浙東地貌形態與土地覆被格局關系的研究

洪奕豐，嚴恩萍，林 輝，周本智，王小明，李曉靖

浙東地貌形態與土地覆被格局關系的研究

洪奕豐1,2，嚴恩萍1，林 輝1，周本智2，王小明2，李曉靖2

(1.中南林業科技大學 林業遙感信息工程中心，湖南 長沙 410004；2.中國林業科學研究院 亞熱帶林業研究所，浙江 富陽 311400)

以Aster DEM和Landsat TM為基本數據，運用遙感、GIS空間分析技術，通過高程(最大、最小、平均高程)、坡度、坡向、地勢起伏度、地表粗糙度等因子的提取及地形剖面線方法，定量分析浙東地區地貌形態及其土地覆被格局的空間分異特征。結果表明：(1)浙東地區主要分布低山丘陵、濱海平原兩種地貌類型，山勢西南高、東北低，境內主要山脈大體為SW-NE走向，呈雁行排列；(2)低海拔地區為主，面積比例達94.5%，中海拔面積較小，且主要集中在西南部洞宮山一帶，但因山體及盆地眾多、溝谷交錯，地勢起伏明顯；(3)地表粗糙度、坡度與海拔相關性較好，即地形高程值大的造山帶其地表粗糙度、坡度值也較大，反之較小；(4)各坡向面積較為相近，但東、南、東南坡更集中分布于東部濱海平原一帶；(5)針、闊葉林主要分布于海拔較高、地表粗糙度大、坡度較陡處，而建筑用地、耕地、水體則集中在海拔低、地表粗糙度小、坡度較緩地段。

地貌形態；土地覆被；空間格局；浙東地區

地貌形態是指地貌實體的外部幾何形狀，包括高度、坡度、切割深度等基本幾何特征以及一些復合特征。高度、坡度、坡向是地貌形體的基本形態指標。地球表面的山地起伏、地表形態的區域差異，控制著地表水熱的再分配，間接影響著土壤、植被和生態格局的發展與演替。因此，地貌形態在很大程度上影響著植被的分布與變化。數字高程模型(DEM)是對地球表面地貌的數字模擬和表達[1-2]。遙感(RS)、地理信息系統(GIS)以及數字高程模型技術的發展，極大地豐富了地貌形態的研究途徑，國內外學者在利用DEM結合地質和森林資源調查資料進行地貌與植被分布格局的研究已有很多探索[3-8]。

浙江省位于太平洋西岸，由于特殊的區位常年受各種風害(尤其是臺風)影響，是我國受臺風災害最嚴重的地方之一[9-10]。風害的破壞力不僅取決于其本身的強度，而且在很大程度上與地貌形態及海防林體系有密切關系[11-12]。另外，地貌形態(尤其是微地貌)常受人類活動的影響和改造，反應了人類活動與自然環境變化的結果，對土地利用方式等均有重要作用，能間接表征一個地區的經濟發展水平和構成情況[13-14]。目前，對浙東地區土地利用/覆被及動態變化的研究已有較多報道[15-16]，但主要側重于土地利用，無法準確反映植被覆蓋的自然屬性，浙東沿海地區植被分布面積廣泛，采用DEM技術對其進行研究更具意義。

筆者利用Aster DEM數據為基礎對浙東地區地貌形態進行分析，并結合三期TM遙感影像，以溫州市為例，探尋植被分布格局與地貌形態之間的關系，旨在為沿海地區植被格局空間優化、風害評估及生態建設提供基礎數據和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

浙江省地處中國東南沿海長江三角洲南翼，位 于 118°～ 123°E，27°12′～ 31°30′N。 土 地 總面積10.18萬km2，境內主要山脈呈西南-東北走向，西南山高坡陡，多為河流的發源地，中部為低山丘陵，東北為沖積平原，地勢平坦，水網密布。山地、丘陵占總面積的70.4%，平原占23.2%，河流、湖泊占6.4%[17]。林業用地面積667.97萬hm2，占全省土地總面積的63.64%。森林覆蓋率達57.4%，樹種資源豐富，素有“東南植物寶庫”之稱。森林的地帶性植被為亞熱帶常綠闊葉林。針葉林面積最大，分布最廣，以松類Pinus、柏類Cupressus、杉類Taxodiaceae為主；闊葉林則主要包括櫧栲類Castanopsis、青岡類Cyclobalanopsis、樟Cinnamomum、楠類Phoebe等。

1.2 數據源與研究方法

1.2.1 數據獲取與處理

遙感數據源選用覆蓋研究區的2005年、2003年三景Landsat TM衛星影像，空間分辨率30 m，軌道號分別為：118040、118041、119041。利用遙感圖像處理軟件ENVI 4.7，對TM數據進行幾何精校正、反差增強、比值增強和融合等算法處理，去除周邊小島嶼，得到研究區遙感影像(圖1)。

DEM選用ASTER數據，空間分辨率30 m，覆蓋整個研究區，在Arcgis9.2軟件里對該數據進行拼接、投影變換和誤差處理。

采用面向對象分割技術，輔助森林分布圖及野外調查數據，進行人機交互分類。參照《土地利用現狀分類標準》(GB/T21010-2007)，結合研究區具體情況，將浙東土地覆被分為8類：針葉林、闊葉林、混交林、灌木林、草地、耕地、建筑用地和水體(圖2)。經檢驗，分類精度達83.2%，Kappa系數為0.77，滿足后續工作要求。

利用ArcGIS的Spatial Analyst功能得到研究區平均高程、地表粗糙度、坡度和坡向圖(圖3～圖6)。其中，地表粗糙度是指某一區域地球表面積與投影面積之比，通過坡度余弦求倒數得到(當值為1時，粗糙度最小，即此時地表面與水平面重合)；坡向劃分依據通用標準，按取值依次劃分為無坡向(－1°)、北坡(0°～22.5°，337.5°～ 360°)、 東 北 坡 (22.5°～ 67.5°)、 東 坡(67.5°～ 112.5°)、東南坡 (112.5°～ 157.5°)、南坡(157.5°～ 202.5°)、西南坡 (202.5°～ 247.5°)、西坡 (247.5°～ 292.5°)、西北坡 (292.5°～ 337.5°)共9類；海拔及坡度的劃分參見表1和表3。

地形剖面分析是利用數理統計原理，獲得垂直于剖面方向上一定范圍內的高程信息，能直觀反映地形表面形態，對快速、準確提取及定量分析高程屬性信息有重要價值。研究區內自南向北分別順沿、斜切、垂直山勢蔓延方向，繪制N、C、S共3條剖面線(圖3)，提取垂直于剖面線方向上的最大、最小、平均高程和地形起伏度(分別表征了剖面線方向上的山脈峰頂、水系溝谷、平均海拔高度和切割剝蝕程度等地形特征)，結果見圖7。

圖1 溫州市TM圖(RGB453)Fig.1 Wenzhou TM(RGB453)

圖2 溫州市土地覆被格局Fig.2 Land cover pattern of Wenzhou

圖3 高程及地理位置示意Fig.3 Study area and elevation

圖4 地表粗糙度Fig.4 Distribution of surface roughness

圖5 坡度Fig.5 Distribution of slope

圖6 坡向Fig.6 Distribution of aspect

圖7 N、C、S剖面線(剖面線位置見圖3)Fig.7 Graphs of north, center and south profiles

2 結果與分析

2.1 地貌形態特征

總體看來，研究區主要分布低山丘陵、濱海平原兩種地貌類型，其中低山丘陵為主，約占研究區總面積的69%。山勢西南高，東北低，呈階梯狀。西南部山巒盤結，大部分在海拔1 000 m以上，其中黃茅尖高達1 921 m，表明該區域是受擠壓構造應力影響抬升最強的地區[18]；中部多為500 m左右的丘陵，大小40余個盆地錯落其間；東北部為低于10 m的濱海平原，水網密布。

境內主要山脈都為SW-NE走向，呈雁行排列，自北而南分3支：北支天目山脈是長江和錢塘江水系的分水嶺，主峰西天目山高1 506 m，向北東延伸為莫干山；中支仙霞嶺，向北東延伸分為會稽山、四明山和天臺山脈，并延伸入海，構成舟山群島；南支洞宮山脈，向北東延伸為南雁蕩山脈，過甌江后稱北雁蕩山脈和括蒼山脈，主峰海拔都在1 000 m以上。

構造方面，以江山-紹興深斷裂為界，劃分為兩大構造單元。斷裂以西為浙西臺褶帶，屬于揚子準地臺的一部分；以東為浙東華夏褶皺帶，屬于華南地槽褶皺系的一部分。

2.1.1 海 拔

海拔指地面某點高出海平面的垂直距離，主要表征溫度變化。研究區整體地勢較低，平均海拔206 m，最高、最低海拔分別為1 907 m和－6 m，具體分布見表1。0～20 m高程區間面積最大，高達46.4%，居絕對優勢地位，此后隨著高程值的增加，呈階梯狀分布的各區間面積依次遞減。若按修訂后的全國1∶100萬制圖規范，將0～800 m劃分為低海拔，800～3 500 m為中海拔，3 500～5 000 m為高海拔，5 000 m以上為極高海拔[19]。那么浙東地區以低海拔為主，占94.5%；其次為中海拔，僅5.5%，且主要集中在西南部地區；未出現高海拔、極高海拔的地貌類型。

表1 海拔分級統計Tab.1 Statistics of elevation classification

2.1.2 地形起伏度

地形起伏度指一定范圍內最高海拔與最低海拔之差，是直觀反映地表起伏特征的宏觀性因子。分析圖7可知，N剖面線起點位于仙霞嶺東南部，海拔約1 100 m，終點位于天臺山末端舟山群島附近，海拔約0 m，走向基本與山脈延伸方向一致，故整體海拔下降相對較為平緩，共有4個明顯的地勢起伏點(距起點20 km、40 km、80 km和190 km處)，其中80 km因處于江山-紹興深斷裂處地勢起伏最為劇烈，高差近600 m；其余3處相對緩和，為松陽、麗水、新昌等境內的山間盆地；C剖面線起于黃茅尖附近，海拔約1500 m，止于臨海市境內，海拔約0 m，較N剖面線海拔下降趨勢更為緩和，但因與山脈延伸方向并不完全一致，在20 km、70 km、120 km處仍有明顯起伏，其余地方雖受山間盆地、溝谷水系等影響，但地勢起伏情況較小；S剖面線起于黃茅尖附近，海拔達1 800 m左右，基本垂直于洞宮山脈、南雁蕩山脈走向，延伸至海濱蒼南縣附近，相較N、C兩剖面線地勢變化幅度最大，僅150 km的距離便有1800 m的高差，距起點270 km、130 km起伏狀況最為明顯，前者處于泰順-溫州斷拗段，地勢較低，后者因剖面線經過內海水域，導致海拔發生較明顯下降。

2.1.3 地表粗糙度

地表粗糙度是表示地表侵蝕程度和起伏變化等宏觀特征的重要指標，能反映和量化地表覆蓋程度[20-21]。分析表2及圖4可知，研究區地表粗糙度平均值為1.04，標準差0.06，最大值3.96，最小值1。空間分布趨勢與海拔相似，西南部和中部低山丘陵地區粗糙度較大，北部及濱海平原一帶粗糙度較小。面積分布上，隨著地表粗糙度值的增加，呈明顯遞減趨勢，1～1.02區間的面積比例最大，達62.9%，而1.10的累積概率便高達86.7%，表明粗糙度高于1.10的面積比例僅為13.3%。可見，研究區總體以小粗糙度地區為主，但粗糙度值在空間及面積分布上仍遵循一定的規律，能夠較好的反應出地區地表的植被覆蓋、侵蝕和破碎情況[22]。

表2 地表粗糙度分級統計Table 2 Statistics of surface roughness classification

2.1.4 坡 度

坡度主要表征土壤水分信息，不僅能夠直接影響流域地表物質流和能量流的再分配，還能夠間接表示地形的起伏形態和結構[4]，分析表3可知，研究區平均坡度僅9.7°，最大坡度為75°，但只零星分布與西南部黃茅尖附近，最小坡度為0°。分布特征方面，以平地(0°～2°)、微坡(2°～5°)、緩坡(5°～15°)、斜坡 (15°～25°)等為主，累計百分比達87.4%。平地比重最大，占43.0%，主要源于東北部寧波、嘉興一帶海濱平原，境內松陽、新昌、天臺、麗水、臨海、仙居等范圍較大的山間盆地。此后隨著坡度的增加，呈緩慢下降的趨勢。值得注意的是，陡坡(25°～35°)、急坡(＞35°)主要集中在西南部，并依次沿洞宮山、大盤山、括蒼山、北雁蕩山一帶延伸，而江山-紹興深斷裂以北，包括嘉興、杭州、寧波及東部沿海等地坡度均較緩。

表3 坡度分級統計Table 3 Statistics of slope classification

2.1.5 坡 向

坡向是表征地表面局部接受陽光和重新分配太陽輻射量的指標，能直接造成局部地區氣候特征的差異。分析表4可知，研究區無坡向面積最大，比例高達29.1%，主要包括江河、海域部分，其余各個坡向比例相近，基本上位于8.0%～10.0%之間。從分布上看，東、南以及東南坡主要分布于濱海平原一帶，嘉興、杭州灣和溫州近海區以東南坡為主，寧波和臺州沿海部分則南坡較多，桐鄉、平湖、樂清以及瑞安和蒼南沿海等地有較明顯的東坡分布，其余坡向分布較均勻，差異不大。

表4 坡向分級統計Table 4 Statistics of aspect classification

2.2 地貌形態與土地覆被格局關系

地形因子影響光、熱、水、土的分布格局，能直接左右地面的物質流動和能量轉換，同時也與各種自然和人為干擾有密切關系，使得土地覆被格局空間分布與地形有重要的相關性[22]。深入分析土地覆被格局的地形分異特征有助于揭示其與生態過程的耦合關系。溫州市地處浙江東南部，植被類型豐富，相較寧波、臺州等浙東城市，地勢起伏特征明顯。因此，以溫州為例，分析土地覆被空間格局的地形分異特征有較好的代表性。

2.2.1 海拔與土地覆被格局關系

海拔是影響土地覆被類型分布的重要因素，對林業生產及人類活動等諸多方面均有重大影響，分析各土地覆被類型的海拔分異特征，結果見圖8（a）。針葉林與混交林均隨著海拔的遞增，呈先上升后下降的單峰狀曲線，分別在400 m和200 m處達到峰值，針葉林主要集中于海拔200～800 m之間，面積為4 240.0 km2，占85.5%，其中400～600 m最多，高達38.9%；混交林主要分布于200～400 m區間，面積比例為42.1%；闊葉林隨海拔變化大致呈“M”狀分布，0～200 m海拔段分布較少，在400 m和600 m兩處出現峰值，面積比例分別為29.1%和32.4%，此后呈遞減趨勢，海拔800 m以上闊葉林的面積大于針葉林；耕地、水體、建筑用地、灌木林、草地五種類型隨高程分異趨勢不顯著，均集中分布于低海拔地段。綜上，浙東地區土地覆被類型隨海拔分異明顯，其中針、闊葉林為主導植被類型。

圖8 地貌形態與土地覆被空間格局的關系Fig.8 Relationship between morphological characteristics and spatial pattern of land cover

2.2.2 地表粗糙度與土地覆被格局關系

分析各土地覆被類型隨地表粗糙度的分異特征，結果見圖8（b）。針葉林與闊葉林均隨地表粗糙度的遞增而呈先增加后減少趨勢，峰值出現的位置也相近，分別為1.10和1.08，總體針葉林面積顯著多于闊葉林，當地表粗糙度大于1.14時，闊葉林面積反而較多，此現象與隨海拔的分異規律相似；混交林、建筑用地、水體、草地四種類型面積集中分布1.00～1.02之間；灌木林與耕地則隨地表粗糙度增加而呈緩慢上升后下降趨勢，且分布均止于1.14。

2.2.3 坡度與土地覆被格局關系

坡度與土地覆被格局有密切關系，分析二者分布規律，結果見圖8（c）。各類型隨坡度的遞增均呈先增加后減少趨勢，但具體規律有所差異。針葉林與闊葉林集中分布于斜坡地段，同時在20～25°坡度區間取得最大值，面積比例分別為56.4%和36.8%；建筑用地與耕地基本分布于平坡、微坡地段，累積比例分別達72.2%和88.3%，且同時在2°附近達到峰值，分別占60.5%和64.1%；混交林、草地、灌木林分布特征相似，峰值均處于15～20°，略小于針、闊葉林；水體面積較小，主要分布于平坡，占57.2%。

3 結論與討論

本文利用Aster DEM數據對浙東沿海地區地貌形態進行了定量分析，并結合Landsat TM遙感影像，探尋了浙東地區(以溫州市為例)土地覆被格局與地貌形態的相關關系，結果表明：

(1)浙東地區主要分布低山丘陵、濱海平原兩種地貌類型，山勢西南高、東北低，境內主要山脈大體為SW-NE走向，呈雁行排列，以江山-紹興深斷裂為界，劃分為浙西臺褶帶、浙東華夏褶皺帶兩大構造單元。

(2)研究區以低海拔地區為主，面積比例達94.5%，中海拔主要集中在西南部洞宮山一帶，面積較小，僅占5.5%，最高海拔1 907 m，位于黃毛尖附近。

(3)剖面線分析結果表明雖研究區整體高差不大(1 913 m)，但由于境內山體及山間盆地眾多，地勢復雜，溝谷縱橫，地勢起伏明顯。

(4)地表粗糙度與坡度變化各有特點，但與海拔的變化有較好的相關性，即地形高程值大的造山帶其地表坡度值也較大，地形高程值偏小的地區坡度值也偏小[23]。各坡向面積較為相近，但東、南、東南坡更集中分布于研究區東部濱海平原一帶。

(5)土地覆被類型隨地形分異雖各有特點，但大體分布規律一致：針、闊葉林主要分布于海拔較高、地表粗糙度較大、坡度較陡處；建筑用地、耕地、水體則集中在海拔較低、地表粗糙度較小、坡度較緩地段；草地和灌木林兩類型所占面積比例不大，各區間段均有分布，但草地分布特征更接近于針、闊葉林，后者則與建筑用地更類似，與買凱樂，潘竟虎等眾多研究結果相符[3,24]。研究結果間接表明，土地覆被格局與人類活動有重要的相關性[25-26]。

(6)研究區土地覆被格局隨坡向分異并無明顯規律，與沈澤昊、李崇巍等人的研究結果一致[5-6]，但也有研究結果表明，坡向主要反映生境的光照和熱量條件，一般與海拔成負相關，對土地覆被空間格局、農林業產量等均有較大關系[3，27]。這可能與研究區地勢普遍較低或坡向的提取方法有關[28]，日后將作進一步研究。

綜上，通過DEM分析技術結合地質資料，能夠直觀地進行各種地形因子的統計分析，進而全面深入地研究地貌形態特征，實現植被分布格局與地形分異特征的快速準確提取，本研究有助于優化浙東地區植被分布格局，實現不同地貌形態植被類型的合理布局，進而促進區域可持續發展[29]，同時，為宏觀尺度上沿海防護林體系空間優化、風害評估提供基礎數據和理論支撐。

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Analysis on morphological characteristics and their relationship with land cover patterns in eastern Zhejiang

HONG Yi-feng1,2, YAN En-ping1, LIN Hui1, ZHOU Ben-zhi2, WANG Xiao-ming2, LI Xiao-jing2
(1.Research Center of Forest Remote Sensing & Information Engineering , Central South University of Forestry & Technology,Changsha 410004,Hunan,China; 2.Research Institute of Subtropical Forestry, Chinese Acedemy of Forestry, Fuyang, 311400,Zhejiang,China)

Landform morphological characteristics and spatial distribution pattern of land-use in eastern Zhejiang were analyzed quantitatively by swath profiles method and the extraction of indicators which including elevation (maximum, minimum and mean),slope, aspect, relief amplitude, surface roughness.The database of Aster DEM and Landsat TM, as well as the RS and GIS techniques were used in the whole analysis.The results show that (1) Hills and coastal plains were main kinds of landscape types in the eastern Zhejiang region, mountains were high in southwest, low in northeast with SW-NE direction and rough wedge formation.(2) The low altitude area took up 94.5% of the whole area, and the middle elevation area were mainly located in the southwestern Dong-gong mountains.However, hypsographic feature was significant because of staggered gully and numerous mountain, basin.(3) Surface roughness and slope correlated well with the altitude and along with the accretion of altitude, surface roughness and slope increased.(4)Areas were similar in each slope, while the slopes of east, south and southeast were mainly distributed in the east plain.(5) Coniferous and broad-leaved forests were prevalent in area with high altitude, great surface roughness and steep slope.In the contrast, the building site, farmland and waters were found in the area with low altitude, tiny surface roughness and gentle slope.

landform morphology; land cover; spatial pattern; eastern Zhejiang

2011-11-21

“十一五”國家科技支撐課題(2009BADB2B03)；國家自然科學基金（30871962）；湖南省自然科學基金（31100412）

洪奕豐(1986—)，男，福建漳州人， 碩士研究生，主要從事林業遙感與地理信息系統應用研究

林 輝(1965—)，女，湖北黃岡人，教授，博士生導師，主要從事森林經理學、遙感技術與地理信息系統的教學和科研工作

S771.8

A

1673-923X(2012)03-0063-07

[本文編校：歐陽欽]