景观格局指数及各指数意义

第 2章 景观结构指标计算方法

作者：卢玲 转贴自：本站原创 点击数：6859

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第 2章 景观结构指标计算方法 第 1 节 景观结构分析软件FRAGSTATS

FRAGSTATS [38]是由美国俄勒冈州立大学森林科学系开发的一个景观指标计算软件，它有两种版本，矢量版本运行在ARC/INFO 环境中，接受ARC/INFO 格式的矢量图层；栅格版本可以接受ARC/INFO 、IDRISI 、ERDAS 等多种格式的格网数据。两个版本的区别在于：栅格版本可以计算最近距离、邻近指数和蔓延度，而矢量版本不能；另一个区别是对边缘的处理，由于格网化的地图中，拼块边缘总是大于实际的边缘，因此栅格版本在计算边缘参数时，会产生误差，这种误差依赖于网格的分辨率。

FRAGSTATS 软件功能强大，可以计算出59个景观指标（表2-1）。这些指标被分为三组级别，分别代表了三种不同的应用尺度：（1）拼块级别（patch-level ）指标，反映景观中单个拼块的结构特征，也是计算其它景观级别指标的基础；（2）拼块类型级别（class-level ）指标，反映景观中不同拼块类型各自的结构特征；（3）景观级别（l andscape-level ）指标，反映景观的整体结构特征。由于许多指标之间具有高度的相关性，只是侧重面有不同，因而使用者在全面了解每个指标所指征的生态意义及其所反映的景观结构侧重面的前提下，可以依据各自研究的目标和数据的来源与精度来选择合适的指标与尺度。

表2-1 FRAGSTATS 提供的景观指标

英文缩写 指标名称 应用尺度 英文全称 单位 面 积指标 AREA 拼块面积 拼块 Area ha LSIM

拼块相似系数 拼块 Landscape similarity index % CA

拼块类型面积

类型 Class area ha %LAND 拼块所占景观面积比例 类型

Percent of landscape % TA

景观面积

类型/景观 Total landscape area ha LPI 最大拼块占景观面积比例 类型/景观 Largest patch index % 密度大小

及差

异 NP 拼块数量 类型/景观 Number of patches # PD 拼块密度 类型/景观 Patch density #/100ha MPS 拼块平均大小 类型/景观 Mean patch size ha PSSD

拼块面积方差 类型/景观 Patch size standard deviation ha PSCV 拼块面积均方差 类型/景观 Patch size coefficient of variation % 边缘指标 PERIM 拼块周长 拼块 Perimeter m EDCON 边缘对比度 拼块

Edge contrast index % TE 总边缘长度 类型/景观 Total edge m ED 边缘密度

类型/景观 Edge density m/ha CWED

对比度加权边缘密度 类型/景观 Contrast-weighted edge density m/ha TECI 总边缘对比度 类型/景观 Total edge contrast index % MECI 平均边缘对比度

类型/景观 Mean edge contrast index % AWMECI 面积加权平均边缘对比度 类型/景观 Area-weighted mean edge contrast index % 形状

指标 SHAPE 形状指标 拼块 Shape index FRACT 分维数

拼块

Fractal dimension LSI 景观形状指标 类型/景观 Landscape shape index MSI 平均形状

类型/景观 Mean shape index AWMSI

面积加权的平均形状指标 类型/景观 Area-weighted mean shape index DLFD 双对数分维数 类型/景观 Double log fractal dimension MPFD 平均拼块分维数

类型/景观 Mean patch fractal dimension AWMPFD 面积加权的平均拼块分形指标

类型/景观

Area-weighted mean patch fractal dimension

第 2 节 论文使用的指标及其公式和生态意义

本论文的研究目标是从宏观尺度上分析黑河流域的景观结构及其变化。由于整个流域尺度宽广，并且缺少判据拼块核心面积和边缘带宽的实测数据，因而不适合计算边缘指标和核心面积指标以及一部分邻近度指标；同时我们还排除了一部分相关性很高的指标；最后从FRAGSTATS 软件中选取了能确保计算精度的22个指标，其中在拼块类型级别上选用了9个指标，它们是：拼块类型面积、拼块所占景观面积的比例、拼块个数、拼块平均大小、面积加权的平均形状因子、面积加权的平均拼块分形指数、平均最近距离、平均邻近指数、散布与并列指数；在景观级别上选用了13个指标，它们是：景观面积、最大拼块所占景观面积的比例、拼块个数、拼块平均大小、面积加权的平均形状因子、面积加权的平均拼块分形指数、平均最近距离、平均邻近指数、景观丰度、香农多样性指数、香农均度指数、散布与并列指数、蔓延度指数。在拼块和景观级别上，有些指标是度量景观组分的，有些是度量景观空间格局的。我们知道组分和格局都能够独立和相互地影响并作用生态过程，因而了解这些指标的内涵是十分重要的，也是我们分析黑河流域景观结构的前提与基础。下文是对选取指标及其生态意义的详细介绍，其中所有公式都采用FRAGSTATS 的栅格版本表示方式[38]。 符号

i = 1, …, m ：拼块类型； j = 1, …, n ：拼块数目； k = 1, …, m ：拼块类型； s=1, …, n ：给定距离内的拼块数目。

A ： 总的景观面积（m 2）

a ij ： 拼块ij 的面积（m 2）

a ijs ： 给定距离（m ）内的拼块ijs 的面积（m 2）

核心面积指标 CORE 核心拼块面积 拼块 Core area

ha NCORE 核心拼块数量

拼块 Number of core areas # CAI

核心拼块面积比指标 拼块 Core area index

% C%LAND 核心拼块占景观面积比 类型

Core area percent of landscape % TCA 核心拼块总面积 类型/景观 Total core area

ha NCA 核心拼块数量 类型/景观 Number of core areas #

CAD 核心拼块密度 类型/景观 Core area density

#/100ha MCA1 平均核心拼块面积 类型/景观 Mean core area per patch

ha CASD1

核心拼块面积方差 类型/景观 Patch core area standard deviation ha CACV1 核心拼块面积均方差 类型/景观 Patch core area coefficient of variation % MCA2 独立核心拼块平均面积 类型/景观 Mean area per disjunct core

ha CASD2 核心拼块面积方差 类型/景观 Disjunct core area standard deviation ha CACV2 核心拼块面积均方差 类型/景观 Disjunct core area coefficient of variation % TCAI 总核心拼块指标 类型/景观 Total core area index % MCAI 平均核心拼块指标 类型/景观 Mean core area index % 邻近度指

标 NEAR 最邻近距离 拼块 Nearest-neighbor distance m PROXIM 邻近指标 拼块

Proximity index

MNN 平均最近距离 类型/景观 Mean nearest –neighbor distance m NNSD

最邻近距离方差 类型/景观 Nearest-neighbor standard deviation m NNCV 最邻近距离标准差 类型/景观 Nearest-neighbor coefficient of variation MPI 平均邻近度指标 类型/景观 Mean proximity index % 多样性指标 SHDI 香农多样性指标 景观 Shannon’s diversity index SIDI Simpson 多样性指标 景观 Simpson’s diversity index

MSIDI 修正Simpson 多样性指标 景观 Modified Simpson’s diversity index PR 拼块多度（景观丰度） 景观 Patch richness

#

PRD 拼块多度密度 景观 Patch richness density #/100ha RPR

相对拼块多度 景观 Relative patch richness % SHEI 香农均匀度指标 景观 Shannon’s evenness index SIEI Simpson 均匀度指标 景观 Simpson’s evenness index

MSIEI 修正Simpson 均匀度指标 景观

Modified Simpson’s evenness index 聚散性 IJJ

散布与并列指标 类型/景观 Interspersion and Juxtaposition index % CONTAG 蔓延度指标 景观 Contagion index %