-dimensional (2D) wavelet analysis as a general interrogative technique for the detection of spatial structure in lattice data. The 2D wavelet analysis detects components of hierarchical structure and displays the locational information of the components. Patches and gaps of different spatial scales in graphical presentation of wavelet coefficients can be linked to the local ecological processes that determine patterns at stand or landscape scales. Derived from the 2D wavelet transform function, the calculation of wavelet variance can reduce the four-dimensional data of wavelet coefficients to a two-dimensional wavelet variance function and quantify the contribution of the given scale to the overall pattern. We illustrate the use of the 2D wavelet analysis by analyzing two simulated patterns and identifying the regeneration pattern of the Quercus liaotungensis in a warm temperate forest in north China. Our results indicate that the recruitment of Q. liaotungensis occurs in an overlapping area between the patch of adult and canopy gap at scales of 45 m×45 m–70 m×70 m and 20 m×20 m–30 m×30 m. The regeneration pattern of Q. liaotungensis can be mainly ascribed to a trade-off between two ecological processes: recruitment around parent trees and the physiological light requirements of seedlings and saplings. Our results provide a general portrayal of the regeneration pattern for the dispersal-limited and shade-intolerant Quercus species. We find that the two-dimensional wavelet analysis efficiently characterizes the scale-specific pattern of Q. liaotungensis at different life-history stages.     

Regeneration pattern analysis of Quercus liaotungensis in a temperate forest using two-dimensional wavelet analysis

This paper introduces the two-dimensional (2D) wavelet analysis as a general interrogative technique for the detection of spatial structure in lattice data. The 2D wavelet analysis detects components of hierarchical structure and displays the locational information of the components. Patches and gaps of different spatial scales in graphical presentation of wavelet coefficients can be linked to the local ecological processes that determine patterns at stand or landscape scales. Derived from the 2D wavelet transform function, the calculation of wavelet variance can reduce the four-dimensional data of wavelet coefficients to a two-dimensional wavelet variance function and quantify the contribution of the given scale to the overall pattern. We illustrate the use of the 2D wavelet analysis by analyzing two simulated patterns and identifying the regeneration pattern of the Quercus liaotungensis in a warm temperate forest in north China. Our results indicate that the recruitment of Q. liaotungensis occurs in an overlapping area between the patch of adult and canopy gap at scales of 45 m×45 m–70 m×70 m and 20 m×20 m–30 m×30 m. The regeneration pattern of Q. liaotungensis can be mainly ascribed to a trade-off between two ecological processes: recruitment around parent trees and the physiological light requirements of seedlings and saplings. Our results provide a general portrayal of the regeneration pattern for the dispersal-limited and shade-intolerant Quercus species. We find that the two-dimensional wavelet analysis efficiently characterizes the scale-specific pattern of Q. liaotungensis at different life-history stages.     

基于移动窗口法的岷江干旱河谷景观格局梯度分析

以岷江干旱河谷为研究区,基于GIS技术和移动窗口法对其景观格局梯度变化进行分析,以期为区域的景观格局优化和管理提供支持。根据研究区的形状特征,分别沿干流和支流设置4条样带;选取景观水平下的景观指数,利用FRAGSTATS3.3软件分别采取标准法和移动窗口法获得不同尺度下的景观指数值;综合利用景观指数粒度效应分析、区域面积信息守恒评价方法和景观指数幅度效应评价曲线确定研究区景观格局梯度分析移动窗口尺寸,并计算了此窗口尺度下4条样带上的景观指数,得到沿样带方向的景观梯度格局。结果表明:岷江干旱河谷的景观基质是灌木林地,面积占73.82%。有林地和草地的景观异质性低,居民地和耕地斑块破碎化程度较大。确定了50m的栅格大小,250m的移动窗口尺寸为研究区景观格局梯度分析的窗口尺度;4条样带上各景观指数均随景观类型变化出现不同幅度的上下波动特征,梯度特征明显。处于景观类型过渡地带的区域,景观多样性和异质性增加,破碎化程度高;干旱河谷景观格局梯度变化主要受地形、水热因子,以及堤坝建设和土地开发利用影响。研究作为一种有益的尝试,更精细地分析了研究区的景观格局,能够为河谷地区景观格局量化分析提供参考,但也存在一定不足,需要在今后工作中继续深入研究。