基于分形理论的土地利用空间行为特征_以江西东江源流域为例
基于卫星遥感数据的地质断裂分形研究——以江西德兴为例
基于卫星遥感数据的地质断裂分形研究——以江西德兴为例彭丹青;李京;陈云浩;蒋卫国
【期刊名称】《自然灾害学报》
【年(卷),期】2008(17)6
【摘要】利用分形理论分析了德兴地区断裂构造的特点。
结果表明,不仅研究区内的断裂带有自相似性,子区域也有相似现象。
矿产区的分维值略高于整个研究区,铜矿区分维值高于金矿区,NW、NWW走向断裂带的分维值远高于SE走向的。
说明分维值越大,越有利于矿床的形成;分维值越大的断裂走向,对矿床的产出位置控制作用越明显;地质构造复杂程度越高,分维值也越大,线性展布也越复杂。
【总页数】5页(P119-123)
【关键词】分形;遥感;断裂带;先进对地观测卫星影像
【作者】彭丹青;李京;陈云浩;蒋卫国
【作者单位】北京师范大学资源学院;民政部教育部减灾与应急管理研究院
【正文语种】中文
【中图分类】TP79;X14
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基于分形理论的城市土地利用空间结构演化研究——以西安市城六区为例
第37卷,第6期2020年12月15日国土资源科技管理S c i e n t i f i c a n dT e c h n o l o g i c a l M a n a ge m e n t of L a n d a n dR e s o u r c e s V o l .37,N o .6D e c .15,2020d o i :10.3969/j.i s s n .1009-4210.2020.06.005收稿日期:2020-09-01基金项目:机械工业勘察设计研究院重点研发项目(Z 201906022)作者简介:杨大伟(1981 ),男,讲师,从事国土空间规划与G I S 研究㊂E -m a i l :593522676@q q .c o m 通信作者:康 琦(2000 ),男,从事土地经济研究㊂E -m a i l :C h r ys a l i s m 7@163.c o m 基于分形理论的城市土地利用空间结构演化研究以西安市城六区为例杨大伟,康 琦,刘祥玉,王妍文,张家颖(西安工业大学建筑工程学院,陕西西安710000)摘 要:为探究大城市的土地利用空间结构变化规律,为国土空间规划编制提供科学性的政策建议,借助分形理论,在时空维度上构建了一个模型集㊂以西安市城六区为例,基于2000年㊁2015年的土地利用变更调查数据,在土地利用变化特征㊁空间格局特征㊁景观格局特征三个方面,借助A r c G I S 平台,形成了土地利用空间格局研究模型㊂研究表明,由于土地利用自身的复杂性㊁自组织性和不稳定性,利用分形理论研究其变化规律是可行的㊂研究结果显示:西安市城市经济水平的提升与建设用地增加具有相关性,建设用地主要由耕地转化而来,两者增减互动关系明显㊂西安市城六区土地利用的异质性和复杂度在不断降低,斑块形状趋于规则化,应予以重视㊂关键词:土地利用;分形理论;西安市;稳定性指数中图分类号:F 301.24 文献标志码:A 文章编号:1009-4210-(2020)06-049-11R e s e a r c ho nS pa t i a l S t r u c t u r eE v o l u t i o no fU rb a nL a n dU s eB a s e d o n F r ac t a l T h e o r y :T a k i n g t h e S i x t hD i s t r i c t o fX i a nC i t y a s a nE x a m pl e Y A N G D a -w e i ,K A N GQ i ,L I UX i a n g -y u ,WA N GY a n -w e n ,Z HA N GJ i a -y i n g(S c h o o l o fC i v i l &A r c h i t e c t u r eE n g i n e e r i n g o fX i A N T e c h n o l o g i c a lU n i v e r s i t y,X i a n710000,C h i n a )A b s t r a c t :I no r d e rt oe x p l o r et h el a w o fs p a t i a ls t r u c t u r ec h a n g eo fl a n d u s ei n b i g ci t i e sa n d p r o v i d e s c i e n t i f i c p o l i c y s u g g e s t i o n sf o rn a t i o n a ls p a t i a l p l a n n i n g ,t h i s p a p e rc o n s t r u c t sas e to f m o d e l so nt h e s p a t i a l a n dt e m p o r a ld i m e n s i o n w i t ht h eh e l p o f f r a c t a l t h e o r y .T a k i n g t h es i xd i s t r i c t so fX i a na sa n e x a m p l e ,t h i s p a p e r e s t a b l i s h e d t h e r e s e a r c h m o d e l o f s p a t i a l p a t t e r n i n l a n du s ew i t ht h eh e l p ofA r c G I S p l a t f o r m.A n d t h em o d e l i s b a s e d o n t h e s u r v e y d a t a o f l a n d u s e c h a n g e i n 2000a n d 2015f r o mt h r e e a s pe c t s国土资源科技管理第37卷i n c l u d i n g l a n d u s e c h a n g e c h a r a c t e r i s t i c s,s p a t i a l p a t t e r n c h a r a c t e r i s t i c s a n d l a n d s c a p e p a t t e r nc h a r a c t e r i s t i c s.T h e r e s e a r c hs h o w s t h a t i t i s f e a s i b l e t o s t ud y t he c h a n g e l a wof l a n du s eb y f r a c t a l t h e o r y b e c a u s e o f i t s c o m p l e x i t y,s e l f-o rg a n i z a t i o na n d i n s t a b i l i t y.Th e r e s u l t s s h o wt h a t:(1)t h e r ei s a c o r r e l a t i o nb e t w e e n t h ei m p r o v e m e n to fu r b a nec o n o m i cl e v e la n dt h ei n c r e a s eo fc o n s t r u c t i o nl a n di n X i a n.T h ec o n s t r u c t i o n l a nd i sm a i n l y t r a n s f o r me df r o mc u l t i v a t e d l a n d,a n d t h e i n t e r a c t i o nb e t w e e n t h e mi s o b v i o u s.(2)T h eh e t e r o g e n e i t y a n dc o m p l e x i t y o f l a n du s e i ns i xd i s t r i c t so fX i a nc i t y a r ed e c r e a s i n g a n d t h e p a t c h s h a p e t e n d s t ob e r e g u l a r,w h i c hs h o u l db e p a i d a t t e n t i o n t o.K e y w o r d s:l a n du s e;f r a c t a l t h e o r y;X i a nC i t y;s t a b i l i t y i n d e x土地是人类进行生产活动的载体[1],也是人类生存和发展的基础支持系统[2],是城镇发展核心空间的重要承载[3]㊂土地利用则是在一定范围的空间内进行土地用途和功能的配置与组合[4],分析土地利用结构能够反映区域土地利用的优劣势与特点,是对其实施动态监督管理与控制的重要环节之一,也是合理开发利用土地以及编制土地利用规划的重要依据[5]㊂随着城镇化的推进和人口的快速增长,我国的土地利用情况正在发生重要而深远的改变,其中包括土地利用的范围不断扩大㊁强度逐渐加剧[6],各类土地利用类型相互转化等[7],随着自然资源部的成立,国家土地和城市发展政策的融合,这些使得土地利用变化的研究成为当前热点问题[8-11]㊂然而,由于土地利用自身存在的复杂性㊁自组织性和不稳定性,决定了其采用传统的统计学方法,不能完全揭示出土地利用的演化过程与内部机制㊂因此,应将其看作是一种复杂的不规则几何对象,采用更为前沿㊁先进的理论和技术,得出一种更加科学的研究其变化规律的方法㊂作为非线性科学的标志性研究成果,美国法裔数学家B.B.M a n d e l b o r t提出分形理论成为国内外众多学者研究地理现象和地理特征的有力武器㊂其基于复杂性科学思想下的分维模型,经过仅仅四十年的发展,已在数学㊁物理学㊁生物学㊁地貌学㊁材料学㊁经济学㊁管理科学及形态艺术等众多领域得到广泛应用,成为当今众多学科的前沿研究领域㊂近十余年来,分形理论在国内土地利用研究领域中拔得头筹,已成为研究土地利用这一非线性系统的有效科学方法和工具㊂王聃同等借助G I S平台将分形理论应用于湖北省咸丰县土地利用景观格局的特征分析,研究结果表明分形理论可以广泛应用于景观格局分析以及动态模拟等方面[12];禹朴家等基于R S和G I S,对玛纳斯河流域土壤空间分布的分形特征进行定量分析,揭示了土壤系统内部的复杂性[13];王洪新等以分形理论为指导,借助3S技术,对曹妃甸新区20年来的土地利用空间结构稳定性进行分析,为滨海城市土地资源的可持续利用提供了科学依据[14]㊂这些成果表明,依托G I S技术,应用分形理论和方法可以在一定程度上更加科学地解释城市土地利用变化的规律㊂本文试图以西安市城六区为例,基于2000年㊁2015年的土地利用变更调查数据,借助A r c G I S平台,以分形理论为指导,结合土地利用空间格局结构特征参数和景观指标对西安市城六区土地利用空间的演化特征进行综合分析,研判西安市土地利用变化的第6期杨大伟,等:基于分形理论的城市土地利用空间结构演化研究特征和格局,对西安市城市的高质量㊁可持续发展提供一些具有重要参考价值的内容㊂一研究区概况西安,地处关中平原中部,南依秦岭,北临渭河,境内河网密集,是陕西省的省会城市,关中平原城市群的核心城市,我国西部地区重要的中心城市,国家重要的科研㊁工业㊁教育和交通枢纽中心[15]㊂从统计数据来看,2018年西安市全年G D P达到8349.86亿元,全市常住人口已突破千万人,其中城镇人口740.37万人,占常住人口比重74.01%,城市化仍在加速推进(数据来源于2018年西安市统计年鉴)㊂自2000年国家施行西部大开发战略以来,西安市人口大规模集聚,城市用地迅速扩张,建成区面积从18700h m2增加至72400h m2(图1),城市发展进程明显加快,但其周边县区城市化进程相对缓慢,因此根据西安市行政区划变更情况选择城六区为研究对象,包括:未央区㊁莲湖区㊁碑林区㊁新城区㊁雁塔区和灞桥区(图2)㊂研究表明,我国工业化快速发展背景下的经济增长中,G D P总量与建设用地面积具有显著的对数相关关系,关联系数达0.9905[16],研究西安市城六区的土地利用空间演化规律,对于促进西安作为国家中心城市的合理发展具有重要的意义㊂图12000—2018年西安市建成区面积图2研究区示意国土资源科技管理第37卷二数据处理研究数据采用2000年㊁2015年西安市城六区土地利用变更调查矢量数据,来源于中国科学院资源环境科学数据中心[17](h t t p://w w w.r e s d c.c n)㊂参照全国土地利用现状分类标准(G B/T21010-2015),根据土地资源及其利用属性,对土地利用类型重分类,得到耕地㊁林地㊁草地㊁水域㊁建设用地和未利用地6个一级地类(图3)㊂图32000年和2015年土地利用类型三研究方法本研究以A r c G I S10.2为平台,以分形理论为指导,通过分形维数和稳定性指数测定西安市城六区2000 2015年的土地利用空间格局变化情况及其有序程度,同时结合土地覆被变化特征指数和景观布局特征指数,分别分析其土地利用转换方向和结构与景观斑块的不同特征及其方式,希望能在揭示土地利用空间格局变化规律的同时,为区域合理开发和保护土地资源㊁维护生态环境稳定提供理论和实践指导,为景观的合理管理提供依据㊂(一)土地覆被变化特征指数土地利用变化幅度反映不同地类在总量上的变化,能够了解到土地利用变化总的态势和土地利用结构变化情况;土地利用变化速度指标中的单一土地利用动态度虽然可以对土地利用的净变化速度进行度量,但在一定程度上会掩盖土地利用变化的实际情况,所以本文增加土地利用开发度和耗减度两个指标以揭示各地类实际新开发和被耗减的速率;土地利用变化强度则可以反映人类活动对各土地利用类型的影响程度㊂本研究从幅度㊁速度与强度三个维度着手,采用土地利用变化幅度㊁土地利用开发度㊁单一土地利用动态度㊁土地利用耗减度和土地利用变化强度5个指标对城六区的土地覆被变化特征进行分析(表1)㊂第6期杨大伟,等:基于分形理论的城市土地利用空间结构演化研究表1土地覆被变化特征指数指数含义表达式研究实例土地利用变化幅度表示土地利用面积的变化情况,通过土地利用变化幅度分析土地利用总的变化趋势,其值越大,变化幅度越大U b-U aU aˑ100%邓睿等采用土地利用变化幅度指标分析了嘉陵江流域下游地表径流对土地利用变化的响应[18]土地利用开发度土地利用开发度指单位时间内某类型土地利用实际新开发的程度,其值越大,表示该土地开发的程度越大J a bU aˑ1Tˑ100%张玉娟等采用土地利用开发度指标对哈尔滨市阿城区土地利用资源定性和定量化进行了定性和定量化分析[19]单一土地利用动态度表示某一地类在单位时间内的面积变化情况,值越大,表明土地利用变化速度越快U b-U aU aˑ1Tˑ100%陈建平等采用单一土地利用动态度指标对黄河流域四个时期土地利用变化速度与程度进行了分析[20]土地利用耗减度指单位时间内某类型土地利用被实际消耗的程度.其值越大,表示其土地消耗程度越大X a bU a bˑ1Tˑ100%杜自强等采用土地利用耗减度指数对研究区域15年间土地利用的时空变化情况进行了分析[21]土地利用变化强度反映土地利用变化过程中,人类活动对自然环境的影响情况和各地类面积的变化情况U b-U aU aˑ1Tˑ100%底亮等采用土地利用变化强度指标对流沙河流域的土地利用与地形因子的关系进行了研究[22]注:U为研究区总面积;U a为研究起始时某地类的面积;U b为研究期末某地类的面积;X a b是指研究期内某地类转变为其他地类的总面积;J a b表示研究期内由其他地类转变为该地类的总面积;T为研究时段长㊂(二)土地利用空间格局指数首先利用A r c G I S10.2软件,精确计算出各土地利用类型的面积(A)㊁周长(P)㊁斑块数等参数,分别以周长自然对数和面积自然对数为X轴与Y轴,做周长 面积双对数散点图㊂然后利用S P S S23建立线性回归模型l n A(r)=2D l n P(r)+C,并进行R2检验㊂最后通过周长 面积关系式的斜率2/D,求出分维数D,通过S=|1.5-D|求得稳定性指数S㊂分维数可表示地类斑块的自我相似性和空间上镶嵌结构的复杂程度,稳定性指数则对土地利用空间结构的潜在运动趋势有一定指示意义㊂本研究主要采用分维数和稳定性指数对西安市城六区土地利用空间格局进行分析,同时引入斑块面积比和斑块密度等指标以反映各土地利用类型所占比例及分化程度(表2)㊂表2土地利用空间格局指数指数含义表达式研究实例斑块密度指单位面积的某地类的斑块数量,反映该类型景观的分化程度n iA闭璐等采用斑块密度等指标对漓江流域景观格局的动态变化规律进行研究[23]斑块面积比表示某地类的斑块面积与景观面积之比A iA桂国敏等从斑块面积比等角度来分析昆明市主城区公园绿地的空间分布[24]分维数指景观斑块形状的复杂性,值越大,差异越大,斑块形状越不规则2l n0.25P il n A i许斌等聚焦分维数对内江市市中心土地利用尺度效应进行探究[25]稳定性指数稳定性指数是反映土地利用状况稳定程度的指标,值越大,表示结构越稳定1.5-D朱晓华等通过稳定性指数对我国各类型土地的空间稳定程度进行分析[26]注:A为景观面积;P为景观周长;n i为i类景观类型的斑块个数;A i为i类景观类型的斑块面积;P i为i类景观类型的斑块周长;D为分维数㊂国土资源科技管理第37卷(三)景观布局特征指数对某一区域景观格局的研究分析是探究该区域空间变异性等特征的主要手段,景观形状指数是反映斑块形状复杂程度的定量指标,景观破碎度指数可以测定某一景观类型的破碎化程度,景观类型分离度则反映同类斑块的分离程度,为了更加合理准确地反映研究区斑块的景观布局特征,本研究采用景观形状指数㊁景观形状破碎度㊁景观类型分离度3项景观格局指数对其进行分析(表3)㊂表3景观布局特征指数指数含义表达式研究实例景观形状指数通过计算斑块形状与同一区域的圆形或正方形之间的偏差来测量斑块形状的复杂性P4A陈颐等利用景观形状指数探讨了莆田市1995-2015年间的土地利用景观格局变化特征[27]景观形状破碎度表示景观空间结构的复杂性与人类活动对景观结构的影响N i-1A/A i i=1,2, ,m汤庆新等利用景观形状破碎度分析了三峡库区50年来的景观格局变化[28]景观类型分离度指某一景观类型中不同斑块数个体分布的分离度12N i/AA i/A梁美霞等利用景观类型分离度分析了福州市土地利用的景观格局及破碎化特征[29]注:P为斑块周长;N i为景观类型i的斑块数;A为景观类型i总面积;A i为i类景观类型的最小面积㊂四结果与分析(一)土地覆被变化特征分析2000年国家施行西部大开发战略以来,西安城区迅速扩张,主导用地由耕地向城市建设用地转变㊂从数据来看,15年来建设用地面积增加了12560.46h m2,占比增加了21.24%㊂耕地㊁林地㊁草地和水域面积均有所减少,其中耕地面积由37470.87h m2减少至27783.11h m2,占地面积比下降了11.75%;林地面积由6923.88h m2减少至5744.74h m2,占地面积比下降了1.43%;草地面积由5271.21h m2减少至38012.23h m2,占地面积下降了1.78%;水域面积由3746.06h m2减少至3516.17h m2,共计减少了229.90h m2(表4)㊂表42000—2015年西安市城六区各地类面积变化情况地类年份面积/h m2面积百分比/%2000 2015年差值/h m2耕地200037470.8745.44-9687.76201527783.1133.69林地20006923.888.40-1179.1420155744.746.97草地20005271.216.39-1469.9820153801.234.61水域20003746.074.54-229.9020153516.174.26建设用地200029046.0635.2212560.46201541606.5250.46未利用地20007.380.01-0.1520157.230.01第6期杨大伟,等:基于分形理论的城市土地利用空间结构演化研究运用A r c G I S10.2软件的空间分析工具对西安市城六区2000年㊁2015年土地利用矢量数据进行空间叠加,得到2000 2015年西安市城六区土地利用格局转移概率矩阵,通过描述各地类之间的相互转化情况,反映这段时间内各地类之间相互转化的动态过程(表5)㊂在2000 2015年期间,西安市城六区在政策和地理优势的双重作用下,大力推进区域城镇化,开发建设速度加快,建设用地面积增加明显,2015年较2000年增加了15.24%,主要由耕地与林地转化而来,除未利用地外,建设用地和林地保留率最高,分别为98.23%和70.01%㊂六大地类中,耕地与林地转化为其他用地类型的面积最大,说明了城市化过程中耕地面积与林地面积的大量减少;在由其他用地转化而来的土地利用类型中,建设用地转化幅度最大,这与城市化进程加快伴随的城市空间迅速扩张有密切关系㊂表52000—2015年西安市城六区土地利用格局转移概率矩阵地类名称2015年耕地林地草地水域建设用地未利用地耕地67.01%1.75%1.13%1.12%28.99%0.00%林地3.54%70.01%1.11%4.36%20.98%0.00%2000年草地22.49%1.10%59.32%4.15%12.94%0.00%水域20.97%4.91%3.80%67.74%2.58%0.00%建设用地1.49%0.02%0.11%0.14%98.23%0.00%未利用地1.22%0.00%0.00%0.00%0.00%98.78%结合相应的指数模型公式,通过对实际数据的处理和计算,得到西安市城六区土地覆被变化特征表(表6)㊂表6西安市城六区土地覆被变化特征地类名称土地利用变化幅度土地利用变化速度土地利用开发度单一土地利用动态度土地利用耗减度土地利用变化强度耕地-25.8541100.611049-1.7236072.212431-0.783239林地-17.0300470.868819-1.1353368.388439-0.095331草地-27.8869560.628682-1.8591302.711901-0.118845水域-6.1370983.467153-0.4091402.150414-0.018587建设用地43.2432494.0707582.8828830.1178471.015491未利用地-2.0352000.081301-0.1355010.081301-0.000012对土地利用变化幅度进行排序,最大的是建设用地,变化幅度为43.24%,最小的是未利用地,变化幅度为2.03%㊂从土地利用变化速度来看,建设用地单一土地利用动态度最大,同时其他用地都有不同程度的消耗;建设用地和水域的开发度分别为4.07%㊁3.47%,前者开发度在所有用地中位列第一,且建设用地耗减度仅有0.12%,表明建设用地发展迅速,面积也急剧增加;耕地㊁林地㊁草地开发度仅为0.61%㊁0.87%和0.63%,但耕地㊁草地的耗减度却为2.12%㊁2.71%,林地更是达到8.39%,表明随着城市化的加快,大量的林地㊁耕地以及草地面国土资源科技管理第37卷积被侵占㊂从土地利用变化强度来看,建设用地变化强度是最大的,其次为耕地,说明人类活动对两者产生了极大的影响,以及城市发展中两者的增减互动关系㊂(二)土地利用空间格局分析斑块个数用来描述景观的空间分布差异,耕地和草地的斑块个数呈增加趋势,林地㊁水域和建设用地均呈下降趋势,但建设用地的斑块个数仍然最多,表明建设用地的破碎程度最深㊂从斑块面积变化来看,耕地㊁林地㊁草地㊁水域斑块面积明显减少,建设用地面积显著增加,增加了9687.76h m 2,说明15年间城六区的建设用地扩张幅度较大㊂从斑块密度来看,林地㊁水域和建设用地呈减少趋势,耕地和草地呈增加趋势,且草地斑块密度增幅最大,说明在此期间,草地的景观生态过程活跃度有稍许提高(表7)㊂表7 不同时期西安市城六区土地利用状况土地类型年份斑块个数周长/k m面积/h m2斑块密度/(个/h m2)斑块面积比耕地2000711999.2637470.870.001945.4420151081387.3927783.110.003933.69林地2000202724.386923.880.02928.402015154489.995744.740.02686.97草地200074472.685271.210.01406.39201579306.553801.230.02084.61水域200096352.203746.070.02564.54201557259.773516.170.01624.26建设用地20003841286.1629046.060.013235.2220152671012.2541606.520.006450.46未利用地200011.327.380.13550.01201511.187.230.13820.01从西安市城六区各地类的斑块分形维数来看,两个时期各土地类型的斑块形状分形特征各不相同,总地类分形维数分别为1.3769和1.2625,呈下降趋势,且所有土地利用类型的分维数都小于1.5,表明城六区内土地利用的异质性和复杂度在不断降低,边界形状比较规则,结构相对稳定,对2015年城六区的各地类斑块分维数排序:水域>耕地㊁林地>草地>建设用地(表8)㊂表8 两个时期各类土地的分形维数及稳定性指数地类年份模型判断系数R2个案数F 检验值稳定性指数分形维数耕地2000l n A =1.4533l n P +0.29910.9871.0033350.121.382015l n A =1.5841l n P -0.23340.98108.0049700.241.26林地2000l n A =1.5440l n P -0.12380.97202.0057550.201.302015l n A =1.5922l n P -0.27520.96154.0035850.241.26草地2000l n A =1.5450l n P -0.30820.9874.0032490.211.292015l n A =1.6451l n P -0.79800.9779.0027360.281.22水域2000l n A =1.5810l n P -0.57520.9896.0037250.231.272015l n A =1.5221l n P +0.11020.9457.009290.191.31建设用地2000l n A =1.5378l n P +0.15480.95384.0074250.201.302015l n A =1.6622l n P -0.56680.96267.0071970.301.20总地类2000l n A =1.4525l n P +0.41700.97827.0030250.121.382015l n A =1.5841l n P -0.53740.98665.0011330.241.26第6期杨大伟,等:基于分形理论的城市土地利用空间结构演化研究从城六区各地类的斑块稳定性指数来看,2000年和2015年总地类的稳定性指数分别为0.1231㊁0.2375,水域的稳定性指数降低,耕地㊁林地㊁草地和建设用地的稳定性指数均有所增加,土地利用结构趋于稳定㊂对城六区2015年各地类稳定性进行排序,顺序为:建设用地>草地>林地㊁耕地>水域㊂(三)土地利用景观格局分析2000年以后,西安市城市规划效率显著提升,各地类景观形状指数下降趋势明显,景观形状趋于简单规则化㊂从整体看,耕地由于其自身复杂性,景观形状指数明显大于其他用地类型;相比之下,建设用地形状就显得尤为简单㊂从变化幅度来看,建设用地景观形状指数降幅最大,说明城市发展过程中建设用地集聚速度迅猛,且越来越规则化;伴随着生态保护的推行,大量的水域和草地被整合为生态保护区,景观形状趋于简单规则化,但在保护过程中并未对自然要素做出实质性破坏,因而景观形状指数降幅最小(表9)㊂表9各地类景观形状指数年份耕地林地草地水域建设用地未利用地200025.82036621.76364816.27616514.38604518.8665021.214747201520.80879216.16176112.43032210.95213812.4064011.095869城市化快速推进的同时,人类活动对景观的干扰程度也在逐渐增大㊂从整体来看,由于住宅小区和道路网的不断扩建,林地景观破碎度指数明显高于其他地类;相比之下,水域所受到的干扰程度则十分轻微㊂从变化情况来看,耕地的景观破碎度指数增幅最大,林地的景观破碎度指数降幅最大,草地的景观破碎度指数基本保持恒定(表10)㊂表10各地类景观破碎度指数年份耕地林地草地水域建设用地未利用地20000.0001680.0026130.0012460.0022820.0011870.00000020150.0002370.0016410.0012640.0014330.0005750.000000数据表明,西安市城六区建设用地和水域的景观分离度呈下降趋势,耕地㊁林地和草地呈现出明显的增加趋势㊂除未利用地外,草地的景观分离度最大,其次是林地和水域,表明其空间联系较弱,建设用地景观分离度最小,表现出城六区 人工景观集聚,自然景观分散 的特点㊂总体看,2000年以后西安城镇化进程明显加快,西安市城六区的景观格局发生了很大的变化(表11)㊂表11各地类景观分离度指数年份耕地林地草地水域建设用地未利用地20000.0009580.0203430.0185360.0352390.00326441.13112220150.0018510.0235020.0312740.0298600.00158842.380818国土资源科技管理第37卷五结论和讨论本研究采用分形理论,对西安市城六区土地利用进行了研究可得出结论㊂(一)建设用地增加显著从数据统计和类型特征来看,2000 2015年期间,西安市城六区生产总值增长的同时伴随着明显的城市空间扩张,城六区建设用地面积大幅度增加,增长速度和强度逐年加剧㊂说明15年来西安市建设用地需求旺盛,城市经济与土地财政的呈现正相关的耦合关系㊂(二)生态用地呈下降趋势研究表明,建设用地主要由耕地㊁草地和林地转化而来,而草地和林地的变化幅度大㊁强度高,空间破损明显,说明近年来生态用地在城区内呈下降趋势,被道路或其余用地分割的现象明显㊂这些变化容易在局部产生不良的生态效益,对小气候调节较为不利㊂(三)空间景观结构较单一总体看,西安市城六区景观风貌呈现 人工景观集聚,自然景观分散 的特点,多以廊道和细碎斑块的形式展现,结构模式趋向简略㊂各种用地分维数均较小,内部结构单一,景观格局呈现简单化㊁规则化的特征,板块内部统一性强,不利于产生和涌现多变的城市结构,对城市活力与创新影响较大㊂通过对于西安市城六区2000 2015年土地利用变化的研究,可以得出西安市土地利用建设用地增长明显㊁生态用地下降显著㊁景观结构较为单一的主要特征,因此,应从城市高质量和可持续发展的角度,重点思考西安市土地利用变化的未来可能性和可行性,加强混合用地和交叉用地的数量,以多样化和复杂性的思路来实施国土空间规划,为西安市未来能够成为真正意义上的西部中心城市,打好坚实的基础㊂参考文献:[1]刘欢.西安市土地利用变化的碳排放量研究[J].价值工程,2019,38(32):233-235.[2]叶艳妹,吴次芳.土地科学的基础理论㊁学科结构及其技术支持体系研究[J].中国土地科学,2002, 16(4):4-9.[3]曹根榕,顾朝林,张乔扬.基于P O I数据的中心城区 三生空间 识别及格局分析 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基于土地利用松花江流域生态环境空间分异特征的研究——以哈尔滨段为例
基 于 土 地 利 用 松 花 江 流 域 生 态 环 境 空 间 分 异 特 征 的 研 究
以 哈尔滨 段 水 利 电 力 学 院 ，哈 尔滨 １ ０ ８ ） ５０ ６
摘 要 ：利用 Ｒ 技术从 ｌ９ 和 ２０ 年 Ｌ ｎｓｔ Ｍ 影像数据提取 区域生 态环境状况评价信息 ，在研究土地利 ｓ ６ ０５ ９ ａｄａＴ
Ｓ ｕ ｙ Ｏｌ ｔ ｅ Ｓ ａ ｉ ｌＤｉｔ ｉ ｕ ｉ ｎ ｏ ｏ ｏ ｅ ｌＥｎ ｉ ｏ ｔ ｄ ｉ ｈ ｐ ｔａ ｓ ｒ ｂ ｔｏ ｆ Ｅｃ ｌ ａ ｖ ｒ ｎｍ ｅ ｔ ｉ ｎ ｎ Ｓ ｎ ｈｕ ｖ ｒ Ｗ ａ ｅ ｓ ｅ ａ ｅ ｉ Ｌａ ｄ Ｕｓ ｎ ｏ ｇ ａ Ｒｉ ｅ ｔｒｈ ｄ ｂ ｓ ｄ Ｏ ｎ ｅａ ｄ ｌ Ｉ ｓ Ｃｈａ ｇ － Ｈａ ｂ ｎ Ｒｅ ｉ ｎ ａ ａ ｔ ｎ ｅ ｒ ｉ ｇ ｏ ｓＥｘ ｍｐ ｅ ｌ
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基于土地利用的江西省碳排放时空特征及脱钩关系研究
１ ３ 数据来源
碳排放
增长率
经济
增长率
脱钩弹性
>０
>０
０ ;０
０≤Ｄ<０ ８
<０
<０
<０
<０
>０
>０
<０
>０
<０
０ ８≤Ｄ≤１ ２
Ｄ<０
Ｄ>１ ２
<０
０≤Ｄ<０ ８
>０
Ｄ>１ ２
<０
Ｄ<０
研究采用的数据主要包括 ２００５ 年、 ２０１０ 年、 ２０１５ 年
净碳排放量增长趋缓ꎬ 增幅为 ２０ ０３％ꎬ 城镇化水平
汽油
煤油
柴油
燃料油
折标准煤系数
０ ７１４３
０ ９
０ ２８５７
０ ９７１４
１ ４２８６
１ ４７１４
１ ４７１４
１ ４５７１
１ ４２８６
碳排放系数
０ ７５５９
０ ７５５９
０ ７５５９
０ ８５５０
０ ５８５７
０ ５５３８
０ ５７１４
０ ５９２１
０ ６１８５
１ ２ ２ 脱钩关系分析方法
未利用地
碳排放系数/(ｔｈｍ ) ０ ４９７ －０ ６４４ －０ ０２０ －０ ２５３
－２
ｉ
费量ꎻ ｎ ｉ 为能源 ｉ 的标准煤换算系数ꎻ φ ｉ 为能源 ｉ 的
表 １ 土地利用碳排放系数
土地利用类型
∑ｍ
－０ ００５
清单指南ꎮ
表 ２ 能源碳排放计算参数
能源类型
原煤
洗煤
其它洗煤
焦炭
原油
基于分形理论和GIS技术支撑下的土地利用结构稳定性分析——以长沙县为例
基于分形理论和GIS技术支撑下的土地利用结构稳定性分析——以长沙县为例发布时间：2022-06-01T03:08:53.710Z 来源：《城镇建设》2022年第5卷第3期作者：陈亚玲[导读] 文章以长沙县为例，基于2010年、2014年、2018年土地利用现状变更调查成果，运用GIS技术，得到县域各地类的面积和周长，并构建一元线型模型进行拟合度分析。
陈亚玲湖南省第一测绘院 ,湖南长沙市410000摘要：文章以长沙县为例，基于2010年、2014年、2018年土地利用现状变更调查成果，运用GIS技术，得到县域各地类的面积和周长，并构建一元线型模型进行拟合度分析。
在此基础上，计算各地类分形维数和稳定性指数，对长沙县土地利用结构稳定性进行定量分析，探究城市外围扩展区域的土地利用动态变化情况，为区域土地资源的合理利用以及区域景观格局的持续发展提供参考。
关键词：土地利用结构稳定性；分形维数；稳定性指数１研究区概况长沙县位于长沙市中部、湖南省东部，地处东经112°56′～113°36′，北纬27°55′～28°40′，西、南连长沙市城区，东接浏阳市，北连岳阳市平江县和汨罗市，总面积1756平方公里。
2数据来源和研究方法2.1数据来源数据来源于2010年、2014年、2018年土地利用现状变更调查成果。
本文数据均按最新行政区范围进行提取和分析，按《土地利用现状分类标准》（GB/T21010-2017）进行土地分类。
表 1 土地利用现状分类标准2.2研究方法分形维数是对系统或结构的自相似特征进行表达的定量指标之一[1]，以各土地利用地类的封闭多边形斑块为计算对象，对其核心面积大小及其边界的曲折性进行定量描述[2],具体公式如下:Ln A(r)=2DlnP(r) + C(1)式中：D表示分形维数；A(r)表示斑块面积；P(r)表示斑块周长；r表示空间测量尺度；C表示常数值。
11736167_江西东江源区土壤侵蚀与土地利用变化的影响研究
收稿日期:2014-05-21;修订日期:2014-06-24作者简介:黄灵光(1981-),男,江西南城人,硕士,工程师,研究方向:生态环境遥感监测。
基金项目:江西省科技计划项目(编号:2001ZBBG0045);江西省科学技术合作项目(编号:2007BN18800)。
∗通讯作者:方 豫(1970-),女,福建莆田人,研究员,硕士,研究方向:遥感与GIS 技术在生态、流域管理中的应用。
第32卷 第4期2014年8月江 西 科 学JIANGXI SCIENCEVol.32No.4Aug.2014 doi :10.13990/j.issn1001-3679.2014.04.010江西东江源区土壤侵蚀与土地利用变化的影响研究黄灵光1,2,郭秋忠1,2,周学林2,方 豫1,2∗,林联盛2(1.江西省山江湖开发治理委员会办公室,330046,南昌;2.江西省遥感信息系统中心,330046,南昌)摘要:采用RS /GIS 技术,研究东江源区1995-2000年的土地利用变化和土壤侵蚀强度变化的关系。
结果表明:1)东江源区土壤侵蚀面积有所增加,强度降低;2)土壤侵蚀强度变化主要发生在林地、草地、耕地这3种土地利用方式中,其中林地土壤侵蚀强度有较为明显的增加;3)加重土壤侵蚀强度主要是林地转变为草地和耕地,而耕地向林地、林地内部之间的转化减弱了侵蚀强度。
研究表明,土地利用变化是土壤侵蚀的主导因素,尤其是林地、草地和耕地之间的转化对土壤侵蚀强度的变化影响很大。
其中,耕地向林地、林地内部之间的转化将对土壤侵蚀强度起到减弱效果,而林地向草地、耕地之间的转化则会加速土壤侵蚀的恶化。
关键词:东江源区;土地利用;土壤侵蚀;GIS 技术中图分类号:S157 文献标识码:A 文章编号:1001-3679(2014)04-0467-06Effects Studying on Soil Erosion and Land Use Changein Dongjiang Source Region ,Jiangxi ProvinceHUANG Lingguang 1,2,GUO Qiuzhong 1,2,ZHOU Xuelin 2,FANG Yu 1,2∗,LIN Liansheng 2(1.Office of the Mountain⁃River⁃Lake Development Committee of Jiangxi Province,330046,Nanchang,PRC;2.Center for Remote Sensing Information of Jiangxi Province,330046,Nanchang,PRC)Abstract :Use RS /GIS technology,had study on the changes of the land use,the intensity changes ofsoil erosion,and its relationship,in the Dongjiang′s source region,between 1995to 2000,In this pa⁃per.The results showed that:1)in the source area,soil erosion has increased and lower intensity;2)soil erosion intensity changes occurred mainly in woodland,grassland,arable land use patterns,inwhich the intensity of forest soil erosion have a more significant increase;3)the soil erosion intensity increased is mainly grassland and woodland into farmland,but the conversion of farmland to forest,to weakened the between erosion intensity of woodland.Research shows that land use change is the dominant factor in soil erosion,especially soil erosion intensity changes greatly is in the conversion of between woodland,grassland and farmland.Among them,the conversion of farmland changes to for⁃est,and between woodlands internal conversion will increase lost water and soil,and soil erosion is accelerated.In the other hand,grass land and wood land conversion to arable land,will diminishedeffect of soil erosion.Key words:Dongjiang′s source region;land use;soil erosion;GIS technique0 引言土壤侵蚀是土地退化与水土流失等生态环境恶化的重要因素之一[1]。
基于景观结构的土地利用生态风险空间特征分析——以江西兴国县为例
中国环境 科学
２ １，ｌ４：６ ８ ６ ５ ０ １ （） ８－ ９ ３
Ｃ ｉａ ｎ ｉ ｎ ｎａ Ｓｉｎｅ ｈｎ Ｅ ｖｒ ｍｅｔｌ ｃｅｃ ｏ
基 于 景 观 结 构 的土 地 利 用 生 态 风 险 空 间特 征 分 析
以江 西兴 国县 为例
谢花林 ， （江西财经大学鄱阳湖生态经济研究院， 南昌 ３０３； 中国 １ ． 江西 ３０２ ２ 科学院 地理科学与资源研究所， 北
２０ ０ ５年， 究 区生态 风险 指数 空 间分 异 的步长 都 比较 小， 别为 ４ ｋ 和 ９３ｍ． 研 分 ３ｍ ．ｋ 关键 词 ：土地 利 用；景 观 结构 ：生态 风 险 ；红壤丘 陵 区
中图分 类号 ：Ｘ 章编 号 ：１０ —９ ３２ １）４ ０８ — ８ ００６ ２ （０ １ —６ ８０ ０
Ｓ ａ ｉ ｌ ｃ ａ ａ ｔ ｒｓ ｉ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ａ ｄ ｕ ｅ ｅ ｏ ｒｓ ａ ｅ ｎ ｌ ｎ ｓ ａ ｅ ｓ ｒ ｃ ｕ ｅ ａ ｅ ｓｕ ｙ ｉ ｈ ｎ ｇ ｏ ｐ ｔａ ｈ ｒ ｃ ｅ ｉｔ ａ ａｙ ｉ ｆ ｌ ｎ ｓ ｃ － ｉｋ ｂ ｓ ｄ ｏ ａ ｄ ｃ ｐ ｔ ｕ ｔ ｒ ：ａ ｃ ｓ ｔ ｄ ｎ ｔ ｅ Ｘｉ ｇ ｕ ｃ
Ａ ａ ｅ ｆ ｃｅｃ ｓＢｅ ｉｇ１０ ０ ， ｈｎ）Ｃ ｉ ｎｉ ｎ ｅ ｔｌ ｃｅｃ， ０ １ １４：６ ８ ６ ５ ｃｄ ｍｙｏ Ｓ ｉ ｅ， ｉｎ ０ １ １Ｃ ｉ ． ｈｎ Ｅ ｖｒ ｍ ｎａ ｉｎｅ ２ １， （） ８￣ ９ ｎ ｊ ａ ａ ｏ Ｓ ３
东江源红壤丘陵区土地利用与覆盖变化研究
东江源红壤丘陵区土地利用与覆盖变化研究摘要:采用RS和GIS技术,以红壤丘陵典型案例区东江源为例,利用遥感影像解译,运用土地利用程度综合指数､单一土地利用类型动态度及状态指数等模型,研究了1986~2005年东江源区土地利用变化特征,揭示红壤丘陵区20年来土地利用变化的时空格局｡结果表明,研究区土地利用结构基本稳定,土地利用发展平缓,总体相比而言,1995~2005年土地利用类型变化幅度大于1986~1995年的变化幅度;就土地利用类型的转移模式来讲,研究区的林地转为耕地分布最为广泛;状态指数结果表明未来研究区的土地利用变化呈现耕地､水域和建设用地面积增加,其余地类面积减少的趋势｡关键词:红壤丘陵;土地利用与覆盖变化(LUCC);时空变化Study on Land-use and Land-cover Change over Red Soil Hilly Regions in DongjiangyuanAbstract: The land use change from 1986 to 2005 in the typical red soil hilly region in Dongjiangyuan was analyzed by RS and GIS. By interpreting the TM images and adopting the models of comprehensive land use index, land-use type dynamic change of each land and state index, the temporal and spatial change of land-use in red soil hilly region during the past 20 years were revealed. The results showed that the land-use structure was stable in this region; and the development of land-use was smooth. The extent of land-use type change in 1995~2005 was greater than that in 1986~1995. As for the transformation mode, conversion of forestland into farmland was most prevalent. According to the state index, the area of farm land, water area and contraction land would increase, while the other types of land would decrease in the future.Key words: red soil hilly region; land use and cover change(LUCC); temporal and spatial change土地利用与覆盖变化(LUCC)的研究是当今全球环境科学关注的核心内容之一,反映了自然和人文交叉最为密切的问题,与全球生态环境安全水平密切相关｡它不仅能够客观地记录人类改变地球表面特征的空间格局,还可以再现地球表面景观的时空动态变化过程,对全球生态环境变化具有重要意义[1-4]｡我国南方红壤丘陵区地处热带､亚热带,包括长江流域的大部分及其南部地区,该地区自然条件优越,生产潜力大,是我国重要的农业生产区域,也是热带､亚热带特种经济作物和经济林木的主要生产基地｡近年来,对丘陵地区滥垦乱伐以及人口增长等因素造成了大面积水土流失和生态环境恶化等问题[5-6]｡由于南方地区地理条件的复杂性和人们认识上的差异性,早期工作大多在南方典型红壤区开展,而忽视了红壤丘陵区的研究｡为此,本研究以红壤丘陵典型区东江源为例,采用RS和GIS软件技术,利用遥感影像解译,获取研究区不同时段土地利用数据,研究1986~2005年东江源区土地利用变化特征,揭示红壤丘陵区20年来土地利用与覆盖变化的时空格局｡为协调区域人与地可持续发展,制定科学合理的土地利用政策和规划提供依据｡东江源区位于江西省赣州地区东南部,是赣南地区典型的红壤丘陵区,涵盖寻乌､安远和定南3县,境内以山地､丘陵为主,地势呈北高南低｡在江西境内河流长127 km,流域面积3 495.79 km2｡源区属典型亚热带湿润季风气候区,具有雨量充沛､阳光充足､热量丰富等特征｡1 材料与方法1.1 数据来源本研究采用的是TM影像,选取1986､1995和2005年3期数据为主要数据源｡以遥感影像为基本信息源,结合当地1∶5万地形图､图件资料以及其他文献资料(包括已有的研究成果)等｡采用RS和GIS等技术,对图像进行处理分析｡根据东江源地区LUCC特点,将土地利用分为耕地､林地､草地､水域和建设用地5大类型｡1.2 土地利用程度综合指数模型土地利用程度主要反映土地利用的广度和深度,并可以反映该地区LUCC的综合水平[7-9]｡模型表达式为:Dj=100×■(Ai×Ci),Dj∈[100,400] (1)式中,Dj为研究区土地利用程度综合指数;Ai为研究区内第i级土地利用程度分级指数;Ci为研究区域内第i级土地利用程度分级面积百分比;n为土地利用程度分级数｡区域土地利用程度的变化是多种土地利用类型变化的结果,不同时段土地利用程度变化值可以表示为:ΔLb-a=Lb-La=100×■(Ai×Ci,b)-■(Ai×Ci,a)(2)R=■(3)式中,Lb､La分别为b期､a期土地利用程度综合指数;Ai为研究区内第i级土地利用程度分级指数;Ci,b､Ci,a分别为b期､a期区域内第i级土地利用程度分级面积百分比;R为土地利用程度变化率｡若ΔLb-a或者R大于0,表明该区域土地利用处于发展期,否则处于调整期或衰退期[9]｡2.3 单一土地利用类型动态度单一土地利用类型动态度表达的是某研究区一定时间范围内某种土地利用类型的数量变化情况,建立土地利用动态变化模型是研究土地利用变化过程､土地利用变化程度及未来发展变化趋势的主要手段｡其表达式为:K=■×■×100% (4)式中,K为研究时段内某一土地利用类型动态度;Ua､Ub分别为a期､b期该土地利用类型的数量;T为研究时段长｡当T的时段设定为年时,K的值就是该研究区某土地利用类型的年变化率[10]｡2.4 土地利用类型的变化趋势和状态指数对研究区某一土地利用类型而言,表现其空间格局的动态变化趋势可以引入土地利用类型的变化趋势和状态指数模型[11,12]:Vin=■×■×100% (5)V out=■×■×100% (6)Ps=■,Ps∈[-1,1] (7)式中,Vin和V out分别为T时段内土地利用类型i的转入和转出速度;ΔUm､ΔUout分别为其他土地利用类型转变为土地利用类型i的转入量和土地利用类型转变为其他土地利用类型的转入量;Si,a为研究初期土地利用类型i的面积｡Ps是反映单一土地利用与覆被类型变化的趋势和状态的指数,Ps越接近于0,说明该类型呈均衡转换的态势;越接近于1,表明该种地类面积大量增大,呈稳步增加的趋势;越接近于-1,表明该种地类面积大量减少,呈逐步萎缩的趋势｡3 结果与分析3.1 土地利用的幅度变化通过对研究区3期土地利用数据按类型进行分析表明,林地和耕地是该区最主要的土地利用类型,运用土地利用综合程度指数计算,结果表明,1986､1995､2005年该区的土地利用综合程度指数依次为192.47､192.59､192.00,变化幅度不大,表明该区20年来土地利用发展平缓｡其中,ΔL1995-1986为0.12,R1995-1986为0.000 623,说明在1986~1995年研究区的土地利用处于发展期;ΔL2005-1995为-0.59,R2005-1995为-0.003 060,说明在1995~2005年研究区的土地利用处于调整期｡对比1986~1995年和1995~2005年两个时段可以发现,水域在前后两个时期都发生了剧烈变化,先是急剧减少后又大幅增加,但总体保持平衡｡总体来说,尽管20年研究区的不同土地利用类型的面积比例均发生了不同程度的变化,但是土地利用结构基本稳定,土地利用发展平缓(图1)｡2.2 土地利用类型转化程度分析就土地利用类型转移矩阵的变化来看(表1),1986~2005年间研究区耕地､水域､建设用地面积呈增加的趋势,其中耕地增幅最大,达到了20.69 km2;林地和草地有不同程度的减少,其中林地减幅最大,达到了21.04 km2｡对比两个时段的变化可以看出,1995~2005年大部分土地利用类型变化幅度明显大于1986~1995年的变化幅度,说明这20年间土地利用变化主要发生在1995~2005年｡研究表明,20年来,研究区面积中耕地有9.40 km2转化成了其他地类,其中大部分转化成了林地,面积为7.34 km2;林地是变化较为剧烈的地类,20年间约有29.48 km2林地流向了耕地;草地以转出为主要特征,主要转出为林地和耕地,同时有1.73 km2林地转化为草地;水域主要由林地和耕地转化而来,但水域转出量相对较少;建设用地转入来源主要是耕地和水域,同时也有一部分建设用地转为了林地和耕地｡总之,林地转为耕地模式在研究区分布最为广泛｡2.3 土地利用动态变化分析由土地利用动态度计算结果(表2)可知,20年来研究区的各地类的年变化率都较小｡具体而言,水域的递增率最大(1.70%),是各类用地变化最大的,其次是建设用地｡而草地在递减率中最大(0.16%)｡研究区土地利用状态指数计算结果表明,耕地､水域和建设用地的状态指数为正,转入速度大于转出速度,有规模增大的趋势｡其中,水域的转出速度､转入速度分别为1.19%和2.87%,表明水域的增加速度比耕地和建设用地更快｡林地和草地的状态指数为负,转入速度小于转出速度,有规模减小的趋势,它们的状态指数都大于-0.50,表明未来呈缓慢减少的趋势｡3 结论本研究采用RS和GIS等技术,利用遥感影像解译,运用土地利用程度综合指数､单一土地利用类型动态度和状态指数等模型,对1986~2005年东江源区土地利用变化状况进行时空分析,结果表明,1986~2005年东江源区土地利用结构基本稳定,土地利用发展平缓,其中前10年处于发展期,后10年处于调整期｡总体相比而言,1995~2005年土地利用类型变化幅度大于1986~1995年的变化幅度,主要是因为后10年人口大量的增长和人们对生态资源的不合理开垦｡就土地利用类型的转移模式来讲,20年间该区以林地转为耕地分布最为广泛｡状态指数结果表明未来研究区的土地利用变化呈现耕地､水域和建设用地面积增加,其余地类面积呈减少的态势｡参考文献:[1] DENG X Z , LIU J Y . Modeling the relationship of land use change and some geographical indicators for the interlock area of farming and pasturing in China[J]. Journal of Geographical Sciences,2002,12(3):397-404.[2] FOLEY J A, DEFRIES R, ASNERG P, et al. Global consequences of land use[J]. Science,2005,309(22):570-574.[3] 刘纪元.中国资源环境遥感调查与动态研究[M].北京:中国科学技术出版社,1996:158-188.[4] 史培军,李晓兵,陈晋.土地利用覆盖变化与生态安全响应机制[M].北京:科学出版社,2004.[5] 张红旗,李家永,牛栋,等.典型红壤丘陵区土地利用空间优化配置[J].地理学报,2003,58(5):668-676.[6] 李秀彬.土地利用变化的解释[J].地理科学进展, 2002,21(3):195-203.[7] 王思远,刘纪元,张增祥,等.中国土地利用时空特征分析[J].地理学报,2001,56(6):631-639.[8] 摆万奇,赵士洞.土地利用变化驱动力系统分析[J].资源科学,2001,58(5):727-734.[9] 王秀兰,包玉海.土地利用动态变化研究方法探讨[J].地理科学进展,1999,18(1):81-87.[10] 刘盛和,何书金.土地利用动态变化的空间分析测算模型[J].自然资源学报,2002,17(5):533-540.[11] 罗格平,周成虎,陈曦,等.干旱区绿洲土地利用与覆被变化过程[J].地理学报,2003,58(1):63-72.[12] 何春阳,史培军,陈晋,等. 北京地区土地利用/覆被变化研究[J].地理研究,2001,20(6):679-687.。
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“生命之水” 的发源地 。源区位于江西省赣州境内 , 是珠江三大水系之一的东江源头 , 含安远 、 寻乌 、 定 2 南三县 ,江西省内流域土地总面积3 502km ( 图 1) 。 源区以山地 、 丘陵为主 , 地貌可概称 “八山半水一分 田 ,半分道路与庄园” 。源区呈典型的亚热带丘陵山 区湿润季风气候 , 常年平均气温 1819 ℃, 年均日照 时数为 1 690 ～ 1 984h , 无霜期 282 ～ 293 天 , 降雨量 1 526 ～ 1 700mm 。源 区 河 网 密 布 , 主 河 流 总 长
作者简介 : 谢花林 ,江西莲花县人 ,博士后 ,主要研究领域为土地利用 、 生态安全和 GIS 应用 。
E2mail :xiehl - 2000 @1631com
第 30 卷第 12 期
谢花林等 : 基于分形理论的土地利用空间行为特征
1867
均” 分形维数 , 也是统计意义上的景观分形维数 。
FD 值的理论范围为 [ 110 ,210 ] , F = 110 时代表形状
图1 江西东江源流域地理位置示意
Fig11 The location of Dongjiang Riverhead watershed in Jiangxi province
表示该要素越不稳定 数 ( SK) 可定义为 :
[5 ]
。因而各景观要素的稳定指
( 2) ( 3)
局及其变化 ,对流域景观格局的变化规律进行实证 分析 。 运用 ArcGIS910 、 MGE 、 ERDAS815 等 GIS 和遥感 图像处理软件 , 参照东江源流域 1 ∶ 10 万地形图 、 土 地利用现状图 , 对不同时期的区域陆地资源卫星
Landsat TM 影像进行图像镶嵌 、 几何纠正 、 判读解译
S K = | 115 - FD |
( 3) 景观斑块形状破碎度 ( FS ) FS = 1 - 1Π AS I
N
其中 AS I =
i =1
∑A ( i ) S I ( i ) ΠA ;
A ( i) ] ;
N
S I ( i ) = P ( i ) Π [4 A =
( 1)
同斑块分布的分离程度 。分离度在一定程度上反映 了人类活动强度对景观结构的影响 ,其计算公式为 : ( 5) F = Di Π Si 其中 Di =
AΠ Ni Π 2
S i = A i Π A 式中 F 为某一景观类型分离度 ; Di 为景观类型 i 的 距离指数 ; S i 景观类型 i 的面积指数 ; A i 为景观类 型 i 的面积 ; A 为景观的总面积 。
谢花林
1 ,2
,李秀彬
2
( 11 江西财经大学资源与环境管理学院 ,南昌 330032 ; 21 中国科学院地理科学与资源研究所 ,北京 100101)
摘 要 :为增进对土地利用空间行为变化的理解 ,以分形理论为指导 ,在 RS 和 GIS 技术支持下 ,建立了东江源 流域土地利用空间数据库 ,运用分形模型和提取数据对江西东江源流域土地利用空间格局的变化进行了研究 。获 得了 1985 年和 2000 年两个时期各个土地利用类型的分形维数和不稳定性指数 ,并且参照了常用的景观指数 ,包括 斑块密度指数 、 景观斑块形状破碎化指数和景观类型分离度指数 ,对土地利用空间行为变化进行了定量分析 ,研究 结果显示 ,景观斑块破碎度指数由 01 945 变为 01 936 ,呈下降趋势 ; 其他林地和有林地等土地利用类型的稳定性呈 上升趋势 ,而高覆盖度草地 、 水域 、 灌木林地 、 旱地 、 水田等土地利用类型的稳定性明显降低 , 说明近期应当对它们 进行适当保护 ; 对其他林地和有林地而言 ,分形维数降低的程度 ,一方面说明了土地斑块形态规整化改善的程度 , 另一方面也说明了人们改善土地形态的行为强度 ,如植树造林 、 退耕还林 。 关键词 : 分形理论 ; 土地利用变化 ; 空间行为特征 ; 不稳定性 ; 东江源流域
312 研究方法
∑A ( i )
式中 FS 为某一景观类型斑块形状破碎化指数 ; ASI 为用面积加权的景观斑块平均形状指数 ; SI ( i ) 为景 观斑块 i 的形状指数 ; P ( i ) 为景观斑块 i 的周长 ; A ( i ) 为景观斑块 i 的面积 ; A 为该景观类型的总面 积 ; N 为该景观类型的斑块数 。 (4) 景观斑块密度 ( PD ) 表示景观中包括全部异 质要素斑块的单位面积斑块数 ,计算公式为 :
最简单的正方形斑块 , F = 210 时表示等面积下周长 最复杂的斑块 。 ( 2) 景观稳定性指数 对于某种景观要素而言 ,
FD 值越大 ,表示该要素的镶嵌结构越复杂 ; 当 FD
= 115 时 ,表示该景观要素处于一种类似于布朗运
动的随机状态 ,即不稳定状态 ; FD 值越接近 115 ,就
2 研究区概况
江西东江源流域是香港和珠江三角洲地区人民
收稿日期 :2008 05 - 19 ; 修订日期 :2008 - 07 - 11
在 RS 和 GIS 支持下 ,以江西东江源流域范围的 土地利用变化为研究对象 , 用景观生态学的理论与 方法 ,尤其是分形理论的方法 ,研究土地利用景观格
( 编号 :2006BAB15B02) ; 国家自然科学基金项目 “ 基金项目 : 国家科技支撑计划项目 “ : 区域土地资源安全保障与调控关键技术研究” : 基于 ( 编号 :40801106) ; 中国博士后科学基金项目 “ 约束性 CA 的红壤丘陵区土地利用安全格局情景模拟研究” : 生态用地和耕地保护约束下的 ( 编号 :20080430544) ; 教育部人文社会科学基金项目 “ 区域土地经济承载力评估方法研究” : 快速城镇化地区土地经济承载力测度和预警实 ( 编号 :08JC790050) 。 证研究”
1 引言
分形 ( Fractal ) 理论是 20 世纪 70 年代中期以来 发展起来的一种横跨自然科学 、 社会科学和思维科 学的新理论 ,已被广泛应用于各学科领域 ,成为国际 [1～4 ] 上科学领域的前沿研究课题之一 。20 世纪 90 年代以来 ,分形理论在我国地理学中的应用日益广 泛 ,并在地貌学 、 城市地理学 、 地图学和遥感等分支 学科取得了较大进展 。景观生态学是研究空间异质 [5 ] 性的学科 ,空间格局是景观生态研究的重要内容 。 因此 ,以分析空间结构而见长的分形理论也被越来 越多地应用于景观镶嵌结构的复杂性与稳定性等景 观生态研究 ,其中运用最多和最成熟的是景观斑块 [5 ,6 ] 的面积 - 周长模型 ,但是大多数研究都局限在对 景观格局变化分析 , 很少具体分析土地利用的空间 行为 ,本文试图利用分形理论对土地利用空间行为 进行尝试性研究 。
PD =
1
A
n
n
所谓分形就是指部分以某种形式与整体相似的 形状 ,自相似性和标度不变性是它的两个重要特 征
[7～10 ]
i =1
∑N
i
i
( 4)
其中 A =
。一个系统的自相似性是指 “某种结构或过
i =1
∑A
式中 PD 为景观总体斑块密度 ; n 为研究范围某空 间分辨率上景观要素类型总数 ; A 为研究范围内景 观总面积 , A i 为第 i 类景观要素的面积 。 某类景观要 素的斑块密度为 PDi , PDi = N i Π Ai 。
i =1
等工作 ,根据解译标志把空间栅格数据矢量化并且 进行地类编码 ,在 ArcGIS910 中建立拓扑关系 , 最终 生成土地利用图形库和属性数据库 , 主要的土地利 用类型包括 : 水田 、 旱地 、 有林地 、 灌木林地 、 疏林地 、 其他林地 、 高覆盖度草地 、 中低覆盖度草地 、 水域和 居民点及工矿用地等 。主要利用了两个年代的东江 源流域土地利用解译数据 , 对建立的空间数据库进 行分析 ,试图发现其中的一些土地利用景观格局及 其动态变化特征 。
式中 P 为斑块周长 ; A 为斑块面积 ; k 为回归方程 的斜率 ; FD 表示包含多个斑块的某一景观的 “平
1868
资 源 科 学
第 30 卷第 12 期
4 结果与分析
411 土地利用结构变化
利用 GIS 技术获得江西东江源流域土地利用变 化结果 ,见表 1 。可以看出 , 居民点及工矿用地 、 水 域和林地的面积有不同程度的增加 ,而耕地 、 草地和 未利用土地等类型则有不同程度的减少 , 说明在过 去 15 年内 ,江西东江源流域土地利用结构有很大变 动 ,城镇扩张 、 植被建设以及退耕还林等 , 是居民点 及工矿用地和林地的面积增加的直接原因 , 同时也 导致了其他土地利用类型面积的减少 。
(5) 景观类型分离度 ( F) 指某一景观类型中不
程的特征从不同的时间尺度或空间尺度上看都是相 似的” ,标度不变性是指 “自相似性的系统不具有特 征长度 ,具有自相似的结构一定满足标度不变性” 。 分形维数是表征自相似系统或结构的定量指标之 一 ,研究景观的分维 ,主要是定量描述其核心面积的 大小及其边界线的曲折性 。 研究用到的相关指标 , 及其计算方法以及模型 中各参数的意义如下 。 (1) 分形维数 ( FD) 所应用的用来计算分形维 数的周长 - 面积模型为 : ln ( PΠ 4) = k ln ( A ) + c , FD = 2 k
325km ,平均河流密度 172kmΠ km 。区内植被类型属
2
我国东南部原生型常绿针叶林 、 针阔混交林及阔叶 林 ,森林覆盖率为 74 % ,多为针叶林 ,且系中 、 幼林 。 源区人口总数53 139 × 10 人 ,其中农业人口为4 617 × 10 人 。
4 4
3 数据来源与研究方法
311 数据来源
变化量
- 151 600 - 755 155 176 - 25 1 862
3