北京大学学报(自然科学版),第45卷,第1期,2009年1月Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis,V ol.45,N o.1(Jan.2009)快速城市化进程中广州市景观格局时空分异特征的研究郭泺1 杜世宏2, 薛达元1 江学顶311中央民族大学生命与环境科学学院,北京100081;21北京大学遥感与地理信息系统研究所,北京100871;31中山大学环境科学与工程学院,广州510275; 通讯作者,E2mail:dshgis@摘要 以广州市作为研究对象,利用1985,1990,1995,2000和2005年5期遥感影像,研究了广州市20年来景观空间格局的时空变化特征。
结果表明:随着城市化的加速,广州市1985—2005年期间景观空间格局的复杂性总体上不断增加,但变化速率、强度和发展态势在全市范围和不同的行政区域内表现出一定的分异特征。
1985—2005年期间广州市12个行政区由于规划发展目的不同,表现出不同的时空变化特点:城区、番禺和花都干扰强度和幅度大,;从化和增城干扰强度和幅度相对较小,且更多地表现为某一次的重大干扰痕迹。
番禺受城市化过程和人类干扰主要发生在1990—2000年,花都的重大城市化过程主要发生在1985—1995年,增城和从化的景观变化主要发生在1990—2000年,而城区受城市化进程影响的趋势和整个研究区最相似,表现出多次多时段干扰的迹象和受城市化干扰程度大、城市化时间长、开始时间早的特点。
关键词 快速城市化;景观格局;时空变化;广州中图分类号 Q149Spatio2Temporal V ariation of Landscape P atterns duringR apid U rbanization in G uangzhou CityG UO Luo1,DU Shihong2, ,X UE Dayuan1,J I ANG Xueding311C ollege of Life and Environmental Sciences,Central University for Nationalities,Beijing100081;21Institute of Rem ote Sensing and GIS,Peking University,Beijing100871;31School of Environment Science&Engineering,Sun Y at2Sen University,G uangzhou510275; C orresponding Author,E2mail:dshgis@Abstract Using3S technique,surveying and statistical analysis,this study took landscape pattern changes of G uangzhou City asa case study.The study examined the relationship between the process of a typical rapid urbanization and landscape spatio2tem poral patterns during the period from1985to2005,and com pared the landscape and class2level pattern indices in G uangzhou City.The results show that the com plexity of landscape structure and the fragmentation of the landscape increase from1985to 2005,whereas,the intensity and tendency of the landscape changes varied during the four com parative periods:198521990, 199021995,199522000,and200022005.I t is a rapid development period from1985to2005in G uangzhou.S patio2tem poral landscape patterns of the ten districts are different due to different development and planning m otives.The intensity and extent of disturbance is strong and happen frequently in Urban,Panyu and Huadu districts.C onghua and Z engcheng districts represent slight disturbance,and their urbanization process mainly take place during199022000.Urbanization in urban begin early while it mainly happens after1990in Panyu and Huadu districts,showing the effect of frequent disturbance and severe intensity.The trend of urbanization in urban is similar to total study zone,showing frequent disturbance,multi2period and characteristics of long2term urbanization.K ey w ords rapid urbanization;landscape pattern;spatio2tem poral change;G uangzhou国家科技支撑计划课题(07BAC03A08),国家民委重点项目(07ZY05)和中央民族大学“111”计划资助收稿日期:2007211226;修回日期:2008206230921 景观空间格局是大小和形状各异的景观要素在空间上的排列,它是景观异质性的重要表现,又是各种生态过程在不同尺度上相互作用的结果,属于生命组建的一种宏观分异性状[122]。
研究景观格局的目的是在看似简单无序的斑块镶嵌的景观上,发现潜在的有意义的规律性及其形成机制[3]。
景观组分的时空异质性、时空相关性、规律性制约和影响着景观中生态系统正常运转的能量流动、物质循环等各种生态过程[426]。
城市是受人类活动干扰最为剧烈的生态系统,它的发展是人类社会的必然趋势[7]。
区域城市化是城市扩展的影响过程,其实质是区域自然生态系统和农业生态系统向城市生态系统不断转化的过程。
这一过程在快速城市化条件下导致城市景观结构剧烈变化,地表生态环境容量下降[8],城市景观组分在不同水平下发生剧烈变化。
不同景观组分之间复杂的相互作用除受城市建设用地扩张的影响外,还受自然资源环境条件、区域生产经营、生态保护和生态环境容纳量等因素的综合制约[9211]。
景观动态变化是指景观结构、功能、空间格局随时间的变化情况[12213]。
景观的这种变化是景观内部各种矛盾与外部作用力相互作用的结果与表现,是景观从一种状态到另一种状态的转变过程[14215]。
景观发生变化的原因,在于内、外驱动力对景观组成要素的干扰作用(包括各种自然的、生物的以及人类活动之间复杂的相互作用),其结果使得景观稳定性及其空间格局发生变化[16]。
而景观空间格局的变化,可进一步影响到景观系统内的物质循环与能量流动,进而对区域内重要的景观生态过程(景观功能)产生深刻影响。
因此,景观时空变化的研究对于揭示景观演替的机制与规律,探寻人类活动与生态环境演变之间的关系具有重要意义。
近年来,景观生态学主要关注景观格局、景观过程及景观变化方面的研究,其中景观格局的研究占多数,但与时空动态变化相结合的研究[17219]则不多。
广州是我国人口稠密、经济高速增长的区域,其特殊的地理区位、经济实施政策等对整体景观格局、地形位置、开发时间和不同行政区的影响具有差异性。
本文利用景观生态学原理与方法进行定量研究,分析了不同驱动因素的影响程度、作用方式和影响效果的差异性,对于合理规范城市的发展,综合考虑区域发展和生态保护,确保城市发展整体规划建设的整体性和可持续性都有重要的理论和现实意义。
1 研究区概况广州市位于东经112°57′—114°13′,北纬22°26′—23°56′,总面积为743414km2,属南亚热带湿润季风气候区,地势大致东北高,西南部和南部低,呈东北向西南和南部倾斜状态。
北部和东北部为低山丘陵,中部为丘陵和台地,中南部多为台地和冲积平原,南部是珠江三角洲冲积平原,为河网区和河口。
广州毗邻港澳是华南地区的交通枢纽和贸易口岸。
新中国成立以来,特别是1978年改革开放以来,广州城市经济发展迈入了更高台阶,土地利用的变化带来深刻的生态环境影响,景观格局变化表现为由城区内向城区外梯度转变的空间分布规律。
2 研究方法211 数据处理数据源为广州市1985,1990,1995年Landsat2T M 以及2000年和2005年Landsat2ET M的5个时段卫星遥感影像。
利用Erdas816进行了图像预处理,以自然属性的相似性和人为利用方式下的趋同性为原则确定了以下8种景观类型:建设用地、林地(包括以乔木为主体的植被类型)、灌丛、草丛、裸地(无植被覆盖的沙滩、泥滩、废弃地等)、农田、城市绿地和水体(包括湖泊、池塘、河流、水库)。
借助G PS进行实地调查,编制影像目视解译标志数据库,依照遥感影像的可解译性以及林相特征,最小斑块小于2125 m被忽略,在ERDAS软件支持下分别对5期遥感数据进行监督分类,在此基础上进一步采用人机交互综合解译对监督分类的结果进行纠正,获得研究区5个时期的景观类型图。
对于5期遥感图像的分类结果进行精度检验,分别在每幅景观类型图中产生检验点200个,5期图像的K appa指数都达到0175以上,符合研究要求,利用ArcGIS910和FRAG ST ATS 313进行计算分析。
212 格局指数景观格局指数繁多,为了能更有意义地比较广州市20年来城市快速发展对景观格局变化幅度和强度的影响,本文选取多样性指数(diversity index)、形状指数(shape index)、分形维数(fractal dimension)、分离度(is olation)指数对不同行政区分别进行格局分析,研究广州市景观格局指数在不同空间和时间上的变化。