基于MODIS影像的武漢景觀格局分析

□ 劉成龍

（中國冶金地質(zhì)總局第三地質(zhì)勘查院，山西 太原 030000）

0.概述

景觀生態(tài)學(xué)是一門新興的交叉學(xué)科，主要研究空間格局和生態(tài)過程的相互作用及尺度效應(yīng)[1]。城市化是社會發(fā)展的一種必然趨勢。城市化深刻改變著一個地區(qū)的自然景觀，影響城市的生態(tài)學(xué)過程，進(jìn)而改變整個景觀格局[2]。20世紀(jì)80年代以來，迅速發(fā)展的遙感技術(shù)成為景觀生態(tài)學(xué)研究的重要技術(shù)支撐手段，極大地促進(jìn)了景觀結(jié)構(gòu)、格局及動態(tài)定量化研究的開展[3]。本文以武漢為例，以時間間隔為2年的遙感影像為基礎(chǔ)，用景觀生態(tài)學(xué)的原理與方法對兩幅影像所提取出來的景觀指標(biāo)進(jìn)行比對，可以從時間、空間上了解這個城市景觀構(gòu)造和功能，從而發(fā)現(xiàn)其中的變化和發(fā)展趨勢。以此為基點(diǎn)，可以為城市如何在人與自然和諧相處下快速高效發(fā)展提供依據(jù)。

1.研究區(qū)簡介

武漢的地理位置在中國的中部，為湖北省省會，是湖北的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心。全市的總占地面積是9494Km2，是中國最重要的水陸空交通樞紐，地理位置極其優(yōu)越。武漢也是長江流域的金融中心。武漢的快速發(fā)展對中國有著極其重要的作用。

2.研究方法

實驗數(shù)據(jù)選用了2014年和2016年的兩幅3-7波段，分辨率為500m的MODIS影像。同時還用武漢市的土地利用現(xiàn)狀圖及1∶50000地形圖作為輔助數(shù)據(jù)。通過地形圖對兩幅MODIS影像進(jìn)行了幾何校正。

耕地、林地、水域、城市工礦居民用地、草地和未利用地6種地類作為此次試驗的景觀類型。并以這6種景觀生態(tài)類型為基準(zhǔn)對兩幅MODIS影像利用ERDASIMAGINE軟件通過監(jiān)督分類的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具體流程（如圖1所示）。

圖1 遙感圖像監(jiān)督分類流程圖

景觀格局分析主要通過景觀斑塊和類型之間的相互關(guān)系，反映景觀水平的結(jié)構(gòu)特征，通過景觀格局的研究可以在無序的斑塊鑲嵌組合中發(fā)現(xiàn)規(guī)律性，探討景觀整體性、綜合性和異質(zhì)性的科學(xué)有效方法[4]。本研究用影像處理軟件ERDAS IMAGINE，以監(jiān)督分類的方法處理武漢市2014年和2016年兩幅MODIS影像，然后得到兩個年份的景觀分類圖，并把兩幅圖導(dǎo)入FRAGSTATS軟件。在FRAGSTATS中可以計算三個水平上的景觀指數(shù)：斑塊水平指數(shù)、類型水平指數(shù)和景觀水平指數(shù)[5]。利用景觀格局軟件FRAGSTATS3.3分別計算武漢市2014年和2016年的景觀格局指數(shù)（如表1所示）。

表1 2014年和2016年景觀指數(shù)對比數(shù)據(jù)

3.分析結(jié)果

3.1 耕地

從數(shù)據(jù)看出，耕地占地的比重在逐漸下降，斑塊數(shù)在增大，景觀形狀指數(shù)在變大，這可能是由于城市開發(fā)過程中用地性質(zhì)發(fā)生改變，原來連接在一起的比較大的圖斑正變得分散。城市的快速發(fā)展離不開穩(wěn)定的糧食物資支持，一定要保持耕地面積。

3.2 林地

從指數(shù)上來看，兩年間變化很大，減少了接近百分之50的面積，這表明了武漢要加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的投入。

3.3 城鄉(xiāng)工礦居民用地

這個景觀要素總面積在兩年間不斷提高，斑塊數(shù)、斑塊密度在增加，景觀形狀指數(shù)在減小。說明城市的不斷發(fā)展使居民用地在逐漸增大，這是城市化進(jìn)程的必然結(jié)果。

3.4 水域

水域的斑塊總面積和景觀百分比在兩年里都是排在第一位，說明水域是研究區(qū)的優(yōu)勢景觀。景觀形狀指數(shù)在變大，說明水體的形狀正變得不規(guī)則。

3.5 草地

草地的面積在兩年間增加了近56%，景觀百分比增加了3.0747%，斑塊數(shù)卻減少了445，形狀指數(shù)由31.7442減少到21.4348，說明它的形狀趨于規(guī)則，破碎度在減小，聚集度在增大。

3.6 未利用地

兩年間，未利用地的總面積和景觀百分比在不斷地下降，說明未利用地的優(yōu)勢度在減小。同時，景觀形狀指數(shù)減少了近51%，這與城市規(guī)劃有關(guān)，說明在未利用地的利用方面有一定成效。

4.問題分析及建議

4.1 關(guān)注生態(tài)環(huán)境

武漢市無論是從占地面積還是從經(jīng)濟(jì)效益來看，城市工礦居民用地都占有很大比重。它主要是用于發(fā)展工業(yè)，而工業(yè)的繁榮勢必影響到武漢市的生態(tài)環(huán)境。

4.2 防止農(nóng)田流失

武漢市的人口為740萬，全市的總占地面積是9494Km2，耕地占了很大一部分,可以說沒有農(nóng)業(yè)和農(nóng)村的現(xiàn)代化就不會有整個武漢市的現(xiàn)代化，所以在該地區(qū)建設(shè)中，需加強(qiáng)對農(nóng)田的保護(hù)，防止農(nóng)田流失，

4.3 合理利用土地

土地資源是我們?nèi)祟惿娴母尽Ｍㄟ^對比兩幅影像所計算出的各種指數(shù)，我們可以清楚地知道兩年間武漢市6種主要景觀的變化及發(fā)展趨勢，能夠給一個城市未來的發(fā)展規(guī)劃提供很大地幫助，可以使各種土地資源被合理均衡地利用。

5.結(jié)束語

從上面對6個景觀以多種景觀指數(shù)進(jìn)行分析可以看出，武漢的景觀發(fā)生了很大變化，耕地、林地以及未利用地的面積在不斷減少，水資源的面積保持穩(wěn)定且形狀趨于規(guī)律，而隨著城市在不斷開發(fā)建設(shè)，城鄉(xiāng)工礦居民用地的面積在逐漸擴(kuò)張。這符合現(xiàn)階段城市發(fā)展的規(guī)律，但是同時要注意，在快速發(fā)展時要進(jìn)行各個景觀要素的合理規(guī)劃，要注意保護(hù)自然環(huán)境，尤其要保持耕地和林地的面積，這對于人與自然和諧發(fā)展有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

【1】陳利頂,李秀珍,傅伯杰,肖篤寧,趙文武.中國景觀生態(tài)學(xué)發(fā)展歷程與未來研究重點(diǎn)[J].生態(tài)學(xué)報,2014(12).

【2】鄔建國.景觀生態(tài)學(xué)[M].高等教育出版社,2007.

【3】梁發(fā)超,劉詩苑,劉黎明.近30年廈門城市建設(shè)用地景觀格局演變過程及驅(qū)動機(jī)制分析[J].經(jīng)濟(jì)地理,2015(11).

【4】陳利頂,孫然好,劉海蓮.城市景觀格局演變的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報,2013(4).

【5】任平,洪步庭,劉寅,周介銘.基于RS與GIS的農(nóng)村居民點(diǎn)空間變化特征與景觀格局影響研究[J].生態(tài)學(xué)報,2014(12).