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.     

济南城市森林景观生态格局

城市森林景观生态格局研究不仅是城市森林系统规划与城市生态建设的基础和前提,而且是优化城市空间结构、充分发挥城市森林生态功能以及创建生态宜居环境的重要途径和手段.本研究以RS和GIS技术为支撑,通过总体景观生态格局定量分析和梯度分析等研究方法,采用10个景观指数从斑块水平和景观水平两方面,对济南市建成区城市森林景观生态格局进行定量分析,并提出优化对策.结果表明: 济南市建成区城市森林覆盖率为15.8%;城市森林总体景观生态格局在景观水平上表现为城市森林景观斑块类型较齐全、景观破碎化程度较大、各类型城市森林所占面积存在差异、以大斑块为主且同种斑块高度连接,在斑块类型水平上表现为生态公益林以大斑块为主且占优势地位、风景游憩林形状较规则且以大中型斑块为主、道路林及附属林形状复杂且以小斑块为主、生产经营林缺乏;在斑块类型水平上,以风景游憩林为主导类型、生态公益林斑块面积最大、道路林及附属林破碎度大,在景观水平上,城市中心森林景观破碎度大、人为干扰严重、景观形状复杂;在城市森林景观生态格局分析基础上,提出“一环二网、三片四轴、多点棋布”的济南市城市森林生态网络构建方案,从而加强各类型城市森林的连接度,发挥大尺度生态系统的整体生态效益.     

城市地表热力景观格局时空演变——以长春市为例

城市热环境问题是城市气候和区域气候研究中的热点,其对城市空气质量和公共健康等有着深远影响,严重威胁城市的可持续发展。以长春市为例,基于3期Landsat ETM+影像数据(2006、2010和2014),应用覃志豪单窗算法和线性光谱混合模型获取长春市区夏季地表温度、长春市不透水面盖度和植被覆盖率,构建热力景观动态度指数,分析了2006—2014年长春市热力景观格局的时空变化特征,并探讨地表温度与不透水面盖度和植被覆盖率的关系。结果表明:研究区城市热环境整体呈恶化趋势,地表平均温度年均增长0.15℃;热力景观整体变化更为剧烈,2006—2010年热力景观综合动态度为45.39%,2010—2014年热力景观综合动态度为52.64%;城市地表高温等级热力斑块面积和数量都增大,并向郊区扩张,热力景观整体呈现破碎化;低温等级为长春市变化最为剧烈的地表温度等级,城市地表热力性质复杂化。此外,统计分析表明:长春市的不透水面每增加1%,地表温度上升0.06—0.07℃;植被覆盖率每增加1%,地表温度下降0.07—0.08℃,植被对地表温度的影响力大于不透水面。     

城市景观破碎化格局与城市化及社会经济发展水平的关系——以北京城区为例

快速城市化引发的景观破碎化加剧对于城市生态系统的过程、功能及其所提供的生态服务功能具有显著的影响。以北京市五环内中心城区为例,采用移动窗口分析、梯度分析与景观指数相结合的方法研究了城市景观破碎化的空间分布格局和内部水平差异,并以此为基础,探究景观破碎化与城市化及社会经济发展水平的关系。结果表明:类型水平上,城市建筑用地景观比例达63%,斑块连通性好,破碎化程度低,而绿地景观占33%,斑块分布不均匀,破碎化程度较高。景观水平上,城市中心和郊区的景观破碎化程度要明显低于城市边缘的城乡过渡区,沿城市化梯度从中心向外围呈现出先上升后下降的趋势。回归分析结果表明,景观破碎化程度与城市化水平之间表现出一种倒"U"型关系,并在城市化水平达42%—45%之间,景观破碎化程度达到峰值。进一步研究表明,人口密度和家庭户数是导致景观破碎化加剧的直接驱动因素,而经济的快速增长对景观破碎化程度的提高具有间接的影响。该研究结果不仅能作为城市生态系统监测的重要指标,还能为城市景观的合理规划提供科学依据,而且对于促进城市的可持续发展具有重要的意义。     

北京市主城区城市森林景观格局特征分析

城市森林是城市生态文明建设的重要组成部分。该文以北京市五环内城市森林为研究对象,以2016年9月16日的GF-2遥感影像为数据源,依据景观和生态服务功能将城市森林划分为附属庭院美化林、道路河流防护林、城区公园休闲林和城市郊野游憩林四个类型,并运用面向对象法提取不同类型的城市森林数据信息,制作生成专题图,同时运用Fragstats 4.2软件对景观斑块数量和构成、破碎度指数、分维数、辛普森多样性指数、辛普森均匀度指数、聚合指数等指标进行计算。结果表明:高分影像在城市森林信息提取上具有优势,分类总体精度高达90.36%,Kappa系数达0.88;北京主城区城市森林总面积为22 514.79 hm 2 ,林木覆盖率为32.35%;城市森林斑块分布不均,大型、特大型斑块数量占总数比例13.62%,但面积占比高达73.20%,中小斑块的生态价值有待挖掘;不同城市森林类型特征存在差异,附属庭院美化林和道路河流防护林为优势景观类型,但两者破碎度高,聚合度差,分布零散,城区公园休闲林和城市郊野游憩林面积占比相对较小,南部城区公园建设薄弱;城市森林景观指数随城市拓展呈规律性变化,景观破碎度自市中心向外逐渐减小,二环内破碎度高达183.50。基于研究结果,建议北京市在城市森林建设中加强对中小斑块的资源整合,增建口袋公园;加强道路河流防护林建设,用以连接城区公园休闲林和城市郊野游憩林等大型斑块,同时加强南部城区公园建设;加强城市森林整体空间调控,对三环内老城区进行补植,对三环以外城市森林优化经营技术,提高整体城市森林覆盖度和质量。     

合肥市区城市森林景观格局分析

运用3S技术在分析合肥景观特点的基础上,研究了合肥市区17．6km^2范围内的城市森林景观特点及与其它景观单元间关系。结果表明,主要景观要素分为建筑与硬质铺装表面、城市森林斑块、一般绿地、道路、水面五大类景观背景为建筑及铺装表面,占总面积的73．13％;道路为典型的廊道景观,约占6．89％;研究区城市森林斑块共408块,计161．16hm^2,占总面积的9．8％,平均面积0．396hm^2、最大面积12hm^2,斑块形状复杂、近圆度小,其中48％的班块属于面积<500m^2的小班块,>1hm^2的城市森林班块只占8．6％;水面斑块147块,计149．93hm^2,占总面积的8．54％,平均面积1．02hm^2,最大面积16hm^2;一般绿地斑块255块,计39．74hm^2,占2．26％,最大面积3．86hm^2,平均面积0．1558hm^2．Shanlnon-Weiner景观多样性指数和均匀度均偏低,分别为0．9284和0．5768。另外,城市森林与一般绿地两类景观要素的总优势度达0．39,由于这两类景观斑块的尺度变化范围大,比较破碎,小尺度的斑块所占比例高,又主要集中在西区,分布不均匀,故对环境的影响作用受到限制,文中引用自然森林的内部生境概念,确定合肥城市森林斑块出现内部环境的l临界面积为9800m^2,研究区拥有城市森林的内部生境总面积为31．69hm^2,仅为城市森林面积的19．7％,不利于对物种提供更多的生境,提出应用内部生境的大小来划分城市森林斑块,建立城市森林小班块-中斑块-大斑块-特大斑块的尺度等级体系,据此提出,研究区各尺度的城市森林斑块面积比为2：2：2：3。同时提出合肥东北部应增加城市森林面积,尽可能建设1．5～3．0hm^2的片状城市森林。     

面向城市热环境格局时空演变的多重分形模式——以郑州市为例

与单分形相比,多重分形模型赋予了更多描述客观世界中复杂现象和事物的参数和手段,为更加准确和精细地刻画自然界中普遍存在的非线性现象和过程提供了一种有效途径。以河南省郑州市为研究对象,选取三期Landsat5-TM影像反演城市地表温度,并采用多重分形的理论与方法定量地探讨和研究城市热环境场纹理结构及其在时空中的分布特征,以及在不同的标度区间内热环境场与NDVI之间的关系。研究结果表明:20年间郑州市热场景观的多重分形谱奇异性指数最大值与最小值之差"α由0.6716减小为0.6419,奇异性指数最小值αmin和最大值αmax分别由1.4644、2.136减小为1.4304和2.0723,背景场奇异值α(fmax)由2.0111减小为2.0083,纹理测度最大值与最小值的分维数f(αmin)和f(αmax)分别由0.2354、1.4877增大为0.3412和1.734,意味着随着近20年经济的发展和城镇化率的提高,研究区域的热场纹理信息量不断减少,结构趋于简单,而纹理测度最大值、最小值和研究区温度有增大的趋势。对于位于郑州市不同位置且由不同景观斑块类型构成的区域,市区区域纹理测度波动幅度最小,而水体区域最大;市区纹理测度最大值和最小值的分维数最大,不同等级纹理像元数量分布比较均匀,空间簇聚程度高,而水体则相反,另从市区样本的多重分形参数来看,新开发的区域比老市区具有更小的αmin值和D2值。区域温度均值与多重分形参数之间呈现较强的线性相关性,而区域标准差与多重分形参数之间的相关性更强,线性变化的顺序依次为水体、农业用地、城郊和市区。另外,还利用C-A(浓度-面积)模型把2011年热场图像纹理结构分割为3个标度不变性区间,在此基础上讨论了奇异性指数α对区域温度与NDVI(归一化植被指数)之间关系的影响,发现斑块边缘的地表温度对NDVI最为敏感,且奇异性指数对不同标度区间的地表温度的本底值贡献是正向的,这些结论对热环境场的尺度转换研究具有一定的参考意义。     

基于模拟景观的城市森林景观格局指数选取

基于现实的沈阳城市森林景观,模拟了4个景观格局梯度,并选取了1个与之相应的现实景观格局梯度,分析了28个景观格局指数在各梯度对景观破碎化和景观斑块形状复杂性的反映,从而筛选出描述这两种景观格局特征的适宜景观格局指数.结果表明：斑块密度（PD）和平均斑块面积（AREA_MN）在城市森林景观破碎化方面表现出较规律的变化趋势,斑块密度随破碎化程度的增加而增加,平均斑块面积随破碎化程度的增加而减小;面积加权平均周长面积比（PARA_AM）在描述景观斑块形状复杂性方面与景观格局梯度相吻合,且随斑块形状复杂性的增加而增加,能够较为准确地描述景观斑块形状的复杂性.     

成都市城市森林格局与热岛效应的关系

城市森林对城市热岛效应有显著的缓解作用,其景观格局对热岛的分布有巨大的影响.以成都市为研究对象,采用该地区2003年的spot、landsat-7卫星影像资料,在对成都市进行城市森林景观格局的定量分析和热量反演算的基础上,结合土地利用分类图、气象观测资料、绿地统计资料,建立动态监测和空间分析模式,对城市热岛的热力分布特征和城市森林格局对热岛效应的缓解作用进行综合分析.研究结果表明: (1)成都市热量分布呈现东南多西北少的格局,这与成都市城市森林西北多东南少的格局成负相关;(2) 城市绿化覆盖率越高,降温效应越明显;(3) 在绿化覆盖率相当的情况下,大面积集中的绿地的降温效应明显高于面积小的绿地.基于研究结果,建议成都市在合理规划城市森林布局的同时,适当增加大面积城市森林公园的建设.     

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。     

我国城市大气环境与周边区域二维和三维景观格局关系

城市内部的大气环境受到周边区域景观格局的剧烈影响,小尺度上大气污染状况与周边区域景观格局的关系研究对从城市建设角度减缓城市大气污染有着重要现实意义.本研究以2017年中国30个省会城市的266个大气污染监测站点的NO2、SO2、PM2.5和PM 10年均浓度为因变量,选择监测站点周边3 km区域内的10个二维和三维景观...     

植被覆盖度和归一化湿度指数对热力景观格局的影响——以广州为例

利用LANDSAT-5 TM影像提取地表温度、植被覆盖度和归一化湿度指数（NDMI）等信息,结合景观生态学方法探讨广州市不同区域城市植被和NDMI对地表温度的调节作用.结果表明： 植被覆盖度、NDMI和地表温度两两之间有较强的线性相关性,但不同区域植被覆盖度、NDMI与地表温度的相关程度存在明显差异;提高相同植被覆盖度时,中心城区的降温效果最好,其次是处于中心城区北缘的近郊区;不同区域森林公园对周围热环境的影响程度不同,960~1080 m缓冲区内平均温度与公园内部平均温度之差分别为4.69 ℃（白云山）、1.27 ℃（马仔山）和0.41 ℃（流溪河）;高植被覆盖度可增加热力景观多样性和不同景观之间的结合度,促进低温斑块内部与其他斑块如高温斑块间的能量交换,起到控制热岛效应的效果;增加环境湿度与提高植被覆盖度对热力景观格局所形成的作用相当.     

基于视觉指数的城市热环境效应——以徐州市为例

城市热环境与人居环境、居民健康以及城市可持续发展密切相关。本研究以绿视率(GVI)为基础,提出地上构筑物视率(CVI)和硬化地表视率(R&PVI)2种新的视觉指数,使用移动观测方法,在夏季末获取徐州市主城区、风景区、大学校园外部以及大学校园的城市热环境数据,并同步获取采样沿线的影像和坐标信息,分析以视觉指数所表示的城市构成对城市热环境的影响。结果表明: 在采样沿线上,研究区主城区平均气温(T_a,30.42 ℃)最高但相对湿度(RH,40.7%)最低,风景区的平均T_a(29.35 ℃)最低但RH(48.4%)最高;平均风冷温度(T_aW)在主城区最高(32.95 ℃),在风景区最低(31.93 ℃)。CVI由高至低依次为:主城区、大学校园、大学校园外部和风景区,GVI与CVI相反。CVI分别与T_a和T_aW呈极显著正相关,与RH呈极显著负相关;GVI分别与T_a和T_aW呈极显著负相关,与RH呈极显著正相关;R&PVI分别与T_a和T_aW呈显著和极显著正相关,与RH的相关性不显著。CVI和GVI对T_a的贡献显著,独立贡献率分别为10.4%和18.9%,联合贡献率分别为7.8%和11.3%;对RH而言,二者贡献同样显著,独立贡献率分别为37.5%和15.7%,联合贡献率分别为51.4%和30.2%;对T_aW而言,3种参数的贡献均达到显著水平,三者的独立贡献率和联合贡献率均低于对T_a的影响;3种参数对RH的影响高于对T_a和T_aW。研究结果可为优化城市热环境和缓解城市热岛效应提供思路,也对城市更新以及人居环境质量提升具有实践意义。     

山水资源型城市景观生态风险评价及生态安全格局构建——以张家界市为例

区域生态安全是现代城市健康发展的重要内容,科学认识与评价区域生态风险与构建生态安全格局,有利于综合提升区域生态安全水平。以张家界市2019年高分二号遥感解译数据为基础,使用GIS空间分析与Fragstats软件构建景观生态风险指数,对景观生态风险空间分布特征进行分析;利用最小累积阻力模型(MCR),以9个自然保护地为生态源地,以景观生态风险指数、植被覆盖度、高程、坡度、与道路距离、与水域距离构建阻力面,识别生态廊道与生态节点,构建生态安全格局并提出生态安全保护策略。结果表明：(1)研究区景观生态风险空间差异明显,生态风险呈现“中部、四周低,高值区总体沿澧水水系呈条带状延伸”的空间分布规律;(2)低、较低、中、较高、高生态风险分别占比21.59%、41.79%、22.57%、12.08%、1.98%,其中较低生态风险占比最高,高生态风险占比最低,各区县高生态风险压力排序为：永定区>慈利县>桑植县>武陵源区;(3)研究共识别出生态廊道24条,生态节点47个,生态廊道累积长达872.35km,生态廊道与生态节点分别呈现“三横四纵”、“中多西少,南多北少”的空间分布特征;(4...     

植被覆盖度和归一化湿度指数对热力景观格局的影响——以广州为例

利用LANDSAT-5 TM影像提取地表温度、植被覆盖度和归一化湿度指数(NDMI)等信息,结合景观生态学方法探讨广州市不同区域城市植被和NDMI对地表温度的调节作用.结果表明:植被覆盖度、NDMI和地表温度两两之间有较强的线性相关性,但不同区域植被覆盖度、NDMI与地表温度的相关程度存在明显差异;提高相同植被覆盖度时,中心城区的降温效果最好,其次是处于中心城区北缘的近郊区;不同区域森林公园对周围热环境的影响程度不同,960～1080 m缓冲区内平均温度与公园内部平均温度之差分别为4.69℃(白云山)、1.27℃(马仔山)和0.41℃(流溪河);高植被覆盖度可增加热力景观多样性和不同景观之间的结合度,促进低温斑块内部与其他斑块如高温斑块间的能量交换,起到控制热岛效应的效果;增加环境湿度与提高植被覆盖度对热力景观格局所形成的作用相当.     

Relationship between landscape structure metrics and wetland nutrient retention function: A case study of Liaohe Delta, China

The relationship between landscape pattern and the function of nutrient reduction in the natural reed marsh of Liaohe Delta is studied with the help of some landscape metrics. The results discovered that not all the metrics selected are explanative in representing the function of nutrient reduction. Network connectivity, area size, and source to centre metrics are closely related to the simulation results from different pattern scenarios, while other metrics like area-weighted mean shape, fractal, contagion and aggregation are not related with the reduction process at all. Different metrics should be chosen according to the purpose of the study, based on the criteria of simplicity, generality and ecological meaning.     

基于电路理论的城市景观生态安全格局构建——以湖南省衡阳市为例

生态源地与廊道识别是生态安全格局构建的重要环节,以往研究较多关注物种迁移和扩散最优路径的选择,忽略了物种对路径选择的随机性,致使其结论未能客观地反映物种迁移和扩散过程.以衡阳市主城区为研究对象,利用InVEST模型生境质量分析模块结合Circuitscape 4.0筛选生态源地、生态廊道,继而通过Linkage Map...     

滨海半城市化地区景观格局演变——以厦门市集美区为例

基于厦门市集美区1987-2007年5期TM/ETM⁺遥感影像数据,选取斑块类型水平和景观水平上的景观指数,定量研究了半城市化地区的景观发育过程及其时空动态特征.结果表明：研究区景观格局演变具有快速性、不稳定性、异质性和过渡性特征;1987-2007年间,研究区城市建设用地面积的增长最快,由2.7 km²增至29.1 km²,年均增长率13%,但仍然不是优势景观,其扩展主要通过侵占农用地和吸纳农村建设用地实现,并呈现出“飞地式”特征和复杂的空间形态;农村建设用地面积增加了2.3倍,年均增长率6.2%,其空间扩展呈现出无序和分散的特征;城市和农村的扩展导致农用地面积减少了42%,并呈破碎化趋势;受城市化影响,半城市化地区的整体景观在快速复杂的转变中趋于破碎化,景观异质性增强.     

长沙市热力景观空间格局演变分析

城市热环境是城市生态环境效应研究的热点之一,其演变规律的研究为缓解城市热岛带来的负效应、促进城市可持续发展提供依据。以2004年和2010年Landsat7 ETM+遥感影像数据和土地利用现状数据为数据源,在地表亮度温度反演的基础上,运用景观指数并结合GIS空间分析技术,采用移动窗口和梯度分析结合的方法,分析2004—2010年长沙市中心城区热环境的空间格局动态变化,通过分区统计法分析了不同热力景观等级下不同城市景观的空间格局变化,从景观尺度上阐明城市景观类型组成和空间格局与地表温度空间分异之间的关系。研究结果表明:2010年热岛区域扩大且更加分散,面积比2004年增加15.01km2,新增区域主要分布在金霞、岳麓和星沙的新兴工业园区;中心城区热力景观格局在景观水平上具有明显的空间分异特征,在从中心位置到偏北、偏东和偏南方向上,热力景观从市区向周边郊区呈现破碎化、多样性递增、形状复杂化,而从中心位置到偏西方向上与之相反;景观类型组成和空间布局对地表热环境产生不同影响,耕地、林地在热力景观内的优势度越大、分布越集中,地表降温效果越显著;反之,建设用地斑块越大、凝聚程度越高、形状越规整,地表温度越高,热岛效应显著。