苏锡常地区建设用地扩张过程的定量分析

基于遥感影像与社会经济统计数据,本文综合运用3S空间分析技术、景观扩张指数与多元逐步回归模型,分析了1990—2010年苏锡常地区建设用地扩张的时空特征、空间模式及社会经济驱动力.结果表明:研究区建设用地面积经历了快速增长-缓慢增长-加速增长的变化轨迹,这与不同时期国家宏观政策的重大调整紧密相关;研究期间,建设用地面积增长2218.9 km2,主要源于对水田、旱田、水库坑塘等生态用地的占用;1990—1995年,区域建设用地主要以填充式、边缘式进行扩张;1995—2000年,填充式、边缘式受到政策限制,飞地式成为建设用地扩张的主要途径;2000年以后,飞地式扩张大幅锐减,填充式扩张显著增强,建设用地空间形态逐渐趋向紧凑;区域经济高速增长是驱动建设用地扩张的主导因素,城镇人口的激增也加速了建设用地的扩张.未来区域的经济社会发展规划,应重视提高土地集约利用水平、加强土地管理体制创新并推行紧凑的城市发展模式.     

长江三角洲四城市城镇化过程景观动态变化格局比较

以1990、1995和2000年三期Landsat-TM/ETM⁺遥感影像解译的江苏省土地利用图为数据源,运用GIS的缓冲区分析和景观格局指数等方法,对南京、苏州、无锡和常州4市10年来的城市扩张规律和动态格局变化模式进行了定量研究,并在时间和空间维度上进行比较。结果表明：4市在1990—2000年的快速城市化过程中既有相似的发展规律又各自表现出不同的特点。10年间,4市城市用地面积都不断增加,但前5年增长规模和速度远大于后5年;1990—1995年,4市城市扩张以城市中心建成区不断外扩,摊大饼发展模式为主,而1996—2000年城市扩张则以城乡交错带新增城市用地斑块为主。南京最活跃的地带是距城市中心3～6 km地区;无锡的活跃带从距城市中心9～12 km处内移到6～9 km处;常州城市形态结构简单化最为明显;苏州景观破碎化趋势在1996—2000年间加剧。     

干旱区绿洲城市建设用地扩张时空格局变化特征研究

基于2000、2010和2018年3期Landsat遥感影像,借助建设用地扩张年增量和年增长率,明确了干旱区绿洲城市乌鲁木齐城市建设用地扩张强度和速度,并分析了飞地式、边缘式和填充式三种扩张模式特征及其带来的热力环境影响。研究结果能为绿洲城市未来土地利用结构优化和生态效益提高,预防土地利用冲突的发生,促进区域和谐稳定、建设人与自然和谐共生提供例证和科学支撑。结果表明:(1) 2000—2018年间城市建设用地面积持续地增长,其扩张速度呈先增后减趋势,城市扩张方向主要是东北、南和西南;(2) 2000—2018年城市扩张模式是以填充式和飞地式为主,18a间三种扩张模式均是以草地和耕地转入为主;(3)在建设用地扩张背景下,2000—2018年热力场环境分布与建设用地在空间上具有一致性,热力现象在此期间局部有所下降但总体呈上升趋势。     

基于夜间灯光数据的环杭州湾城市扩张及植被变化

综合运用遥感与GIS技术,基于2000、2007和2013年的DMSP/OLS夜间灯光数据和MODIS NDVI数据,利用灯光阈值提取法、植被指数分析等方法,研究环杭州湾地区城市扩张和建成区植被变化特征.结果表明: 采用最佳阈值方法,能够实现对城市地区用地信息的有效提取;环杭州湾地区城市用地整体围绕杭州湾呈“V”型模式扩展,并表现出面状、线状和点状3种扩张模式;从城市扩张速度、动态度和形态紧凑度来看,各地级市表现出较大的时空差异,但整个研究区的城市扩张速度和动态度普遍呈现降低趋势,平均城市形态紧凑度则经历了先下降后上升的过程.各城市建成区的植被状况也存在显著差异,2000—2007年,除嘉兴市建成区植被状况变差外,其余各地级市建成区植被状况均变好;2007—2013年,所有城市建成区植被状况变差;2000—2013年,城市扩张对建成区植被均产生了不利影响.     

基于土地覆盖和NDVI变化的拉萨河流域生境质量评估

气候变化和人类活动导致的土地覆盖和植被变化都会对生境质量产生影响。青藏高原是众多珍稀高原动植物的栖息地,具有重要的生物多样性维持价值。拉萨河流域是青藏高原经济最发达、人口最密集的核心地区,人类活动对生境质量带来的胁迫和压力持续增加。为揭示近些年来土地覆盖和植被变化对拉萨河流域生境质量的影响,选择生长季NDVI作为植被变化的指示因子,通过对不同植被类型各年份的生境适宜度进行修正,利用In VEST模型评估了拉萨河流域1990—2015年的生境质量时空变化。研究结果表明,1990—2015年拉萨河流域土地覆盖变化整体相对较小,其中人工表面和湿地面积增幅相对较大,分别为82.65%和32.40%;土地覆盖变化的转移方向主要为稀疏草地转化为草原和草甸、耕地转化为人工表面以及冰川/积雪转化为荒地。植被变化方面,1990—2000年,除流域中上游的裸岩、裸土地区和念青唐古拉山地区外,流域NDVI整体有较显著上升;而2000年以后略有下降。从生境质量的空间分布来看,高质量生境主要分布在流域下游、念青唐古拉山南侧河谷地区以及拉萨河源头等地区,低质量生境主要分布在拉萨市市辖区及周边、林周县县城及周边,以及流域中上游的荒地等地区。从时间变化上来看,1990—2000年,拉萨河流域整体生境质量指数从0.51上升到0.57; 2010年和2015年整体生境质量指数分别为0.56和0.55,较2000年略有下降。相比于土地覆盖变化,NDVI对生境质量变化的影响更为显著。     

豫东平原聚落景观格局变化

中国的快速城镇化必然导致聚落景观格局的变化,但目前相关研究对平原地区关注相对较少。文中选取豫东平原地区的开封、商丘、周口市,运用GIS空间分析方法和ENVI遥感影像处理技术,对该地区1972、2015年市域中观尺度上的聚落规模、聚落景观空间变化特征进行分析。结果显示:(1)在聚落发展过程中,1972—2015年聚落斑块数量有所减少,聚落规模逐渐扩张,市域内最大聚落斑块扩张相对更为明显;对聚落斑块扩张强度的分析发现,城市市辖区及周边乡镇聚落扩张强度相对较高。(2)地区内聚落斑块空间分布表现出聚集分布特征,但该时期聚集程度有所减弱;两个年份聚落核密度分布格局大致相似,局部地区存在多核扩散现象,市域尺度上的核密度分布存在地区差异。(3)对斑块形状指数的分析发现,研究区狭长或曲折聚落斑块在空间上分散布局,整体上区域内聚落形状趋于规则。(4)随着距河流、道路距离的增加,聚落斑块总面积和数量有所减少,且道路对聚落分布仅在一定范围内存在较大影响,距中心城市0—6km范围内聚落受中心城区发展辐射影响较大。本文的分析可为平原地区聚落景观的优化布局和聚落用地的集约化发展提供一定的参考。     

2000—2015年西南地区土地利用与植被覆盖的时空变化

西南地区是我国重要的生态资源区和生态脆弱区,在国家“绿水青山”战略发展中具有重要地位。本研究基于1 km空间分辨率的土地利用数据集,结合土地利用转移矩阵,定量分析2000—2015年间西南地区土地利用变化特征及其驱动力。并基于MODIS遥感植被指数,利用像元二分模型计算西南地区植被覆盖度,分析归一化植被指数(NDVI)和植被覆盖度的变化规律。结果表明: 研究期间,西南地区的主要地类是林地、农田和草地。建设用地面积增加5874 km²,增长率为55.8%;农田面积减少最多,下降6211 km²,其次是草地,减少2099 km²。2000—2015年间,西南地区建设用地的转入面积最多,主要由农田(贡献率68.2%)、林地(贡献率19.2%)和草地(贡献率13.1%)转化而来,转化的区域多靠近城区。农田的转出面积和转出率分别为7079 km²和2.2%,占所有转出类型面积的46.0%。林地多由草地(贡献率61.8%)转化而来,转化区域多分布在贵州中南部和云南西部等地。全区NDVI和植被覆盖度均呈显著增加趋势,说明研究区整体呈变绿趋势。其中,自然植被和农田的NDVI均显著增长,建设用地扩张地区的NDVI下降,说明自然植被和农田主导了该地区植被变化。通过残差分析发现,气候变化和人类活动对研究区变绿趋势的贡献显著。     

基于土地利用变化的长春市生态风险评价

基于长春市1985年、2000年和2015年的Landsat TM遥感影像, 提取3个时相的土地利用类型数据, 通过构建网格尺度下的生态风险指数, 借助空间分析、地统计分析等方法定量评价长春市土地利用变化下的生态风险时空演变特征, 并应用地理探测器对其影响因子进行探测。结果表明: (1)1985—2015年, 长春市土地利用变化明显, 建设用地持续扩张, 耕地波动式收缩; 土地利用中耕地转为建设用地、林地与耕地间的相互转换是地类转移的主要形式; (2)长春市土地利用生态风险呈小幅下降趋势, 在地域内呈现西高东低的分异特征, 生态风险热、冷点区空间分布相对稳定并具有一定程度扩张趋势; (3)生态风险快速增长时期, 经济、人口与发展活力的空间格局成为长春市生态风险的主导因子, 而海拔与三者的协同作用进一步增强了生态风险的解释力。总体来看, 建设用地扩张会加剧中心城区生态风险, 但与区域整体生态风险增高并不存在必然联系; 为防止高风险区持续扩张, 城市应设定“增长边界”、转变空间发展方式、高效集约利用建设用地, 加强城市生态系统自然保育、防止景观破碎化, 实现城市可持续发展。     

2003-2011年夏季北京城市热景观变化特征

自北京城市总体规划(2004—2020年)以来,城市化快速发展,强烈的人类活动改变了城市的热环境。基于2003年、2007年和2011年夏季同时期的TM遥感卫星影像,采用遥感反演地温的方法,运用RS、GIS以及景观分析工具,对北京城市六环内的热场和热岛变化特征进行了分析。分析结果表明,2003—2011年北京城市六环内的热场分布特征发生了很大变化,2003年城市各环线内的植被覆盖度最低,但是夏季城市的地表辐射亮温分布差异相对较小,热岛特征也并不十分明显,随着城市建设规模扩大和用能的增加,到2011年,尽管城市植被覆盖度提高很快,但城市和城郊的温差达到最大,城市热岛在不断增强,热场向城市中心集聚趋势明显。通过城市热岛等级类型的景观指数分析表明,2011年的高等级的热岛斑块分布范围和强度都明显提高,而且城市五环内高等级的热岛范围基本连成一片。由于城市人类活动的加剧各热岛等级斑块的形状更加复杂。在景观水平上的分析显示,2007年的热景观斑块类型多,在六环内的分布均匀,破碎化程度高,至2011年,景观斑块的蔓延度逐渐下降,低等级的热岛斑块优势度逐渐降低。研究结论可以为城市管理决策部门制定有效的热岛效应缓解措施提供理论依据。     

兰州中心城区用地扩展及其热岛响应的遥感分析

以兰州中心城区为研究区,以1978、1993、2001和2010年的Landsat MSS/TM/ETM+影像为数据源,采用NDBI-SAVI指数相结合的方法,提取建设用地信息,利用热红外波段的单窗算法反演城市地表温度.结合城市热岛比例指数和地表温度分级,定量研究城镇用地扩张对城市热环境的影响.结果表明:兰州中心城区建设用地在1978-2010年的30余年间面积由87.47 km2增加到172.61 km2,增幅近l倍.城市扩展与热岛扩展趋势具有空间一致性,在城市扩张的同时,城区地表温度逐渐上升,城市热岛面积不断扩大.     

20世纪90年代上海市热环境变化及其社会经济驱动力

城市化过程导致地表水分蒸腾减少、径流加速、显热的存储和传输增加以及水质降低等一系列生态环境效应,其中最典型的特征就是城市热岛的出现。城市热环境动态主要驱动力可以概括为两大方面:地表覆被的变化与人类社会经济活动。论文采用Landsat的TM/ETM+为基本数据源,先定量反演了每个像元内的陆地表面温度,以此探讨了20世纪90年代上海市主城区热环境的动态演化和社会经济驱动力。研究结果揭示,20世纪90年代上海市主城区热岛范围显著扩大,但中心城区的热岛强度在下降,空间格局也趋于复杂;通过分析,城市热环境空间格局动态演变是不同尺度上、相互嵌套、相互影响的多种驱动力的综合作用结果。其中,城市建成区的快速扩展是热岛范围不断扩展的最显性驱动力;中心城区人口密度显著下降是热岛中心强度降低的一个综合性驱动因子,而以重化工业为代表的能耗布局改变则是中心城区热岛强度降低的一个主要驱动力;通过增加绿化面积布局等人为措施改变热辐射和存储模式,对缓解城市热环境来说是最有意义的因素。由于多种驱动力相互嵌套、交互作用,因此建立城市热环境演变驱动机制的定量模型还十分困难,但是研究结果对于制定城市热环境改善政策和编制合理的城市规划等都具有一定的借鉴意义。     

西安市城乡建设用地时空扩展及驱动因素

城乡建设用地变化及驱动机制是国内外研究的热点领域,我国正处在城镇化快速发展时期,建设用地的迅速扩张已成为当前中国土地利用变化的主要特征。以5期(1975、1990、2000、2005和2010年)土地利用现状数据为基础,利用GIS空间分析技术,提取建设用地变化及空间分布信息,利用建设用地扩展指数和建设用地密度分析方法对近35年来(1975—2010年)西安市建设用地扩展的时空特征进行分析。并结合社会经济数据,对建设用地空间扩展驱动力进行分析。结果表明:西安市建设用地面积急剧增长,建筑密度不断加大,并且城乡空间差异较大。西安市建设用地扩展是多因素综合作用的结果,高程和坡度控制着建设用地的分布格局,城市沿河谷扩展。西安市城市建设应加强区域宏观规划和土地利用详细规划,切实保护秦岭北麓林草地,加强历史文化名城特色,避免低层次文化复古创修。     

Monitoring Urban Greenness Dynamics Using Multiple Endmember Spectral Mixture Analysis

Urban greenness is increasingly recognized as an essential constituent of the urban environment and can provide a range of services and enhance residents’ quality of life. Understanding the pattern of urban greenness and exploring its spatiotemporal dynamics would contribute valuable information for urban planning. In this paper, we investigated the pattern of urban greenness in Hangzhou, China, over the past two decades using time series Landsat-5 TM data obtained in 1990, 2002, and 2010. Multiple endmember spectral mixture analysis was used to derive vegetation cover fractions at the subpixel level. An RGB-vegetation fraction model, change intensity analysis and the concentric technique were integrated to reveal the detailed, spatial characteristics and the overall pattern of change in the vegetation cover fraction. Our results demonstrated the ability of multiple endmember spectral mixture analysis to accurately model the vegetation cover fraction in pixels despite the complex spectral confusion of different land cover types. The integration of multiple techniques revealed various changing patterns in urban greenness in this region. The overall vegetation cover has exhibited a drastic decrease over the past two decades, while no significant change occurred in the scenic spots that were studied. Meanwhile, a remarkable recovery of greenness was observed in the existing urban area. The increasing coverage of small green patches has played a vital role in the recovery of urban greenness. These changing patterns were more obvious during the period from 2002 to 2010 than from 1990 to 2002, and they revealed the combined effects of rapid urbanization and greening policies. This work demonstrates the usefulness of time series of vegetation cover fractions for conducting accurate and in-depth studies of the long-term trajectories of urban greenness to obtain meaningful information for sustainable urban development.     

西安市景观格局与城市热岛效应的耦合关系

基于西安市2000、2006和2015年3期遥感数据,进行景观分类和温度反演,建立两者的回归模型,探讨景观格局对城市热岛效应的影响及预测作用.结果表明:不同尺度上的景观格局指数与温度具有不同的相关性,在景观尺度上,景观形状指数(LSI)、景观分割指数(DIVISION)和Shannon多样性指数(SHDI)与温度显著相关;在类型尺度上,CA₁、PD₁、LSI₁、AI₁、LPI₂、AI₂、CA₃、DIVISION₃、LPI₃、AI₄ (其中,1代表建设用地、2代表耕地、3代表林地、4代表草地;CA指斑块类型面积,PD指斑块密度,LSI指景观形状指数,AI指聚集指数,DIVISION指景观分割指数,LPI指最大斑块指数)与温度显著相关.景观格局是影响热岛效应的主要因子,对城市热岛效应响应明显.部分景观指数可以表征地表温度,合理的景观配置对缓解城市热岛效应具有长远意义.通过不同尺度上建立的多元线性回归模型预测,2030年的热岛效应同比2015年有所回落,但减幅不明显,依旧强于2006年的热岛状况.热岛效应先由主城区蔓延,以点向面扩展,随后主城区呈现减弱趋势,而周围区(县)热岛出现明显增幅.     

城市扩张过程中建设用地景观格局演变特征及其驱动力

剖析城市扩张过程中建设用地景观格局演变特征及其驱动力,不仅有助于城市生态环境问题的解决,而且为城市用地结构优化、城市景观规划等工作提供科学依据。以快速城市化的中型城市—扬州市为例,利用多期(1995、2000、2005、2010年和2015年)Landsat卫星影像、乡镇水平的扬州统计年鉴等数据,运用景观格局分析、增强回归树(Boosted regression trees)等方法,研究建设用地的扩张模式、形态及景观格局,定量探究地理、社会和经济因子对景观格局的影响机制,从而明晰景观格局演变特征及其驱动力。结果表明,1995—2015年,建设用地面积持续增加,填充式(Infilling)、边缘式(Edge-expansion)和跳跃式(Leapfrog)3种扩张模式在各时段均有出现,但其优势度随着城市发展而改变。建设用地的形态在城市扩张的过程中经历着"集聚"和"扩散"的交替变化过程,景观格局则出现了同质化倾向,景观破碎化下降、聚合度增加。地理因子(海拔和到县市中心的距离)对景观格局的综合影响虽然高于社会经济,但它的影响力却随着城市发展呈现出下降趋势,社会经济的作用则逐渐增强。海拔和人口密度的增加会促进景观的破碎化、抑制景观的集聚;人口数量的增加会促进景观的集聚、降低景观的破碎化;其余因子(到县市中心的距离、人均GDP和第二产业占比)的作用则随城市的发展而发生转变,如人均GDP对景观破碎化的作用表现为"促进→抑制"的转变、第二产业则为"抑制→促进"。     

Satellite Evidence of Phenological Differences Between Urbanized and Rural Areas of the Eastern United States Deciduous Broadleaf Forest

We used a 10-year record (1990–99) of composited and cloud-screened reflectances from the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) to test for phenological differences between urban and rural areas in the eastern United States deciduous broadleaf forest (DBF). We hypothesized that well-documented urban heat island effects would be associated with alterations in temperature-sensitive vegetation phenology. Our objectives were thus (a) to investigate possible differences in the start of the growing season (SOS) and end of the growing season (EOS) between the urban and DBF land covers, (b) to investigate related differences in greenness amplitude and fractional cover, and (c) to develop a generalized additive model (GAM) to predict the spatial variation of observed differences. By analyzing individual 1° latitude by 1° longitude blocks, we found that, on average, urbanization is associated with a growing season expansion of 7.6 days. Most of this effect is caused by an earlier SOS in urban areas. In all cases, urban regions had lower fractional cover and greenness amplitude. The GAM model failed to produce a viable model for differences in EOS, probably because it is dominated by photoperiod controls with only a minor temperature impact. SOS differences were predicted with an accuracy of about 2.4 days, with a GAM consisting of smoothed functions of mean annual average temperature, urban fractional cover, and the urban vs DBF greenness amplitude difference. We speculate that evidence of a phenological response to warming indicates that global warming, without reduction in DBF vegetation cover and greenness amplitude, may increase carbon sequestration in mesic deciduous forests. Received 6 June 2001; accepted 23 October 2001.     

Embedding ecological sensitivity analysis and new satellite town construction in an agent-based model to simulate urban expansion in the beijing metropolitan region,China

As the national center for politics and culture, Beijing’s urbanization level is very high. Many policies within the proposed Beijing–Tianjin–Hebei region coordinated development plan affect the expansion of urban land. Therefore, it is very important to predict urban land use changes in Beijing for planning and management purposes. In this paper, we integrated of MAS (multi-agent system) and CA (cellular automata) to simulate new satellite towns construction and ecological sensitivity impact on land use change. Physical and social driving factors were used in the combined model. The MAS involved the actions of three types of agent: regional authorities, property developers, and residents. The study used the CA model to simulate the neighborhood effects of urban land use, and the MAS model to simulate agents’ decisions. The new satellite towns and an ecological sensitivity analysis were embedded in the model to simulate the impact of decision making by the Beijing government on urban land expansion. Based on the land use data of 2005, the urban land area in 2010, 2015, 2020, and 2025 was predicted using the CA-MAS model. Urban expansion occurred faster during 2015–2025 than during the previous 10 years. Three land use types, i.e., cropland, woodland, and rural residential land, were the major sources of urban expansion. With respect to government decision making, the satellite towns were the priority areas of urban development, and urban development was restricted in ecologically sensitive areas. The New Districts of Urban Development were projected to become the main areas of future urban expansion in Beijing. The area designated for urban expansion around the ecologically sensitive areas was small. The results demonstrate that satellite towns and ecological sensitivity have large impacts on urban expansion. The results of this study will help to protect ecologically sensitive land, while enabling harmonious expansion of the city.     

基于增强回归树和Logistic回归的城市扩展驱动力分析

研究城市扩展驱动力对于准确判断城市发展规律,剖析演化过程和预测城市未来扩展趋势具有重要意义,同时也能为制定合理的调控政策提供指导。以沈阳市1997—2010年城市建成区变化作为因变量,选取三大类10种驱动因子,利用增强回归树(BRT)和Logistic回归两种方法分析影响城市扩展的主要驱动力。结果表明:(1)BRT分析得到影响沈阳城市扩展的驱动因子从大到小依次是:距1997年城区距离、距河流距离、数字高程模型DEM、距高速公路和铁路距离、土地利用类型、开发区规划、GDP、人口密度、坡向和坡度;(2)Logistic回归分析得到影响沈阳城市扩展的前8位驱动因子依次是:开发区、距1997年城区距离、DEM、距高速公路和铁路距离、人口密度、距河流距离、农村居民点和坡度;(3)距1997年城区距离、DEM、距高速公路和铁路距离是影响沈阳城市扩展的主要驱动力,均位于主要因子的前四位;(4)总体来说,沈阳城市扩展受邻域因子影响最大,而自然因子的影响相对较小,社会经济因子则只有开发区和农村居民点对城市扩展影响较大。