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。     

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.     

空间幅度变化对景观格局分析的影响

景观格局指数是量化描述景观格局特征的主要方法之一,各种格局指数的尺度依赖性使比较分析景观格局特征和尺度推绎复杂化,分析不同指数随空间幅度变化的一般行为有助于景观格局分析结果的解释和降低空间尺度推绎的复杂性。研究以2种真实景观和27种模拟景观为分析对象,考查了16种常用的景观水平格局指数随空间幅度变化行为。根据这些指数因幅度变化行为可预测性把它们分为两类：第1类随幅度变化可预测性强,指数与幅度之间的关系可用简单的函数关系来表达;这类指数包括缀块数、边界总长、景观形状指数和缀块丰度密度;前两者随幅度增加呈幂函数形式增加,而缀块丰度密度随幅度增加呈幂函数下降,景观形状指数随幅度增加呈直线增加。第2类指数随幅度变化的可预测性较差,指数随幅度的变化存在多种可能(不同形式的增加、减小或保持不变),不可用一种或多种简单的函数关系来描述所有的情况。这类指数包括缀块丰度、缀块密度、边界密度、最大缀块指数、平均缀块面积、缀块面积标准差、缀块面积变异系数、平均缀块形状指数、面积加权平均缀块形状指数、双对数回归分维数、聚集度指数与Shannon多样性指数。第2类指数随幅度的变化行为受景观格局特征和指数本身算法的影响。总体上来说,第2类格局指数随幅度变化呈折线增加或减小;但当景观的缀块类型较多、各类型优势度比较均等、空间分布格局比较随机时,它们随幅度变化形为的可预测性增加,随幅度增加的函数关系主要有3种：幂函数减小、对数函数增加或直线增加,因指数和格局特征不同而异。研究的结果在揭示了常用景观指数随幅度变化的一般关系外,也启示我们在进行景观格局的比较分析,比较景观的幅度应相同或采用尺度效应图(scalograms)更有效。     

空间粒度变化对合肥市景观格局指数的影响

基于合肥市2002年土地利用图,利用ArcView软件和景观格局分析程序Fragstats 3.3,选择22个景观格局指数,探讨了合肥市景观格局指数随不同粒度的变化特征,并对部分景观指数的拟合函数和变异系数进行了分析.结果表明：在10～100 m粒度范围内,各景观格局指数随粒度增加表现出不同的变化趋势,说明空间粒度变化对景观格局指数具有明显的影响;所选用的22个景观格局指数的粒度效应可划分为总体上升、总体下降、变化不大、无变化规律4种情况;部分景观指数随粒度变化的响应曲线可分别用二次函数、三次函数、幂函数、线性函数进行拟合;对于合肥市1∶50000土地利用图而言,进行景观格局指数分析的适宜粒度范围在15～35 m.     

遥感影像空间分辨率及粒度变化对城市景观格局分析的影响

尺度是景观生态学和遥感领域的重要问题,已有研究主要考虑景观的粒度效应,很少涉及遥感影像空间分辨率对景观格局,尤其是对城市景观格局的影响.基于2000年和2002年分别由ETM 和IRS-PAN影像解译得到的土地利用图,从景观和类型两个层次分析了不同粒度下上海市一城市化样带的景观格局.结果表明,城市景观有明显的尺度效应,空间分辨率和粒度变化都会影响城市景观格局,而道路等线性廊道对尺度变化的敏感则是造成这一影响的主要原因.斑块密度、边界密度、平均斑块分维度、景观聚集度和最大斑块指数的粒度效应比较明显,而景观比例、Shannon多样性指数对粒度变化并不敏感.高分辨率影像适用于城市景观格局,尤其是破碎度的分析,其用于分析的合适粒度是5～10m.     

基于景观格局的城市热岛研究进展

首先对城市热岛效应的研究历史、大气城市热岛(AUHI)和地表城市热岛(SUHI)等概念、以及数据获取方式等方面进行简要地概述;随之着重综述从景观格局角度对城市热岛效应进行的研究。统计描述、传统景观格局指数分析和模型模拟法是目前该方向研究的主要方法,统计和景观格局指数分析的研究方法相似,主要统计地表参数或地表景观格局指数与地表温度的相关关系,在SUHI的研究中用得较多;AUHI和SUHI的数据源和机理不尽相同,其研究方法也不同;AUHI一般使用固定气象站点的数据和精细的局部移动气象站数据,较难和景观格局指数结合;模型模拟法则既可以使用地表温度也可以使用大气温度,其结果具体可靠,但目前模型模拟中涉及的景观格局参数,尤其是二维或多维的格局参数并不多;最后从数据源和景观格局参数的参与两个角度讨论了该方向研究存在的问题并提出今后研究的重点,包括(1)针对研究目标,选取或生产最合适的高质量数据;(2)深入从景观格局角度模拟城市热岛效应的研究,尤其是二维和三维景观格局的模拟,并发展多维度的景观格局指数;(3)中尺度上充分利用多光谱遥和热红外遥感数据,结合小尺度的测量和模拟,建立基于机理的景观模型或格局指数以评价中尺度的城市热岛效应;(4)多领域数据的融合和多学科方法的交叉研究和应用。     

城市化进程中城市热岛景观格局演变的时空特征——以厦门市为例

热岛效应作为城市化过程中产生的特有环境问题,对其形成和演变规律的研究有助于人们提出有效的应对措施。以厦门市为研究对象,利用1987—2007年等时间间隔、同时相的5景Landsat TM/ETM+遥感影像数据进行地表温度反演,在此基础上使用景观格局指数分析厦门城市热岛景观格局随城市化进程演变的趋势。结果表明:随着厦门城市化进程加深,整个热岛景观在逐渐变得更加破碎化,高等级热岛景观斑块个数、类型面积和个体面积都增大;新的高等级热岛景观斑块都出现在原有高等级斑块附近,致使高等级类型的邻近度增加而各类型之间相互接触的程度也增加;景观总体的聚合度逐渐下降,而高等级热岛景观类型的聚合度则呈上升趋势;景观水平的蔓延度总体呈下降趋势,优势度高的低等级热岛景观所占的比重下降,优势度逐渐降低;多样性指数、均匀度指数总体呈上升趋势,各热岛景观面积在各类型间的分配逐渐趋于均匀;热岛景观斑块的转化方面,在20 a间低等级斑块类型(1、2、3级)向高等级斑块类型(4、5、6级)转化的面积总体上呈增加趋势,而高等级斑块类型向低等级斑块类型转化的面积总体上呈减小趋势,且等级升高的面积明显大于同期等级降低的面积;就高等级热岛景观斑块而言,他们与3级热岛景观斑块间的相互转化最容易发生,远比高等级斑块内部各类型之间的相互转化来得容易,尤其6类和5类的转化是最为困难的热岛景观变化之一;从空间上看,各高等级热岛景观斑块都经历了数量增加、面积扩大、等级升高三个方面的变化,形成了海沧、新阳、杏林、厦门岛西北港口区和机场5个高温组团。利用景观指数分析城市热环境,可探明热岛景观随城市化演变的趋势,并为有效的热岛效应减缓措施提供直接的理论依据。     

耦合种群动态的生境格局变化分析粒度与景观因子选择——以盐城越冬丹顶鹤及其生境的变化为例

选择盐城珍禽国家级自然保护区,以丹顶鹤越冬生境景观与种群动态这一格局-过程关系为切入点,尝试从丹顶鹤最小存活面积特征与种群动态视角探讨一下最佳粒度、景观格局变化分析的指数遴选方法。结果发现:根据丹顶鹤最小生存面积确定200m为最大转换粒度,综合景观指数随空间粒度变化的规律和粒度转换精度损失评价的结果,确定最佳分析粒度为70m。在众多景观因子中,运用Spearman秩相关分析,再利用逐步回归分析建立起景观与丹顶鹤数量指标间的联系,最终筛选出反映景观面积(CA)和空间格局(IJI,ENN_MN)的3种影响显著景观因子,其解释贡献率(累计R2)达到70.5%,且其所代表的生境景观的组成和结构信息较为客观地反映出研究区丹顶鹤种群动态分布的显示状态。与纯粹的景观指数分析相比,这种方法更能反应景观格局演变特征的特定生态学意义。     

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。     

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.     

基于源汇指数的沈阳热岛效应

基于2001和2010年Landsat 遥感影像,利用GIS技术识别沈阳城市热岛源区和汇区,利用地表温度(LST)、源区和汇区面积比率指数（CI）和热岛强度指数（LI）,评价分析了沈阳土地利用发展布局模式对热岛效应的影响.结果表明: 2001-2010年,沈阳三环内土地利用类型变化较大,导致热岛源、汇区面积变化明显,且主要发生在二环和三环.2001年,一环内热岛源、汇区面积比例分别为94.3%和5.7%,三环内分别为64.0%和36.0%;2010年,其比例在一环内分别为93.4%和6.6%,三环内分别为70.2%和29.8%,说明10年来“摊饼式”土地利用布局决定了沈阳热岛效应的“摊饼式”布局.研究期间,沈阳地表温度从一环至三环均呈递减趋势,热岛效应强度在2001年以单一中心为主,至2010年发展为多中心态势,热岛效应强度等级有所降低.从一环至三环,CI绝对值均呈增加趋势,LI值均小于1,说明期间研究区土地利用布局变化对改善区域热岛效应没有明显作用.     

上海城市热岛效应形成机制及空间格局

城市热岛效应的产生及演变与城市地表覆被变化、人类社会经济活动密切相关,是城市生态环境状况的综合概括与体现,目前对城市热岛形成、演变的驱动机制、热岛效应与地表覆被变化的定量关系研究大多还是从对某些影响因子的测定入手,缺乏对区域热环境系统全面、综合的评价与分析.近年来,在城市化过程中,人类社会、经济活动的加剧使城市地表热力景观呈现出高度的空间异质性,在利用Landsat 7 ETM+热波段数据反演上海地区地表温度的基础上,应用地统计学方法揭示了不同尺度下上海城市地表温度场空间变异特征及其不同的驱动因子.进而,采用决策树方法构造城市热环境系统的分类和预测模型,建立中心城区地表温度场空间分布及其驱动因素之间的定量关系,挖掘上海城市热岛效应的形成机制,揭示出多种影响因素综合作用下中心城区热环境空间格局差异.研究结果表明,城市热环境形成的驱动因子在空间上呈现出明显的分异性特征,各种影响因素在空间上不同的组合方式将决定城市热岛效应的时空演变趋势.运用决策树方法可以有效地确定在城市内部不同区域影响热环境形成的主导因素,揭示城市热岛形成与演变的成因机制及其空间差异,并可以进一步用来预测分析未来城市地表温度场动态变化的空间分布格局.     

区域气候背景对城市热岛效应的影响规律

城市热岛效应受到区域气候背景的影响而具有显著的时空差异性,尚缺少大尺度对比研究。利用1991-2019年的月均气象数据,量化了我国69个典型城市的大气城市热岛效应强度,从热带、干带、暖温带、冷温带和极地带五个气候带,分析城市热岛效应的时空特征规律。结果表明：（1）区域差异：干带热岛效应明显高于其他气候带,极地带最弱,且表现为较强的冷岛效应,热带、暖温带、冷温带热岛效应较弱,而冷温带的京津冀地区由于城市化程度较高,表现出较强的热岛效应,温暖带中西南地区较为明显;（2）季节性差异：不同季节城市热岛效应的强弱关系在不同气候带有所不同,秋季热岛效应较为稳定,热岛和冷岛效应均主要处于弱强度范围,春、冬热岛效应较为波动,易出现强热岛、强冷岛效应的极端现象,夏季热岛效应发生率最高;（3）时间演变规律：城市热岛效应的多年演变规律在相同气候带较为一致,2010年前后是各气候带各季节城市热岛效应的变化拐点,2010年后,干带、冷温带、暖温带热岛效应均有所下降,热带、极地带有所上升。     

热岛效应对植物生长的影响以及叶片形态构成的适应性

热岛效应是一种由于地表覆盖改变及人类活动导致的热量在城区空间范围内聚集的现象,是城市气候最明显的特征之一,随着越来越多的人口涌入城市以及伴随而生的超大城市的出现,城市热岛效应将更加凸显,这种环境温度的升高必将影响到各种景观园林植物的生理状态乃至形态结构。选取以生长在热岛点和有大量绿植覆盖的低温点的两种典型园林植物大叶黄杨和丁香作为实验材料,研究了这两种植物叶在城市热岛效应影响下,在热岛点和低温点中的形态特征。结果表明,在热岛点环境温度和二氧化碳浓度显著高于低温点,但其他环境要素差异并不显著。热岛点的大叶黄杨和丁香叶生物量分别是低温点的1.6倍和1.4倍。进一步研究表明,相较于低温点,在热岛点生长的植物叶表现出较低的比叶面积、单位重量和单位面积叶氮含量。生物量在向各部分组织分配时,热岛点的植物叶倾向于将更多的生物量分配给叶肉部分,而减少了对叶柄的生物量投入。     

基于城市控制性详细规划的热岛效应评价

随着城市规划法律地位的提升,控制性详细规划在指导土地出让、规范城市建设空间结构方面发挥着越来越重要的作用.在控规单元尺度上理解各项控制指标的热岛效应,在控规地块尺度上进一步揭示控制指标组合的“热环境绩效”,对于定量评价控规的热环境效应、提出缓减热岛的控制措施具有重要意义.本文利用遥感Landsat8 TIRS热红外遥感数据反演的地表温度来表征热岛效应,结合统计分析与GIS空间分析技术,定量评价城市控制性详细规划主要技术经济指标及其配置结构的热岛效应.结果表明: 绿地率、地块面积、建筑密度、建筑高度在控规单元尺度上对地表温度具有显著影响.通过构建三维模型发现,控规地块对热环境影响最小的组合为绿地率30%,容积率2.5～3.5.研究结果为城市控制性详细规划的优化提供了新的视角.     

绿地格局对城市地表热环境的调节功能

城市绿地作为一种稀缺资源,为城市可持续发展提供多种生态服务功能保障.探讨如何在有限的土地资源内合理配置城市绿地,使其发挥最大的生态服务功能非常重要.研究基于北京市2002年7月的QuickBird数据和Landsat 7 ETM+数据分别提取城市绿地格局和地表温度,分析城市绿地格局(绿地面积、形状指数、邻接关系)与绿地地表温度及冷岛强度的相关关系.邻接关系包括邻接绿地斑块个数百分比和邻接绿地斑块面积百分比.邻接绿地斑块面积百分比采用缓冲区分析法,主要以乔木林地对地表热环境的调节作用为例.结果表明绿地格局参数对地表温度的影响相差较大:①城区主要的绿地类型(乔木林地、水体、草地)的温度都与其面积呈显著负相关,其中水体的相关系数最高;②只有乔木林地、水体的温度与其形状指数呈显著负相关,而灌木林地的温度与各个格局参数不相关;③乔木林地的缓冲区分析显示温度与其大小、形状、邻接绿地面积百分比关系都呈负相关,其中与邻接绿地面积百分比的相关关系最强,其冷岛强度也主要受邻接绿地面积百分比的影响.基于遥感识别的城市绿地微气候调节功能研究,有助于提高有限的城市绿地的生态服务功能,并可为城市绿地的规划管理和景观分析提供依据.     

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。     

基于城市地表参数变化的城市热岛效应分析

以不透水面、植被、水体为代表的地表参数的变化决定了城市的热环境质量.针对福州从一个非"火炉"城市一跃成为中国新三大"火炉"之首,对福州市1976-2006年间的地表参数变化及其对城市热环境的影响进行研究.通过Landsat卫星影像反演了福州市1976、1986、1996、2006年的不透水面、植被、水体、地面温度等主要地表参数,并对其进行空间叠加分析和相关关系的定量分析.研究发现:不透水面对地面温度的影响可接近或超过植被和水体之和,查明了福州城市主要地表参数在这30a里发生的变化及其对城市热环境的影响.总的看来,城市地表不透水面斑块的增加和集聚、植被和水体面积的减少和破碎,以及通风不畅,是造成福州成为"火炉"城市的主要因素.