基于TM影像的景观空间自相关分析——以北京昌平区为例

格局与尺度之间的关系是景观生态学的核心研究内容。景观格局发生在不同的尺度 ,而尺度又影响格局的研究 ,因而 ,在景观生态学研究中应用多种量化研究方法于一系列尺度来确定和特征化空间格局研究 ,并探求空间格局与生态学功能和生态学过程之间的关系是非常必要的。以北京昌平区为例 ,从 TM影像中选取 5个具有突出自然和社会经济背景差异的景观 ,即林地景观、农田景观、都市边缘景观、卫星城景观和灌丛景观为研究对象 ,基于归一化植被指数 (N DVI) ,采用常用空间自相关指数 ,即 Moran的 I系数和 Geary的 c系数进行一系列的空间自相关分析 ,旨在阐明 :变化的空间粒度如何影响空间分析 ?以及空间分析如何响应划区效应 ?此外 ,基于 N DVI和数字高程模型 (DEM)也探讨了对于不同的数据类型 ,格局的尺度依赖性如何变化。研究结果表明 :空间粒度的变化对于景观分析有着显著的影响 ,随着空间粒度的增加 ,空间自相关均呈下降趋势 ;不同景观类型对于空间粒度的变化有着不同的响应 ,人为干扰较多的景观具有较低的空间自相关 ,但对空间粒度的变化表现出较强的敏感性 ;对于不同的数据类型 ,格局分析对空间粒度变化的响应是不同的     

三峡库区低山丘陵区多尺度景观指数响应及适宜粒度

景观格局具有典型的空间异质性和尺度依赖性。在对景观格局进行分析研究时需跨越多个尺度,空间粒度大小在尺度聚合分析中至关重要。三峡库区低山丘陵区斑块破碎、景观格复杂性显著、景观格局特征及尺度变异规律仍待明确,本文以三峡库区秭归县为研究区,设定1—400m内23个粒度梯度水平,定量评估县域、乡镇以及小流域不同幅度上的景观格局指数以及拟合函数,探讨多空间幅度景观格局指数随粒度大小的变化特征。基于景观指数的粒度效应特征和拟合函数的曲线特征(最大曲率点、极值点),明确适宜不同幅度的山地景观格局指数研究的粒度阈值,以揭示库区低山丘陵区景观结构的复杂性和变异性。结果表明：不同景观指数对空间粒度变化和空间幅度变化的响应存在差异,不同景观指数的空间粒度响应主要呈现增加、降低、波动和无明显规律变化的趋势,其中斑块密度、最大斑块面积等指数对斑块形状和大小的变化敏感,而多样性指数的粒度变化敏感度较低;部分指数如斑块密度、边缘密度、周长面积分维数等对空间幅度的变化并不敏感,而最大斑块面积、景观形状指数、散布与并列指数、分离度等指数对空间幅度的变化敏感,适合进行不同幅度适宜粒度阈值的推定;边缘密度、平均斑块大小、景...     

空间粒度变化对景观格局分析的影响

认识空间异质性的多尺度依赖性和景观格局特征对尺度效应关系的影响是进行空间尺度推绎的基础。以2种真实景观(中国广东粤北植被景观与美国凤凰城城市景观)和SIMMAP景观中性模型产生的27种模拟景观为对象。利用景观格局分析软件FRAGSTATS对18种常用景观指数的尺度效应进行了系统的分析。根据这些指数对空间粒度变化的响应曲线和尺度效应关系,18种景观指数可分为3类。第1类指数随空间粒度的增大单调减小。具有比较明确的尺度效应关系(幂函数下降),尺度效应关系受景观空间格局特征的影响较小;这类指数包括缀块数、缀块密度、边界总长、边界密度、景观形状指数、缀块面积变异系数、面积加权平均缀块形状指数、平均缀块分维数和面积加权平均缀块分维数。第2类指数随空间粒度的增大将最终下降。但不是单调下降的;尺度效应关系比较多样,可表现为幂函数下降、直线下降或阶梯形下降。主要受缀块空间分布方式和缀块类优势度的交互影响;这类指数有5种：平均缀块形状指数、双对数回归分维数、缀块丰度、缀块丰度密度和Shannon多样性指数。第3类指数随空间粒度的变粗而增加。随缀块类优势度均等性的增加。尺度效应关系由阶梯形增加、对数函数增加、直线增加向幂函数增加过渡。尺度效应关系主要受缀块类优势度的影响;此类指数包括平均缀块面积、缀块面积标准差、最大缀块指数与聚集度。景观指数随空间粒度变化是一种1临界现象,当粒度大于或小于1临界值时,景观指数对空间粒度变化非常敏感。变化速率非常大。绝大部分情况下。真实景观粒度效应关系和曲线形状与模拟景观所得分析结果相似。说明模拟景观具有很好的代表性。文中也讨论了本研究结果与前人研究的异同。分析了造成差异的原因。景观指数的粒度效应关系与指数本身所反映的景观格局信息有一定关系,总体上来说。随粒度增加。缀块数、边界长度、缀块形状的复杂性、多样性将减小,而平均缀块面积和聚集度将增加。一系列的尺度效应图和不同景观指数的尺度效应关系可作为景观格局分析时指数选择、分析结果的解释和进行空间尺度推绎的参考。     

黔中喀斯特山地城市景观格局指数粒度效应——以安顺市为例

景观格局对生态过程的影响具有强烈的尺度依赖性,尺度的合理确定是决定景观格局与生态过程研究的关键。以黔中喀斯特典型山地城市安顺市为对象,在GIS与RS技术的支持下,从类型和景观两个层次分析景观格局的空间粒度效应,揭示不同景观格局指数随粒度变粗的变化特征,进而探明喀斯特山地城市景观生态研究的适宜空间粒度。结果表明:除SIDI、SIEI、TA外其余景观格局指数受空间粒度的影响显著,随粒度变粗,各指数随粒度变粗的响应可分为单调递减、单调递增、先上升后下降及基本稳定类型;大部分景观格局指数在20或100 m粒度下出现明显跃变,存在"临界阈"现象;对于安顺市中心规划区而言,进行景观格局分析的最佳尺度范围为5~20 m,适宜粒度为20 m;山体绿地在喀斯特山地城市绿地系统中占主导地位,其CA、TE、DE等7个景观格局指数的粒度响应曲线相似。综上,基于高分辨率影像的黔中喀斯特山地城市景观生态研究的适宜粒度为20 m。     

不同尺度下城市景观综合指数的空间变异特征研究

在GIS与RS技术支持下,采用5 m分辨率的SPOT遥感图像数据,从城市土地利用角度,利用半变异函数对不同尺度的景观多样性、聚集度与分维数的空间变异进行了定量分析.结果表明,不同尺度下3种指数的空间变异具有相似特征,各个尺度上都具有空间依赖性,尺度越小,空间依赖性越大,空间变异的细节更显著,空间自相关性对总体变异的贡献逐渐增加,但尺度过小,有时会破坏景观内部结构.不同指数的半变异函数模型在相同尺度上差异显著,说明不同景观指数在不同尺度下的半变异函数模型不具可比性.就研究上海市内部土地利用结构而言,1 km的幅度是较合适的空间尺度.景观指数空间变异特征是尺度的函数,尺度对景观格局的影响不能忽视.景观综合指数对尺度响应的生态过程揭示了上海城市空间结构的规律性:在小尺度上的复杂无规律性,中尺度上的多中心性和大尺度上的圈层结构性,但各个尺度是相互依赖的,没有绝对界限.     

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。     

高精度遥感影像下农牧交错带小流域景观特征的粒度效应

在GIS和RS技术支持下,以农牧交错带六道沟小流域2010年的WV-1高精度遥感影像为基础,编制了小流域景观类型图,选取经典景观指数,在类型和整体景观的水平上,探讨了农牧交错带小流域景观格局指数随粒度变化的基本规律,并分析了各景观格局指数间的相关性。结果表明：在1-50 m粒度范围内,农牧交错带六道沟小流域景观格局指数的“临界粒度”现象明显,总体而言,在0.5 m分辨率下六道沟小流域的景观格局指数的“临界粒度”为10 m,适宜计算的粒度范围为5-10 m,所以在利用高精度影像对小流域景观进行预测、对比和评价等研究时,需注意粒度的影响并进行一定的粒度转换。农牧交错带小流域景观形态具有分形特征,各类景观斑块的分维数对粒度变化的响应不同,分维数随粒度的增大呈非线性下降趋势,表明景观类型边界趋于简单化。相关性分析一方面定量反映了所选景观指数受粒度变化影响的相关性程度,另一方面可为后续农牧交错带小流域因“退耕还林（草）”工程引起的景观格局变化研究提供参考。     

粒度变化对上海市景观格局分析的影响

采用1989年上海市1∶50 000彩红外航空遥感影像解译的土地利用数据,系统分析了粒度变化对中心城区、郊区和城郊结合部3类景观格局分析的影响.结果表明:景观格局指数对粒度具有尺度依赖性,随粒度的变粗,格局指数的变化可归为单调下降、阶梯上升或单峰变化以及不规则变化3类;景观格局指数随粒度变化的曲线存在多个拐点,并对应于合适的景观格局分析尺度,上海城市景观格局分析的合适尺度为10～20 m;不同城市景观类型对景观格局指数的粒度效应具有较大影响,景观格局指数在城郊结合部表现出与城区和郊区不同的变化趋势.     

上海市城市土地利用景观的空间尺度效应

在RS与GIS技术支持下,基于2002年上海市5m分辨率的SPOT遥感影像和上海城市土地利用的景观类型,定量分析了几种常用景观格局指数随尺度的变化规律．结果表明：上海市土地利用景观格局指数对粒度和幅度变化都很敏感,景观格局具有明显的尺度依赖性,不同指数对尺度的响应特征不同;40m分辨率是上海城市土地利用景观的本征观测尺度,小于这个尺度范围往往表现出随机性特征;24km的幅度是一个特征操作尺度,与上海市建成区与非建成区边界的范围相吻合,说明对于上海城市景观而言,距离城市中心12km的幅度可能是一个本征的操作尺度;上海市城市结构的复杂性和城市空间扩展的不对称性,说明上海城市景观格局的本征操作尺度并不是一个规则的形状,24km的正方形范围仅是一个近似的操作尺度．     

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。     

间作对桑树和谷子生长和光合日变化的影响

以桑树和谷子为研究材料,探讨了大田条件下,桑树-谷子间作对桑树和谷子的干物质生产、土地利用率和光合日变化的影响.结果表明：桑树-谷子间作条件下,间作桑树的株高、地茎、根长和枝条数分别比单作桑树增加了6.0%、13.7%、6.8%和14.8%,且间作桑树的产叶量比单作桑树增加了31.3%;间作谷子与单作比较,其株高和根长的变化不大.桑树-谷子间作增加了土地当量比,提高了土地利用率.单作、间作桑树和谷子叶片在12:00时均表现出明显的光合午休现象,且单作桑树的光合午休现象比间作桑树严重.桑树-谷子间作提高了中午时桑树叶片气孔导度和水分利用率,增加了桑树光合碳同化能力,抑制了桑树叶片实际光化学效率、电子传递速率和最大光化学效率的下降,从而减缓了桑树的“光合午休”现象.桑树 谷子间作能明显提高桑树叶片的光合生产能力.     

铁西区城市改造过程中建筑景观的演变规律

探索城市改造过程中景观的变化规律对城市景观变化的预测有重要的指导意义。以沈阳市铁西区1997、2002、2005、2008年建筑物三维信息为基础数据。按照建筑物使用性质将其分为居住、工业、商业、教育与医疗、其他建筑5类,按照建筑物的高度将其分为平房、低层、多层、中高层、高层和超高层6类。采用转移矩阵法分析了不同时段建筑类型的更替规律。并将探索性空间数据分析法应用于建筑改造空间分布特征的研究。结果显示:1997到2002年,居住建筑是建筑改造的主体。2002年后,工业建筑成为建筑改造的主体。1997到2008年,不同高度类型的建筑更替顺序为:平房→低层建筑→多层建筑。新增建筑先以低层为主,后以中高层,逐渐以高层为主。建筑改造在空间上并不是随机分布的,而是存在显著的空间正相关关系。在局部空间范围内,建筑改造呈现成片集中改造的现象。     

兴安落叶松种群格局的分形特征——关联维数

种群格局关联维数揭示出个体空间关联的尺度变化规律,表明种群个体的空间相关程度。采用关联维数对大兴安岭兴安落叶松种群格局的研究表明,各类兴安落叶松林中兴安落叶松种群格局具有较高的关联维数（接近２）,个体空间关联程度较高,其次序为杜鹃－兴安落叶松林（１．７４６）＞草类－兴安落叶松林（１．７４０）＞越桔－兴安落叶松林（１．５５０）＞杜香－兴安落叶松林（１．４６８）。兴安落叶松－白桦林中兴安落叶松种群格局的关联维数较小（＜１．５１２,远离２）,个体间关联较弱,处于劣势伴生地位。通过将各天然森林类型与兴安落叶松人工林比较显示,个体空间相关程度由高至低的次序为兴安落叶松人工林（１．７６２）＞兴安落叶松天然林（１．６２６）＞兴安落叶松－白桦林（１．４３４）,揭示出兴安落叶松种群在不同森林类型中个体空间关联的尺度变化的差异。文中还对综合运用各种分形维数揭示种群格局尺度变化特征的问题进行了讨论。     

遗传算法支持下土地利用空间分形特征尺度域的识别

针对土地利用空间分形特征只存在于有限尺度域的现象,采用无标度区内离散点拟合的离差平方和平均值最小作为目标函数,提出了一种基于遗传算法的土地利用空间分形特征尺度域的识别方法,用于准确计算分形维数的有效区间范围。以武汉市武昌区水域空间分形特征为例,利用Quickbird多光谱遥感影像提取土地利用空间信息,重点讨论了基于遗传算法识别土地利用空间分形特征尺度域范围的总体思路、适应度函数和遗传算子等环节;然后分别从测定系数、标准差和无标度区间3个角度,将其同人工判断法、相关系数法以及强化系数法进行对比讨论;并结合研究区域实际的水域空间分布格局,分析不同方法计算所得半径维数的合理性。结果表明,土地利用分形特征尺度域的范围对分形维数计算结果有较大影响;相对于传统计算方法来说,遗传算法在尺度无标度区间识别上具有更高的精度,可以为土地利用空间格局分形特征的研究提供客观指导意见。     

不同斑块类型的景观指数粒度效应响应——以无锡市为例

斑块类型与景观格局粒度效应响应关系密切。以无锡市为研究区域,针对地区社会经济活动频繁、人为干扰强烈和生态脆弱等特性,以土地利用类型、热力等级和生态贡献为斑块类型划分依据,构建出对应的3种不同景观格局。在相同粒度变化情况下,选用了19个景观水平指数和Moran's I指数,分析了不同景观格局粒度效应的响应情况。结果表明,随粒度变粗:1)土地利用类型、热力等级和生态贡献斑块的部分景观指数响应曲线变化剧烈程度依次减弱;2)3类斑块的Moran's I指数均存在尺度效应。其中,土地利用类型和生态贡献斑块的Moran's I指数存在负相关,热力等级斑块没有。生态贡献斑块响应曲线在正相关区域内变化相对平缓,土地利用类型与热力等级斑块响应曲线变化趋势相反;3)指数反映的第一临界粒度基本一致,但景观指数响应曲线的临界现象更为明显。总体上,不同类型斑块在同一研究区构成的景观格局、指数响应曲线变化趋势和第一临界粒度都较为相似;斑块类型对景观指数粒度效应响应存在影响,但还有待深入探讨。     

地统计学在水生植物群落格局研究中的应用

为了研究水生植物群落的镶嵌分布格局和随着尺度变化的空间特征,应用地统计学中半方差法、半方差理论模型和分形理论,研究了湖北省保安湖沿岸带水生植物群落分布格局,在沿岸带设置了一个160m×160m的方形样方,采用覆盖法将整个样方划分为32×32个格子,记录各格子内出现的物种数,格子内如果有某物种,则将该格子对应的区域化随机变量赋值为1,否则赋值为0。另将群落各格内区域化随机变量赋值为各物种在该采样点随机变量值的总和,运用地统计软件GS+for Windows分析苦草、狐尾藻、金鱼藻和群落的32×32格随机变量表,计算得到它们各向同性模型和不同方向上的分维,从苦草和狐尾藻的各向同性指数模型来看,它们属于聚集性分布,其空间结构比率较高,这表明在小尺度上它们变化较小;从金鱼藻和群落的各向同性线性模型来看,属于中等程度的聚集分布,其空间结构比率很低,这表明它们在小尺度上变化较大。从各向异性模型来看,群落优势种的分维值都较高,说明在调查的群落内,各物种分布比较均匀,根据确定系数判定群落格局的优势方向是西北-东南,与其他群落格局分析方法相比较,该方法在确定群落组分空间依赖范围和相关性大小。以及区分聚集强度上具有一定优势,为定量描述不同尺度下的水生植物群落特征提供了一个新途径。     

不同光照条件下假俭草生长格局的分形研究

应用分形几何的原理和方法,研究不同光照条件下假俭草的生长格局。结果表明,假俭草具有自相似性的生长过程。不同光照条件下,假俭草具有不同的分形维数和相应的生物量积累规律。生物量积累速率随着分形维数的增大而增大。分形维数同时反映了假俭草的分枝能力和对空间的占据能力。假俭草种群具有依据外界条件而调节生长格局的生态适应能力。     

Self-similar mitochondrial DNA

We show that repeated sequences, like palindromes (local repetitions) and homologies between two different nucleotide sequences (motifs along the genome), compose a self-similar (fractal) pattern in mitochondrial DNA. This self-similarity comes from the looplike structures distributed along the genome. The looplike structures generate scaling laws in a pseudorandom DNA walk constructed from the sequence, called a Lévy flight. We measure the scaling laws from the generalized fractal dimension and singularity spectrum for mitochondrial DNA walks for 35 different species. In particular, we report characteristic loop distributions for mammal mitochondrial genomes.