城市景觀格局及其時空變化研究

魏麗燕，馬 晶

（1.成都理工大學，四川 成都 610059；2.地理空間信息工程國家測繪地理信息局重點實驗室，北京 100830；3.長春工程學院，吉林 長春 130021）

景觀格局分析反映景觀結構組成和空間配置等方面的特征[1]，通過對城市景觀格局指數[2]分析確定景觀格局形成的影響因子及其形成的內在機制，揭示景觀格局和景觀功能的關系，發現格局中存在的問題，為科學衡量景觀結構提供定量化依據[3,4]。在此基礎上進行城市景觀生態規劃與設計，能達到調整景觀格局，優化景觀功能的目的[5,6]。本研究在遙感和GIS等技術支持下，通過景觀格局特征分析，發現吉林地區景觀組成及空間配置特點，為吉林的景觀生態格局優化以及土地資源的合理利用提供科學依據。

1 研究區概況

吉林市位于吉林省中部偏東，三面臨水、四周環 山。東 經125″40′～127″56′，北 緯42″31′～44″40′。中溫帶大陸性季風氣候，年平均氣溫3.9 ℃、降水量700 mm、無霜期130～140 d，平均海拔196 m。總面積2.7 萬km2，市轄區面積3 636 km2。總人口449.8萬，市區人口200萬。現轄4個城區、4個縣級市、1個永吉縣、1個國家級高新技術產業開發區和1個經濟技術開發區，轄78個鄉鎮、71個街道辦事處。

2 研究方法

2.1 數據獲取與影像預處理

本文研究數據主要有1991年8月和2006年8月各兩景（行列號為117/30和117/29）Landsat TM遙感影像、2006年研究區1︰50 000地形圖、土地利用現狀數據庫、行政區劃圖以及其他相關文獻資料。

在ERDAS IMAGINE遙感影像處理軟件下，對影像進行預處理：利用1︰50 000地形圖對2期影像分別進行校正；通過相關性分析確定選用TM 543波段組合為最佳波段組合方式；通過直方圖變換進行圖像增強；對每期影像進行拼接處理，拼接過程采用直方圖匹配法，使同時期兩景圖像色調盡量保持一致；利用吉林市市界矢量數據，對2期影像分別進行裁剪，并以結果影像作為此次研究區域。

2.2 景觀分類

利用ERDAS軟件目視解譯和監督分類方法建立吉林市景觀類型，并參照吉林市土地利用數據庫，將景觀分為6大類，依次為水域、城區、村莊、旱地、水田、林地；對影像進行監督分類、分類精度評價、聚類統計等綜合處理，獲得2期影像景觀類型圖（圖1、圖2）。

2.3 景觀格局指數

將各期分類影像在ArcGIS軟件中轉成15 m×15 m的Grid格式，導入Fragstats3.3 軟件，選擇要計算的指數[7,8]（主要反映景觀最基本結構信息），獲取相應指數的量值，得到景觀類型指數分析表（表1）和景觀水平指數分析表（表2）。為確定景觀中各類型斑塊在近16 a間發生的相互轉換狀況（包括轉換的面積、強度、方向以及發生轉換的空間位置），運用ArcGIS的疊加分析方法得到研究區2期土地利用類型轉移矩陣[9](表3）。

3 景觀格局特征分析

3.1 斑塊級別特征變化分析

圖1 1991年景觀類型圖

圖2 2006年景觀類型圖

表1 吉林市1991年、2006年景觀類型指數分析表

表2 吉林市1991年、2006年景觀水平指數分析

表3 吉林市1991年、2006年土地利用類型轉移矩陣

分析表1可知，水域、建筑用地、水田面積值均有增加，村莊面積凈增長達13 702 hm2，水田面積增長了5 997 hm2，而旱地和林地面積呈減少趨勢，林地減少達9 891 hm2；村莊、水域斑塊數及密度變化不大，水田、林地、旱地斑塊數及密度明顯減少，對應LPI值卻較大，優勢度較高；旱地、林地景觀面積百分值較高，在景觀類型中明顯占據優勢。ED是破碎化程度的直接反映，表1表明村莊破碎化程度加劇，邊緣密度值最高，對應水域值變化不大，而城區、旱地、水田、林地等破碎度則趨于減少。IJI描述景觀分離狀況，城區、村莊的IJI值較高，其鄰接類型較均勻，其次是旱地、水田。16 a間，旱地、水田、林地IJI值均有增加，林地增加多達9.5% ，其次是水田；而水域及城鎮IJI值減小，表明鄰接類型減少，其中水域減少近14.4%。

3.2 景觀級別特征變化分析

從表2得知，景觀水平上NP、PD、ED值下降，平均斑塊面積（MPS）增加，表明各景觀類型破碎度有所下降；最大拼塊所占景觀面積的比例（LPI）為某一拼塊類型中的最大拼塊占據整個景觀面積的比例，決定著景觀中優勢種、內部種的豐度等生態特征，LPI大幅度上升，直接反映了各景觀類型中最大斑塊面積大幅增加。

聚集度指數（CONTAG）描述景觀里不同斑塊類型的聚集程度或延展趨勢，與IJI聯合反映景觀的聚集度、鑲嵌度和連通性信息。研究區CONTAG值降低表明景觀各斑塊類型之間呈現出更加分散的趨勢，而IJI值呈增大趨勢，表明某一類景觀斑塊類型同其他斑塊類型的鄰接性在不斷升高，景觀類型連通性有所改善。

香農多樣性指數（SHDI）指景觀類型的豐富性和復雜程度，SHDI值越高，景觀結構構成越復雜。香農均勻度指數（SHEI）反映景觀中各斑塊在面積上分布不均勻的程度。表3顯示SHDI、SHEI上升，表明優勢景觀類型減少、多樣性降低，而景觀異質性有所改善，各景觀組分分布更加均勻。

3.3 景觀類型轉換分析

由表3可知，1991年土地利用類型中發生轉化最大的類型為村莊，達40.03%，主要轉化方向為城區，轉化率28.39%。其次為旱地和城區，兩者主要轉換量為旱地（41.71%）和水域（8.24%）；發生轉換最小的是水域，僅為13.66%，其次為水田（24.14%）和林地（30.48%）；在2006年土地利用類型中，其他類型轉化所占比率最高的是村莊，達到54.30%，其次為城區，達40.01%。旱地對村莊的貢獻最大為32.78%、對水田的貢獻為29.17%，其次是城區中有25.84%來自村莊，林地有20.21%來自旱地，說明旱地對各個景觀類型的貢獻最大，城區擴展面積主要由旱地和村莊轉化而來，村莊用地的增加主要來自旱地和林地，旱地又有13.51%的比例來自林地用地，林地面積減少。人為分割水域，直接導致其面積的增加以及分布更廣更離散，給水田帶來效益，水田面積增加。

4 結 語

研究區林地、農田在景觀中占主導地位，但破碎度較高；城鎮用地景觀斑塊集中分布現象比較嚴重，農村居民點的零星分布成為景觀類型較分散的主要原因，人文活動也直接導致景觀斑塊形狀簡單，不利于邊緣效應的發揮。

由于林地轉化為村莊和旱地的比例增多，林地面積減少，水域面積增加，破碎度加大，景觀不規則性加劇，與相鄰景觀類型急劇下降，水域分布更加離散，水土流失加重。減少對林地的開發，大力植樹造林提高森林覆蓋率，加快退耕還林的生態建設，加強現有林地的治理，合理規劃布局使其發揮防風固沙、涵養水源等生態效益等措施迫在眉睫。

對于破碎化增大的類型（村莊、水域等），在規劃時結合經濟、自然等因素盡量使其連片分布。可通過引水工程增加水量和水域面積，另一方面可以通過開挖渠道、涵洞、架橋等工程手段減少由于自然和人為原因造成的破碎斑塊，增加其連通性。

快速的城市化進程已經對吉林市景觀格局產生了一定影響，吉林市城市生態環境面臨嚴峻的挑戰[5]，制止城市建設用地的肆意擴張，避免形成大面積城市建設用地斑塊；加強林業建設，有效增加林地面積；調整林分結構、提高林地單位面積的生態效益，注重邊緣效應的發揮；優化景觀組分、斑塊數量，對各景觀組分進行空間優化布局，使各組分之間達到和諧、有序，是改善吉林城市生態環境，實現吉林市可持續發展的必由之路。

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