基于高空间分辨率航空影像的宁波鄞州新城区城市景观格局分析

郭慧慧，蒋文伟，梅艳霞

(浙江农林大学 风景园林与建筑学院，浙江 临安 311300)

城市景观格局的分析方法是定量研究斑块在城市景观中的分布规律，从表面无序的景观中发现潜在的、有意义的规律性。景观格局指数是高度浓缩的景观格局信息，反映其结构组成和空间配置方面的特征，为定量研究城市景观结构提供依据[1－4]。研究城市景观格局的现状可以在城市化过程中定量考虑格局的空间优化，调整和优化城市土地利用格局，实现城市的生态和可持续发展[5－7]。李加林等[8]以多时相陆地资源卫星航天传感器平台(Landsat-MSS/TM/ETM＋)卫星影像为数据源，提取宁波城市各组团(三江片、镇海片和北仑片)多时相的用地信息，分析了港口城市用地扩展的时空特征及外部形态演变过程。研究区的宁波城市用地为鄞州并入市区之前的城市用地。戴梁等[9]利用1990年土地详查变更调查数据和2006年卫星SPOT遥感影像数据，借助地理信息系统(GIS)空间分析能力，通过计算土地利用类型动态度、转移矩阵、扩展强度指数分析了鄞州区的城镇土地利用变化的时空特征，表明在1990－2006年城镇用地在空间上表现为很强的空间聚集性，且以宁波为中心的 “圈层式”模式向四周发展。宁波作为长江三角洲南翼的经济中心，鄞州区新城区位于宁波中心城南部地区，是宁波城市空间拓展的重要领域。鄞州新城区经过短短几十年的建设，成为中国快速城市化发展地区新城区建设的典型案例，同时也是中国东南沿海新城区建设的典型范例[10]。城市化进程会造就大量的均质化的城市景观，而快速的城市化也带来了区域城镇人口和建设用地的快速增长[11]。本研究通过结合高清航空影像对鄞州新城区的城市景观格局现状进行研究，以探索城市发展存在的问题，分析政府决策与管理对城市发展的影响。

1 研究方法

1.1 数据来源

本研究以宁波市鄞州区2009年高空间分辨率航空影像(1∶5 000)为主要数据源，结合土地利用现状图，城市绿地系统规划总图及相关部门的现状调查资料作为空间信息提取的基本图件。

1.2 景观类型分类

景观分类是景观格局定量分析的基础。关于城市景观类型分类，目前存在着不同的分类体系。本研究景观分类结合鄞州新城区的用地特点，将研究区分为建筑等硬铺装地面、水域、公共绿地、生产防护绿地、农田及生态涵养用地和道路6种类型(表1)。这6种类型为城市景观类型的基本结构，保证城市发展和生态安全的基本功能[12-14]。

表1 鄞州新城区城市景观类型分类Table 1 Urban landscape types of Yinzhou new city zone

1.3 景观空间格局分析

本研究首先利用ENVI 4.3图像处理软件对图像进行几何校正，转换成西安_1980坐标体系，并对图像进行拼接裁剪处理，获得研究区域的影像图。然后利用Arcgis 9.2进行人工目视解译，结合实地调查对研究区景观类型分布进行矢量化，并将矢量文件通过空间分析模块转换成像元大小为5 m×5 m的栅格数据，最终形成城市景观分类图(图1)。采用Fragstats 3.3景观格局分析软件在斑块水平、类型水平和景观水平上计算景观格局指数。

图1 鄞州新城区2009年景观分类图Figure 1 Landscape classification map of Yinzhou new city zone in 2009

根据本研究区域的特点，笔者选择的景观格局指数有:斑块数(NP)，斑块类型面积(CA)，斑块面积比例(PLAND)，斑块密度(PD)，最大斑块指数(LPI)，斑块形状指数(LSI)，边缘密度(ED)，平均斑块面积(AREA＿MN)，斑块面积标准差(AREA＿SD)，斑块面积变异系数(AREA＿CV)，面积加权平均形状指数(SHAPE＿AM)，面积加权平均分维数(FRAC＿AM)，景观聚集度指数(AI)，平均欧几里得最邻近距离(MNN)，Shannon 多样性指数(SHDI) 和 Shannon 均匀度指数(SHEI)等[15－20]。

2 结果与分析

2.1 城市景观斑块组成结构

从鄞州新城区景观要素的斑块组成可以看出(表2):建筑等硬铺装地面的斑块数最多，达到51.88%，面积所占比例也较大为39.91%；道路的斑块数最少，占总数的3.94%；建筑等硬铺装地面和道路为城市建设用地，占总面积的49.96%。生产防护绿地的斑块面积最少，为7.70%；水域斑块数和斑块面积都趋于中等水平，分别占总数的9.20%和9.30%。本研究中城市绿地景观主要分为公共绿地、生产防护绿地和农田及生态涵养用地，在这3类景观中公共绿地的斑块数最多，为614块，占总数的18.76%；其次是生产防护绿地，斑块数为356块，占总数的10.88%；斑块数最少的是农田及生态涵养用地，为175块，占总数的5.35%。从斑块面积上看，农田及生态涵养用地的斑块面积最大，为1 785.51 hm2，占总面积的23.90%；其次为公共绿地，为683.35 hm2，占总面积的9.15%；最小的是生产防护绿地，为575.35 hm2，占总面积7.70%。鄞州新城区属于平原地区，发展条件优越，主要交通通道从该区通过，邻近宁波中心城市，受中心城市的的辐射作用强烈，发展迅速[21]。初始发展动力为农民自发形成的、自下而上的乡村工业化动力，导致新城市用地结构不合理，产业用地比重偏高，在新城区景观要素中反映为建筑等硬铺装地面斑块比重偏高，而绿地和生态保护类斑块比重偏低。

表2 鄞州新城区各景观类型的斑块组成Table 2 Structure of patch of landscape types in Yinzhou new city zone

斑块数和斑块平均面积在一定意义上可揭示景观破碎度[22]。从鄞州新城区景观要素斑块组成上来看，建筑等硬铺装地面景观的斑块数是最多的，平均斑块面积较小，斑块破碎度较大；道路的斑块数最少，平均斑块面积较大，最大斑块指数最大，这是由于鄞州新城区形成了较好的公路网，公路连接性、完整性较好。城市绿地景观中公共绿地斑块数最多，平均斑块面积最小为1.11 hm2，斑块破碎度较大；农田及生态涵养用地斑块数最少，平均斑块面积最大为10.20 hm2，最大斑块指数较高为2.17。鄞州新城区在初始建设中，依托宁波中心城市的优势条件，建设 “三横三纵”的道路网络与宁波市中心城区相接，而后的公共绿地建设中，主要是以道路绿地建设为主，公园绿地建设相配套。

从鄞州新城区景观格局分布图(图1)中可以看出:鄞州新城区建筑等硬铺装表面景观类型主要分布在中北部；水域景观类型分布均匀；南部农田与生态涵养用地比较集中，成片存在，在城市绿地空间中占有优势；公共绿地和生产防护绿地空间组分较少。“宁波市总体规划(2004－2020)”[23]定位鄞州新城区为北部都市区，鄞州区东西两侧山区以及滨海地区属于生态发展区，鄞西、鄞南是鄞州区基本农田主要集中的地区。南部农田与生态涵养用地为新城区基本农田所在的区域。目前，东南部引进康博园和南部引进农博园为代表的现代农业生产项目，对南部农田与生态涵养用地进行保护和有效利用。

公园绿地主要形成大型斑块，有利于生物多样性的保护和城市生态效益的维护。鄞州新城区现有的大型公园绿地主要有鄞州公园、高教园区河滨绿带、永泰公园和剑桥公园等。“宁波市鄞州区森林城市建设总体规划(2010－2020)”[24]提出 “一核、四轴、三环、多楔”的生态空间结构，可以有效的改善公共绿地斑块破碎化的现状。基于鄞州工业园区和商贸居住片区的规划，人居环境的改善尤为重要。

2.2 城市景观类型层次分析

由表3可以看出:斑块密度指数(PD)的排序为，建筑等硬铺装地面＞公共绿地＞生产防护绿地＞水域＞农田及生态涵养用地＞道路，边缘密度指数(ED)的排序为，建筑等硬铺装地面＞公共绿地＞道路＞水域＞生产防护绿地＞农田及生态涵养用地。表明建筑等硬铺装地面景观为破碎化最严重的类型，景观类型复杂，受人为干扰最为明显。在3种城市绿地景观类型中，公共绿地表现出较高的斑块密度和边缘密度，表明公共绿地破碎化比较严重，景观类型复杂，而农田及生态涵养用地斑块集中于鄞州新城区的南部，农田大面积成片出现，景观类型较为单一，斑块密度和边缘密度都较小。

表3 鄞州新城区景观类型特征Table 3 Class-level landscape metrics of Yinzhou new city zone

景观形状指数可以反映斑块聚合和离散程度[25]。斑块形状指数(LSI)的排序为，公共绿地＞道路＞水域＞建筑等硬铺装地面＞生产防护绿地＞农田及生态涵养用地；同样从面积加权平均形状指数和面积加权平均分维数的数值上可以看出，公共绿地也具有较高的面积加权平均形状指数和面积加权平均分维数，而农田及生态涵养用地景观类型的面积加权形状指数和面积加权平均分维数都比较低。在城市绿地中，绿地斑块类型的面积加权平均形状指数和面积加权平均分维数越高，表明绿地斑块的边缘越复杂，越有利于发挥边缘效应，提高改善城市生态环境的作用[26]。

从鄞州新城区平均欧几里得最邻近距离和景观聚集度指数上可知:农田及生态涵养用地具有较高的平均欧几里得最邻近距离和景观聚集度指数，其次是生产防护绿地，最小的是公共绿地。城市绿地分布离散，没有形成空间网络，连接性差。这对城市热岛效应的缓解、生活环境的改善以及人与自然的和谐相处都是非常不利的。

2.3 景观层次格局分析

鄞州新城区在宁波旧城区的南部发展起来，沿万达广场—行政文化中心—鄞州公园—南部商务区—鄞州商业中心发展。北部地区已基本建成，中部框架已搭好，南部地区处于待开发区。受宁波市 “南居北工”战略影响，鄞州新城区将成为宁波市最重要的居住区之一。

斑块密度、边界密度、面积平均加权、聚合度主要反映景观的破碎化，斑块密度、边界密度越大，面积平均加权、聚合度越小，则景观的破碎化越高[27]。对于城市景观而言，景观越破碎，表明城市景观的异质性越强，道路体系越完善，景观的可接近性越好[28]。多样性指数主要从景观组分以及分布方面反映景观。相对来说，景观组分越多，分布越均匀，该指数越大[29]。分维数从斑块形状复杂程度上反映景观的自然化程度。一般来说分维数越大，斑块受干扰越小，自然化程度越高[30]。

表4 鄞州新城区2009年景观水平格局指数Table 4 Landscape-level metrics in Yinzhou new city zone 2009

鄞州新城区属于宁波市的 “城乡结合部”，依托宁波市的交通条件和公共设施条件迅速发展，但是仍面临诸多问题。城镇空间发展以鄞县大道两侧，宁南路、天童路之间为片区中心，以奉化江、同三高速公路两侧绿带为景观生态带，以鄞县大道、鄞州大道为公共设施轴，分割全区为东区、西区、南区、北区、中区以及鄞州工业园区等6个组团，从而形成 “一心二带二轴六组团”的空间结构。城市工业发展以一类工业为主，重点发展鄞州投资创业中心，新城区的工业向鄞州投资创业中心集中[31]。城市建设用地功能置换，闲散、闲置、废弃城市用地的整合是新城区新一轮的城市建设中亟待解决的问题。

2.4 景观要素尺度等级分析

从鄞州新城区不同尺度斑块的分布(表5)可以看出:各类型斑块大部分以小尺度斑块为主，总体比例达到71.01%，中尺度以上的斑块分布较少。从具体类型可以看出，建筑等硬铺装地面、水域、道路、公共绿地与生产防护绿地中的小尺度斑块所占比例均较高，超过50.00%，其他尺度所占比例较小。在公共绿地和生产防护绿地中，巨大尺度斑块根本没有出现。在农田及生态涵养用地斑块类型中，中尺度和超大尺度斑块所占比例较高，分别达到35.43%和30.29%。

表5 鄞州新城区内不同尺度斑块的分布Table 5 Pattern of patch size distribution within Yinzhou new city zone

城市绿地斑块的数量并不能代替斑块规模。因为生物的生存都需要一定的空间，规模较小的绿地斑块无论是在生物多样性、生态效益还是在景观特色的营造上都不能和较大规模的绿地斑块相比[32]。鄞州新城区位于东南沿海地带，台风频发，城市处于灾害的潜在威胁中。在城市灾害避难的过程中，发挥紧急避难功能的绿地主要是城市公共绿地，即具有一定规模的城市公园和附属绿地。防灾绿地的规模至少应大于1 hm2，从表5中可以看出，鄞州新城区公共绿地面积大于1 hm2的仅有160块，占26.06%[33]。

3 结论与讨论

本研究基于Arcgis和Fragstates软件平台，利用高空间分辨率航空影像对鄞州新城区景观格局进行定量化分析。结果表明:①鄞州新城区城市建设用地主要集中于北部地区即鄞州大道以北的区域，占总面积的49.96%。城市建设用地中，道路密集地带同样也是建筑等硬铺装地面类型集中分布的区域。在整个鄞州新城区中，水网密集且均匀分布。农田及生态涵养用地主要分布在鄞州大道以南的区域，面积较大，为1 785.51 hm2，占总面积的23.90%。②建筑等硬铺装地面景观为破碎化最严重的类型，景观类型复杂，受人为干扰最为明显。在3种城市绿地景观类型中，公共绿地表现出较高的斑块密度和边缘密度，表明公共绿地破碎化比较严重，景观类型复杂，而农田及生态涵养用地斑块集中于鄞州新城区的南部，农田大面积成片出现，景观类型较为单一，斑块密度和边缘密度都较小。③鄞州新城区景观破碎化严重。城市景观中引起景观破碎化的主要原因之一就是城市道路网络的分割作用。景观组分较多且分布均匀，形成了大量的均质景观。这与政府决策、城市的整体定位和战略布局有很大的相关性。④各类型斑块大部分以小尺度斑块为主，总体比例达到71.01%，中尺度以上的斑块分布较少。在农田及生态涵养用地斑块类型中，中尺度和超大尺度斑块所占比例较高，分别达到35.43%和30.29%。公共绿地小尺度斑块分布较多，达到73.94%，破碎化严重，受人为干扰严重。鄞州新城区城市景观格局总体上建筑等硬铺装地面形成景观基底，景观组分分布较多且分布均匀，形成了大量的均质景观。城市发展的总体布局没能形成完整的城市生态系统，中北部区域借助宁姜公路和天童路的优势发展迅速，而鄞州大道以南地区则仍存在大面积农田；城市公共绿地大型斑块较少，可以起到防灾绿地作用的仅有鄞州公园、高教园区河滨绿带、永泰公园和剑桥公园；水网密集分布，结合水系建立的生态防护绿地很少。鄞州新城区被宁波市纳入城市发展的核心组团，并受其拉动和辐射，成为宁波市扩展城市经济的腹地和缓解旧城压力的疏解地，未来的发展定位调整到宁波市新的繁华商贸区，合理规划土地利用格局尤为重要[34]。鄞州大道以北区域应该实现土地的高效利用和复合生长，即在集约利用土地的同时，实现土地功能的混合使用，形成紧凑的土地利用格局[35]。鄞州大道以南区域在为城市发展预留一定空间的基础上，对农田及生态涵养用地采取一定的保护措施，结合现代农业产业，形成南部城市生态屏障。鄞州新城区位于东南沿海地带，台风频发，城市处于灾害的潜在威胁中，在今后的城市发展中，应该适当考虑防灾避灾场所规划，增加大型城市公共绿地，同时考虑防灾绿地的景观可达性，确保城市和居民的生态安全。

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