概述某市土地利用及其景观生态布局

来源: www.sblunwen.com 作者:vicky 发布时间:2014-11-28 16:44 论文字数:31225字
论文编号: sb2014112711473711035 论文地区:中国 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文 论文价格: 150
本文是景观硕士论文。本文研究基于Googleearth航空影像,通过ArcGIS、FRAGSTSTA等软件,综合运用GIS空间分析、景观格局指数、数理统计、对比分析等多种方法,从定量化的角度对绿洲城市

第一章绪论

 

1.1研究背景及意义

土地资源是人类进行生命活动的先决条件,干旱区的土地资源就显得更加重要,如何合理利用土地资源,才能做到协调城市发展与生态环境之间的关系,保护甚至回复生态功能,防止生态退化,这己经成为如今干旱区生态建设的首先需要考虑的问题。

土地利用土地覆被是景观的直观表征,是由自然过程和人类活动共同作用的结果。因此,土地利用覆被变化研究己成为景观生态学关注的一个重要因素,而两者之间是密不可分的景观生态学是一门与生态学、地理学紧密结合的对景观格局进行基础研究的交叉学科,其研究重点是对于景观类型的种类、数量、空间分布特征、多种景观要素组合特征以及景观格局变化与生态系统各组成部分之间的相互关系的描述与总结。

在干旱区特殊的气候地貌格局所形成的MODS背景下,干旱区的环境问题其实是生态环境体系出现的不在安全阈值范围内的变化,是因为由于人类对土地资源进行的不合理开发与利用的活动而导致,同时造成了密切相连的不同景观格局变化的出现。因此应用景观生态学思想与方法对干旱区土地利用土地覆被变化进行研究,探讨变化产生的驱动机制并采取相应举措,对于当地生态环境建设有一定指引作用。

基于上述原因,本文以北屯市为例,应用遥感图像处理方法对北屯市土地利用类型进行解译,探宄土地利用的演变规律,同时从景观生态学角度出发,通过北屯市的景观生态格局相关指数的计算,对北屯市土地利用景观格局变化特征进行分析,探讨其驱动机制,并对北屯市未来10年左右土地利用变化进行趋势预现。基于生态区域建设的相关原则与方法对预测结果提出相应措施。

 

1.2国内外研究综述

1.2.1景观格局研究进展

景观要素的空间关系研宄是景观生态学的研宄重点,关注尺度的重要性与时空异质性;同时,以人类活动对于景观的生态影响作为研究重点。景观生态学以整个景观作为研究对象研究方式是地球表层间的物质流、信息流、能量流、与价值流的传送与转换;运用系统原理、系统方法以及遥感空间分析等方法,研究景观结构和功能、景观动态变化以及相互作用机理解释景观格局与过程空间联系,对景观尺度上空间格局、结构优化、合理利用和保护问题进行研究与探讨。景观格局研究是景观异质性的具体体现也是多种作用于不同尺度生态过程的结果。景观格局的成因需要在一定区域范围为前提,依托自然交互和社会因素共同影响,所以只有充分了解其原因和作用机制,才能更好地影响生态环境做到以人为本,使其向良性方向发展。景观要素主要构成归纳起来是斑块、廊道和基质三部分,所以目前景观格局的研究就是对这三种景观主要构成要素空间上的排列的研究‘‘包括空间组成生态系统的类型、种类、数量和面积比例、空间结构生态系统的空间分布、斑块大小、形状、景观对比度、连接度等和空间相关各生态系统的空间关联程度,整体或参数的关联程度,空间梯度和趋势度三部分内容景观格局静态研究和景观格局动态研究的方法一般是对不同的景观指数进行有目的的选择,其次通过所选指数的计算来描述景观格局,在这一过程中发现研宄区域景观空间结构影响因素与驱动因子。城市景观和规划的合理利用是通过比较不同景观格局和其对应的生态效应而来的,并选择最优方法。景观格局也在资源的管理和保护生物多样性等方面起着至关重要的作用。基于这些原因,20世纪80年代以来,在北美乃至全球的景观生态学研究中景观格局分析一直占据了重要地位。

80年代后,国外的学者开始广泛使用景观格局分析方法,其中比较著名的是1996年斯威特纳姆等多位学者通过对获取数据建立生态模型来模拟景观格局的变化预测其变化趋势,指导欧洲城镇的土地利用的规划;杜马斯等人基于研究区区位图与高分辨遥感影像,提取地中海地区森林景观类型,通过景观格局指数计算与分析,探讨研究区景观的空间格局分布以及土地利用土地覆被同森林之间的关系等运用景观空间格局分析方法定量研究了中北欧农村景观类型的变化与人类活动之间的相关性分析迈克尔托马斯通过在不同时间和空间尺度上景观要素变化程度的研宄,提出景观空间的差异性是由不同类型景观要素组成的抗干扰程度的敏感性。Batty M通过对元胞自动机模型研究,在其基础讨论其与城市格局的形成关系。Raul-Ro-mero-Calcerrade以三期遥感影像为基础研究数据,通过对西班牙Encinares城市景观格局指数的计算,阐述变化的原因。Theo-bakl通过对1980年以来美国城市郊区景观格局变化的定性分析,发现了人口增长速度反而没有城市土地的扩张速度,并研究出其趋势模型。

 

第二章研究区概况及数据处理

 

2.1研究区概况

绿洲是干旱区特殊的自然景观,其形成具有明显的规律性。绿洲的诞生与发展的先决条件要同时满足水资源供给,又不能不适合人类居住和生产。造成绿洲演替的因素很多,其主要因素表现在相关自然以及人文等方面。

2.1.1地貌地形特征

北屯绿洲位于N47°00'-47°30',E87°32'~88°25',属于阿尔泰山北屯绿洲古尔班通古特沙漠为一体的之中地处额尔齐斯河南岸,面积2284km2。绿洲北部山区属阿尔泰山槽褶皱系中段,荒漠区属准鳴尔地槽褶皱系的北准噶尔凹陷部分,地形总趋势为北高南低,呈阶梯递降。

北屯位于而额尔齐斯河和乌伦古河两河间平原,海拔500-800m,地势起伏不大,坡降4%。由东南向西北倾斜,局部土层较薄。适宜的地貌条件与水资源状况是其形成的基础,河流湖泊周围和两侧阶地这些地区水分条件良好,有一定空间。并且由于经历反复河流冲游,改造了两岸的荒漠,使其逐渐形成冲积平原。

2.1.2气候水文条件

北屯绿洲位于准噶尔盆地北部,深居内陆,离海较远,终年在大陆气团的控制之下,气候较干燥,属于温带荒漠性气候。北部阿尔泰山阻挡了来自北冰洋的水汽,降水稀少,年降水量在220mm以下;蒸发极强,年蒸发量可达2000mm以上。北屯绿洲由于地理讳度较高,造成年均温相对较低,只有-4.1摄氏度。极端最低温度-46.7°C。极端最高温40.1摄氏度,无霜期平均在120天左右,最短时只有74天。

 

2.2数据选择与处理

2.2.1基础数据

本文研究主要采用的基础数据是2005年与2013年的Google earth卫星影像,与研究区内自然、人文经济统计数据和文字资料、2010年北屯市统计年鉴以及《绿洲城市生态过程研究》等。

2.2.2数据处理平台

本实验过程中主要数据处理平台是ARCGIS10.0以及ENVI4.8。

ARCGIS是ESRI公司开发,是一款集地理信息系统开发、分析、地图数字化,地理信息的采集等功能于一体的软件,因其具有良好高效地理处理能力、地理信息系统模型构建多样等方面优势,是目前主要地理信息系统分析平台。

ENVI软件由美国Exelis Visual information Solutions公司研制,借助IDL(交互式数据语言)开发,在遥感图像数据处理方面具有完善架构,在图像镶嵌、正射校正、数据分类、DEM及地形信息提取等方面有优秀表现,并且可以和数据完美结合。

2.2.4解译与土地利用图编制

2.2.4.1土地利用分类系统

通过对研究区的前期收集资料整理分析结合“国家资源与环境遥感宏观调查与动态研究”土资源分类系统,本文采取双层结构,五个级类,十七个级类。即绿地、耕地、水域、城乡居民用地以及未利用地,其中绿地又包括林地与草地,耕地包括水田与旱地,水域包括湖泊、河流、与滩地,城乡工矿居民用地包括城镇用地、农村居民点用地以及正在建设用地,未利用地包括沙地、戈壁、盐碱地、沼泽地、裸土地以及其他类型未利用或是难利用的土地。

2.2.4.2遥感影像判读与解译

按照己建立的土地利用分类系统,结合影像学特征,将北屯市土地利用研究区分为五大类,分别是绿地、耕地、水域、城乡居民用地以及未利用地。根据划分出的五种不同土地利用类型在影像图上建立判读解译标志。(表2-1)

根据直接判读获得的解译标志,对研宄区地物进行目视解译。在此工作期间遇到难于判读土地利用类型,采取对同类地物对比分析、时相以及空间对比分析,综合图像多种解译特征,结合相关先验知识以及根据地理环境中各地理要素之间相互依存、制约关系,借助相关专业知识指导分析推断目标地物土地利用类型。

 

第三章土地利用分析......17

3.1土地利用现状.....18

3.2土地利演变分析..........18

第四章景观格局分析........31

4.1景观指数选取.........31

4.2景观格局指数的计算软件.......37

4.3景观格局指数的计算.....37

第五章区域生态建设建议........43

5.1土地利用变化趋势预测.......43

5.2景观格局变化的生态响应.......44

 

第五章区域生态建设建议

 

对研究区进行土地利用分析的目的不仅是为了描述土地利用在时间与空间上的变化速率、结构变化等指标,对转变情况进行描述与评价,景观格局分析中对各种景观指标的计算也不单纯是为了描述某个景观,而是为了将它们综合利用到生态区域建设方面。根据土地利用转移矩阵,对土地利用进行趋势的预测结果以及由斑块水平与景观水平上景观指数计算而推测出的研究区景观生态过程与变化趋势对于处于干旱区大背景下的生态区域建设有怎样的指导作用是本章主要研究的核心问题。

 

5.1土地利用变化趋势预测

根据马尔科夫预测中稳态概率的步状态转移矩阵的计算方法,公式如下:

当m值为1时,转移概率矩阵是一阶;而m>2时,转移概率矩阵是高阶矩阵,这里通过2005-2013年土地利用转移矩阵进行运算,每隔8年为一步,,预测出二级转移矩阵概率(n=2)结果如下(表5-1)

 

第六章结论

 

6.1结论

本文研究基于Google earth航空影像,通过ArcGIS、FRAGSTATS等软件,综合运用GIS空间分析、景观格局指数、数理统计、对比分析等多种方法,从定量化的角度对绿洲城市北屯市2005-2013年的土地利用演变规律进行总结与归纳,对北屯市景观指数的计算,分析景观破碎度、聚集度、异质性等特征,研究其土地利用的驱动机制,通过景观格局分析推断研究区生态过程。同时在此基础之上,根据未来十年土地利用演变规律,探讨区域生态建设内容。得到的主要研究结论有:

2005-2013年间土地利用结构演变:北屯市土地利用结构发生了改变,呈现为耕地、城乡工矿居民用地、水域增加,未利用地与耕地减少趋势,绿地面积的减少导致系统结构性H下降;

2005-2013年间土地利用变化率:土地利用变化率变化速率最大的地类类型是绿地,第二的是城乡工矿居民用地,然后依次是耕地、水域,变化速度最小的是未利用地。

2005-2013年间,土地利用综合度指数是增加的,增加值13.48,说明北屯市土地利用处于发展期,土地利用程度在小祈上升过秤中。

2005-2013年各地类的转入与转出面积,其中绿地转出面积最大,其次是未利用地,排在第三名的是耕地,接下来依次是水域与城乡工矿居民甩地。在各地类转入面积中,转移量大小排序是是耕地〉未利用地绿地水域城乡工矿居民用地。耕地、绿地与未利用地之间的互相转化是北屯市土地利用变化的主体。

土地利用变化的驱动因素主要包括自然因素和人为因素两大方面,其中自然因素包括气候与地质水文,人为因素主要包括人口、经济、政策三方面。

参考文献(略)


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