浙东地貌形态与土地覆被格局关系的研究

洪奕丰，严恩萍，林 辉，周本智，王小明，李晓靖

浙东地貌形态与土地覆被格局关系的研究

洪奕丰1,2，严恩萍1，林 辉1，周本智2，王小明2，李晓靖2

(1.中南林业科技大学 林业遥感信息工程中心，湖南 长沙 410004；2.中国林业科学研究院 亚热带林业研究所，浙江 富阳 311400)

以Aster DEM和Landsat TM为基本数据，运用遥感、GIS空间分析技术，通过高程(最大、最小、平均高程)、坡度、坡向、地势起伏度、地表粗糙度等因子的提取及地形剖面线方法，定量分析浙东地区地貌形态及其土地覆被格局的空间分异特征。结果表明：(1)浙东地区主要分布低山丘陵、滨海平原两种地貌类型，山势西南高、东北低，境内主要山脉大体为SW-NE走向，呈雁行排列；(2)低海拔地区为主，面积比例达94.5%，中海拔面积较小，且主要集中在西南部洞宫山一带，但因山体及盆地众多、沟谷交错，地势起伏明显；(3)地表粗糙度、坡度与海拔相关性较好，即地形高程值大的造山带其地表粗糙度、坡度值也较大，反之较小；(4)各坡向面积较为相近，但东、南、东南坡更集中分布于东部滨海平原一带；(5)针、阔叶林主要分布于海拔较高、地表粗糙度大、坡度较陡处，而建筑用地、耕地、水体则集中在海拔低、地表粗糙度小、坡度较缓地段。

地貌形态；土地覆被；空间格局；浙东地区

地貌形态是指地貌实体的外部几何形状，包括高度、坡度、切割深度等基本几何特征以及一些复合特征。高度、坡度、坡向是地貌形体的基本形态指标。地球表面的山地起伏、地表形态的区域差异，控制着地表水热的再分配，间接影响着土壤、植被和生态格局的发展与演替。因此，地貌形态在很大程度上影响着植被的分布与变化。数字高程模型(DEM)是对地球表面地貌的数字模拟和表达[1-2]。遥感(RS)、地理信息系统(GIS)以及数字高程模型技术的发展，极大地丰富了地貌形态的研究途径，国内外学者在利用DEM结合地质和森林资源调查资料进行地貌与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，由于特殊的区位常年受各种风害(尤其是台风)影响，是我国受台风灾害最严重的地方之一[9-10]。风害的破坏力不仅取决于其本身的强度，而且在很大程度上与地貌形态及海防林体系有密切关系[11-12]。另外，地貌形态(尤其是微地貌)常受人类活动的影响和改造，反应了人类活动与自然环境变化的结果，对土地利用方式等均有重要作用，能间接表征一个地区的经济发展水平和构成情况[13-14]。目前，对浙东地区土地利用/覆被及动态变化的研究已有较多报道[15-16]，但主要侧重于土地利用，无法准确反映植被覆盖的自然属性，浙东沿海地区植被分布面积广泛，采用DEM技术对其进行研究更具意义。

笔者利用Aster DEM数据为基础对浙东地区地貌形态进行分析，并结合三期TM遥感影像，以温州市为例，探寻植被分布格局与地貌形态之间的关系，旨在为沿海地区植被格局空间优化、风害评估及生态建设提供基础数据和理论支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

浙江省地处中国东南沿海长江三角洲南翼，位 于 118°～ 123°E，27°12′～ 31°30′N。 土 地 总面积10.18万km2，境内主要山脉呈西南-东北走向，西南山高坡陡，多为河流的发源地，中部为低山丘陵，东北为冲积平原，地势平坦，水网密布。山地、丘陵占总面积的70.4%，平原占23.2%，河流、湖泊占6.4%[17]。林业用地面积667.97万hm2，占全省土地总面积的63.64%。森林覆盖率达57.4%，树种资源丰富，素有“东南植物宝库”之称。森林的地带性植被为亚热带常绿阔叶林。针叶林面积最大，分布最广，以松类Pinus、柏类Cupressus、杉类Taxodiaceae为主；阔叶林则主要包括槠栲类Castanopsis、青冈类Cyclobalanopsis、樟Cinnamomum、楠类Phoebe等。

1.2 数据源与研究方法

1.2.1 数据获取与处理

遥感数据源选用覆盖研究区的2005年、2003年三景Landsat TM卫星影像，空间分辨率30 m，轨道号分别为：118040、118041、119041。利用遥感图像处理软件ENVI 4.7，对TM数据进行几何精校正、反差增强、比值增强和融合等算法处理，去除周边小岛屿，得到研究区遥感影像(图1)。

DEM选用ASTER数据，空间分辨率30 m，覆盖整个研究区，在Arcgis9.2软件里对该数据进行拼接、投影变换和误差处理。

采用面向对象分割技术，辅助森林分布图及野外调查数据，进行人机交互分类。参照《土地利用现状分类标准》(GB/T21010-2007)，结合研究区具体情况，将浙东土地覆被分为8类：针叶林、阔叶林、混交林、灌木林、草地、耕地、建筑用地和水体(图2)。经检验，分类精度达83.2%，Kappa系数为0.77，满足后续工作要求。

利用ArcGIS的Spatial Analyst功能得到研究区平均高程、地表粗糙度、坡度和坡向图(图3～图6)。其中，地表粗糙度是指某一区域地球表面积与投影面积之比，通过坡度余弦求倒数得到(当值为1时，粗糙度最小，即此时地表面与水平面重合)；坡向划分依据通用标准，按取值依次划分为无坡向(－1°)、北坡(0°～22.5°，337.5°～ 360°)、 东 北 坡 (22.5°～ 67.5°)、 东 坡(67.5°～ 112.5°)、东南坡 (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类；海拔及坡度的划分参见表1和表3。

地形剖面分析是利用数理统计原理，获得垂直于剖面方向上一定范围内的高程信息，能直观反映地形表面形态，对快速、准确提取及定量分析高程属性信息有重要价值。研究区内自南向北分别顺沿、斜切、垂直山势蔓延方向，绘制N、C、S共3条剖面线(图3)，提取垂直于剖面线方向上的最大、最小、平均高程和地形起伏度(分别表征了剖面线方向上的山脉峰顶、水系沟谷、平均海拔高度和切割剥蚀程度等地形特征)，结果见图7。

图1 温州市TM图(RGB453)Fig.1 Wenzhou TM(RGB453)

图2 温州市土地覆被格局Fig.2 Land cover pattern of Wenzhou

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

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

图5 坡度Fig.5 Distribution of slope

图6 坡向Fig.6 Distribution of aspect

图7 N、C、S剖面线(剖面线位置见图3)Fig.7 Graphs of north, center and south profiles

2 结果与分析

2.1 地貌形态特征

总体看来，研究区主要分布低山丘陵、滨海平原两种地貌类型，其中低山丘陵为主，约占研究区总面积的69%。山势西南高，东北低，呈阶梯状。西南部山峦盘结，大部分在海拔1 000 m以上，其中黄茅尖高达1 921 m，表明该区域是受挤压构造应力影响抬升最强的地区[18]；中部多为500 m左右的丘陵，大小40余个盆地错落其间；东北部为低于10 m的滨海平原，水网密布。

境内主要山脉都为SW-NE走向，呈雁行排列，自北而南分3支：北支天目山脉是长江和钱塘江水系的分水岭，主峰西天目山高1 506 m，向北东延伸为莫干山；中支仙霞岭，向北东延伸分为会稽山、四明山和天台山脉，并延伸入海，构成舟山群岛；南支洞宫山脉，向北东延伸为南雁荡山脉，过瓯江后称北雁荡山脉和括苍山脉，主峰海拔都在1 000 m以上。

构造方面，以江山-绍兴深断裂为界，划分为两大构造单元。断裂以西为浙西台褶带，属于扬子准地台的一部分；以东为浙东华夏褶皱带，属于华南地槽褶皱系的一部分。

2.1.1 海 拔

海拔指地面某点高出海平面的垂直距离，主要表征温度变化。研究区整体地势较低，平均海拔206 m，最高、最低海拔分别为1 907 m和－6 m，具体分布见表1。0～20 m高程区间面积最大，高达46.4%，居绝对优势地位，此后随着高程值的增加，呈阶梯状分布的各区间面积依次递减。若按修订后的全国1∶100万制图规范，将0～800 m划分为低海拔，800～3 500 m为中海拔，3 500～5 000 m为高海拔，5 000 m以上为极高海拔[19]。那么浙东地区以低海拔为主，占94.5%；其次为中海拔，仅5.5%，且主要集中在西南部地区；未出现高海拔、极高海拔的地貌类型。

表1 海拔分级统计Tab.1 Statistics of elevation classification

2.1.2 地形起伏度

地形起伏度指一定范围内最高海拔与最低海拔之差，是直观反映地表起伏特征的宏观性因子。分析图7可知，N剖面线起点位于仙霞岭东南部，海拔约1 100 m，终点位于天台山末端舟山群岛附近，海拔约0 m，走向基本与山脉延伸方向一致，故整体海拔下降相对较为平缓，共有4个明显的地势起伏点(距起点20 km、40 km、80 km和190 km处)，其中80 km因处于江山-绍兴深断裂处地势起伏最为剧烈，高差近600 m；其余3处相对缓和，为松阳、丽水、新昌等境内的山间盆地；C剖面线起于黄茅尖附近，海拔约1500 m，止于临海市境内，海拔约0 m，较N剖面线海拔下降趋势更为缓和，但因与山脉延伸方向并不完全一致，在20 km、70 km、120 km处仍有明显起伏，其余地方虽受山间盆地、沟谷水系等影响，但地势起伏情况较小；S剖面线起于黄茅尖附近，海拔达1 800 m左右，基本垂直于洞宫山脉、南雁荡山脉走向，延伸至海滨苍南县附近，相较N、C两剖面线地势变化幅度最大，仅150 km的距离便有1800 m的高差，距起点270 km、130 km起伏状况最为明显，前者处于泰顺-温州断拗段，地势较低，后者因剖面线经过内海水域，导致海拔发生较明显下降。

2.1.3 地表粗糙度

地表粗糙度是表示地表侵蚀程度和起伏变化等宏观特征的重要指标，能反映和量化地表覆盖程度[20-21]。分析表2及图4可知，研究区地表粗糙度平均值为1.04，标准差0.06，最大值3.96，最小值1。空间分布趋势与海拔相似，西南部和中部低山丘陵地区粗糙度较大，北部及滨海平原一带粗糙度较小。面积分布上，随着地表粗糙度值的增加，呈明显递减趋势，1～1.02区间的面积比例最大，达62.9%，而1.10的累积概率便高达86.7%，表明粗糙度高于1.10的面积比例仅为13.3%。可见，研究区总体以小粗糙度地区为主，但粗糙度值在空间及面积分布上仍遵循一定的规律，能够较好的反应出地区地表的植被覆盖、侵蚀和破碎情况[22]。

表2 地表粗糙度分级统计Table 2 Statistics of surface roughness classification

2.1.4 坡 度

坡度主要表征土壤水分信息，不仅能够直接影响流域地表物质流和能量流的再分配，还能够间接表示地形的起伏形态和结构[4]，分析表3可知，研究区平均坡度仅9.7°，最大坡度为75°，但只零星分布与西南部黄茅尖附近，最小坡度为0°。分布特征方面，以平地(0°～2°)、微坡(2°～5°)、缓坡(5°～15°)、斜坡 (15°～25°)等为主，累计百分比达87.4%。平地比重最大，占43.0%，主要源于东北部宁波、嘉兴一带海滨平原，境内松阳、新昌、天台、丽水、临海、仙居等范围较大的山间盆地。此后随着坡度的增加，呈缓慢下降的趋势。值得注意的是，陡坡(25°～35°)、急坡(＞35°)主要集中在西南部，并依次沿洞宫山、大盘山、括苍山、北雁荡山一带延伸，而江山-绍兴深断裂以北，包括嘉兴、杭州、宁波及东部沿海等地坡度均较缓。

表3 坡度分级统计Table 3 Statistics of slope classification

2.1.5 坡 向

坡向是表征地表面局部接受阳光和重新分配太阳辐射量的指标，能直接造成局部地区气候特征的差异。分析表4可知，研究区无坡向面积最大，比例高达29.1%，主要包括江河、海域部分，其余各个坡向比例相近，基本上位于8.0%～10.0%之间。从分布上看，东、南以及东南坡主要分布于滨海平原一带，嘉兴、杭州湾和温州近海区以东南坡为主，宁波和台州沿海部分则南坡较多，桐乡、平湖、乐清以及瑞安和苍南沿海等地有较明显的东坡分布，其余坡向分布较均匀，差异不大。

表4 坡向分级统计Table 4 Statistics of aspect classification

2.2 地貌形态与土地覆被格局关系

地形因子影响光、热、水、土的分布格局，能直接左右地面的物质流动和能量转换，同时也与各种自然和人为干扰有密切关系，使得土地覆被格局空间分布与地形有重要的相关性[22]。深入分析土地覆被格局的地形分异特征有助于揭示其与生态过程的耦合关系。温州市地处浙江东南部，植被类型丰富，相较宁波、台州等浙东城市，地势起伏特征明显。因此，以温州为例，分析土地覆被空间格局的地形分异特征有较好的代表性。

2.2.1 海拔与土地覆被格局关系

海拔是影响土地覆被类型分布的重要因素，对林业生产及人类活动等诸多方面均有重大影响，分析各土地覆被类型的海拔分异特征，结果见图8（a）。针叶林与混交林均随着海拔的递增，呈先上升后下降的单峰状曲线，分别在400 m和200 m处达到峰值，针叶林主要集中于海拔200～800 m之间，面积为4 240.0 km2，占85.5%，其中400～600 m最多，高达38.9%；混交林主要分布于200～400 m区间，面积比例为42.1%；阔叶林随海拔变化大致呈“M”状分布，0～200 m海拔段分布较少，在400 m和600 m两处出现峰值，面积比例分别为29.1%和32.4%，此后呈递减趋势，海拔800 m以上阔叶林的面积大于针叶林；耕地、水体、建筑用地、灌木林、草地五种类型随高程分异趋势不显著，均集中分布于低海拔地段。综上，浙东地区土地覆被类型随海拔分异明显，其中针、阔叶林为主导植被类型。

图8 地貌形态与土地覆被空间格局的关系Fig.8 Relationship between morphological characteristics and spatial pattern of land cover

2.2.2 地表粗糙度与土地覆被格局关系

分析各土地覆被类型随地表粗糙度的分异特征，结果见图8（b）。针叶林与阔叶林均随地表粗糙度的递增而呈先增加后减少趋势，峰值出现的位置也相近，分别为1.10和1.08，总体针叶林面积显著多于阔叶林，当地表粗糙度大于1.14时，阔叶林面积反而较多，此现象与随海拔的分异规律相似；混交林、建筑用地、水体、草地四种类型面积集中分布1.00～1.02之间；灌木林与耕地则随地表粗糙度增加而呈缓慢上升后下降趋势，且分布均止于1.14。

2.2.3 坡度与土地覆被格局关系

坡度与土地覆被格局有密切关系，分析二者分布规律，结果见图8（c）。各类型随坡度的递增均呈先增加后减少趋势，但具体规律有所差异。针叶林与阔叶林集中分布于斜坡地段，同时在20～25°坡度区间取得最大值，面积比例分别为56.4%和36.8%；建筑用地与耕地基本分布于平坡、微坡地段，累积比例分别达72.2%和88.3%，且同时在2°附近达到峰值，分别占60.5%和64.1%；混交林、草地、灌木林分布特征相似，峰值均处于15～20°，略小于针、阔叶林；水体面积较小，主要分布于平坡，占57.2%。

3 结论与讨论

本文利用Aster DEM数据对浙东沿海地区地貌形态进行了定量分析，并结合Landsat TM遥感影像，探寻了浙东地区(以温州市为例)土地覆被格局与地貌形态的相关关系，结果表明：

(1)浙东地区主要分布低山丘陵、滨海平原两种地貌类型，山势西南高、东北低，境内主要山脉大体为SW-NE走向，呈雁行排列，以江山-绍兴深断裂为界，划分为浙西台褶带、浙东华夏褶皱带两大构造单元。

(2)研究区以低海拔地区为主，面积比例达94.5%，中海拔主要集中在西南部洞宫山一带，面积较小，仅占5.5%，最高海拔1 907 m，位于黄毛尖附近。

(3)剖面线分析结果表明虽研究区整体高差不大(1 913 m)，但由于境内山体及山间盆地众多，地势复杂，沟谷纵横，地势起伏明显。

(4)地表粗糙度与坡度变化各有特点，但与海拔的变化有较好的相关性，即地形高程值大的造山带其地表坡度值也较大，地形高程值偏小的地区坡度值也偏小[23]。各坡向面积较为相近，但东、南、东南坡更集中分布于研究区东部滨海平原一带。

(5)土地覆被类型随地形分异虽各有特点，但大体分布规律一致：针、阔叶林主要分布于海拔较高、地表粗糙度较大、坡度较陡处；建筑用地、耕地、水体则集中在海拔较低、地表粗糙度较小、坡度较缓地段；草地和灌木林两类型所占面积比例不大，各区间段均有分布，但草地分布特征更接近于针、阔叶林，后者则与建筑用地更类似，与买凯乐，潘竟虎等众多研究结果相符[3,24]。研究结果间接表明，土地覆被格局与人类活动有重要的相关性[25-26]。

(6)研究区土地覆被格局随坡向分异并无明显规律，与沈泽昊、李崇巍等人的研究结果一致[5-6]，但也有研究结果表明，坡向主要反映生境的光照和热量条件，一般与海拔成负相关，对土地覆被空间格局、农林业产量等均有较大关系[3，27]。这可能与研究区地势普遍较低或坡向的提取方法有关[28]，日后将作进一步研究。

综上，通过DEM分析技术结合地质资料，能够直观地进行各种地形因子的统计分析，进而全面深入地研究地貌形态特征，实现植被分布格局与地形分异特征的快速准确提取，本研究有助于优化浙东地区植被分布格局，实现不同地貌形态植被类型的合理布局，进而促进区域可持续发展[29]，同时，为宏观尺度上沿海防护林体系空间优化、风害评估提供基础数据和理论支撑。

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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”国家科技支撑课题(2009BADB2B03)；国家自然科学基金（30871962）；湖南省自然科学基金（31100412）

洪奕丰(1986—)，男，福建漳州人， 硕士研究生，主要从事林业遥感与地理信息系统应用研究

林 辉(1965—)，女，湖北黄冈人，教授，博士生导师，主要从事森林经理学、遥感技术与地理信息系统的教学和科研工作

S771.8

A

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

[本文编校：欧阳钦]