城市景观格局及其时空变化研究

魏丽燕，马 晶

（1.成都理工大学，四川 成都 610059；2.地理空间信息工程国家测绘地理信息局重点实验室，北京 100830；3.长春工程学院，吉林 长春 130021）

景观格局分析反映景观结构组成和空间配置等方面的特征[1]，通过对城市景观格局指数[2]分析确定景观格局形成的影响因子及其形成的内在机制，揭示景观格局和景观功能的关系，发现格局中存在的问题，为科学衡量景观结构提供定量化依据[3,4]。在此基础上进行城市景观生态规划与设计，能达到调整景观格局，优化景观功能的目的[5,6]。本研究在遥感和GIS等技术支持下，通过景观格局特征分析，发现吉林地区景观组成及空间配置特点，为吉林的景观生态格局优化以及土地资源的合理利用提供科学依据。

1 研究区概况

吉林市位于吉林省中部偏东，三面临水、四周环 山。东 经125″40′～127″56′，北 纬42″31′～44″40′。中温带大陆性季风气候，年平均气温3.9 ℃、降水量700 mm、无霜期130～140 d，平均海拔196 m。总面积2.7 万km2，市辖区面积3 636 km2。总人口449.8万，市区人口200万。现辖4个城区、4个县级市、1个永吉县、1个国家级高新技术产业开发区和1个经济技术开发区，辖78个乡镇、71个街道办事处。

2 研究方法

2.1 数据获取与影像预处理

本文研究数据主要有1991年8月和2006年8月各两景（行列号为117/30和117/29）Landsat TM遥感影像、2006年研究区1︰50 000地形图、土地利用现状数据库、行政区划图以及其他相关文献资料。

在ERDAS IMAGINE遥感影像处理软件下，对影像进行预处理：利用1︰50 000地形图对2期影像分别进行校正；通过相关性分析确定选用TM 543波段组合为最佳波段组合方式；通过直方图变换进行图像增强；对每期影像进行拼接处理，拼接过程采用直方图匹配法，使同时期两景图像色调尽量保持一致；利用吉林市市界矢量数据，对2期影像分别进行裁剪，并以结果影像作为此次研究区域。

2.2 景观分类

利用ERDAS软件目视解译和监督分类方法建立吉林市景观类型，并参照吉林市土地利用数据库，将景观分为6大类，依次为水域、城区、村庄、旱地、水田、林地；对影像进行监督分类、分类精度评价、聚类统计等综合处理，获得2期影像景观类型图（图1、图2）。

2.3 景观格局指数

将各期分类影像在ArcGIS软件中转成15 m×15 m的Grid格式，导入Fragstats3.3 软件，选择要计算的指数[7,8]（主要反映景观最基本结构信息），获取相应指数的量值，得到景观类型指数分析表（表1）和景观水平指数分析表（表2）。为确定景观中各类型斑块在近16 a间发生的相互转换状况（包括转换的面积、强度、方向以及发生转换的空间位置），运用ArcGIS的叠加分析方法得到研究区2期土地利用类型转移矩阵[9](表3）。

3 景观格局特征分析

3.1 斑块级别特征变化分析

图1 1991年景观类型图

图2 2006年景观类型图

表1 吉林市1991年、2006年景观类型指数分析表

表2 吉林市1991年、2006年景观水平指数分析

表3 吉林市1991年、2006年土地利用类型转移矩阵

分析表1可知，水域、建筑用地、水田面积值均有增加，村庄面积净增长达13 702 hm2，水田面积增长了5 997 hm2，而旱地和林地面积呈减少趋势，林地减少达9 891 hm2；村庄、水域斑块数及密度变化不大，水田、林地、旱地斑块数及密度明显减少，对应LPI值却较大，优势度较高；旱地、林地景观面积百分值较高，在景观类型中明显占据优势。ED是破碎化程度的直接反映，表1表明村庄破碎化程度加剧，边缘密度值最高，对应水域值变化不大，而城区、旱地、水田、林地等破碎度则趋于减少。IJI描述景观分离状况，城区、村庄的IJI值较高，其邻接类型较均匀，其次是旱地、水田。16 a间，旱地、水田、林地IJI值均有增加，林地增加多达9.5% ，其次是水田；而水域及城镇IJI值减小，表明邻接类型减少，其中水域减少近14.4%。

3.2 景观级别特征变化分析

从表2得知，景观水平上NP、PD、ED值下降，平均斑块面积（MPS）增加，表明各景观类型破碎度有所下降；最大拼块所占景观面积的比例（LPI）为某一拼块类型中的最大拼块占据整个景观面积的比例，决定着景观中优势种、内部种的丰度等生态特征，LPI大幅度上升，直接反映了各景观类型中最大斑块面积大幅增加。

聚集度指数（CONTAG）描述景观里不同斑块类型的聚集程度或延展趋势，与IJI联合反映景观的聚集度、镶嵌度和连通性信息。研究区CONTAG值降低表明景观各斑块类型之间呈现出更加分散的趋势，而IJI值呈增大趋势，表明某一类景观斑块类型同其他斑块类型的邻接性在不断升高，景观类型连通性有所改善。

香农多样性指数（SHDI）指景观类型的丰富性和复杂程度，SHDI值越高，景观结构构成越复杂。香农均匀度指数（SHEI）反映景观中各斑块在面积上分布不均匀的程度。表3显示SHDI、SHEI上升，表明优势景观类型减少、多样性降低，而景观异质性有所改善，各景观组分分布更加均匀。

3.3 景观类型转换分析

由表3可知，1991年土地利用类型中发生转化最大的类型为村庄，达40.03%，主要转化方向为城区，转化率28.39%。其次为旱地和城区，两者主要转换量为旱地（41.71%）和水域（8.24%）；发生转换最小的是水域，仅为13.66%，其次为水田（24.14%）和林地（30.48%）；在2006年土地利用类型中，其他类型转化所占比率最高的是村庄，达到54.30%，其次为城区，达40.01%。旱地对村庄的贡献最大为32.78%、对水田的贡献为29.17%，其次是城区中有25.84%来自村庄，林地有20.21%来自旱地，说明旱地对各个景观类型的贡献最大，城区扩展面积主要由旱地和村庄转化而来，村庄用地的增加主要来自旱地和林地，旱地又有13.51%的比例来自林地用地，林地面积减少。人为分割水域，直接导致其面积的增加以及分布更广更离散，给水田带来效益，水田面积增加。

4 结 语

研究区林地、农田在景观中占主导地位，但破碎度较高；城镇用地景观斑块集中分布现象比较严重，农村居民点的零星分布成为景观类型较分散的主要原因，人文活动也直接导致景观斑块形状简单，不利于边缘效应的发挥。

由于林地转化为村庄和旱地的比例增多，林地面积减少，水域面积增加，破碎度加大，景观不规则性加剧，与相邻景观类型急剧下降，水域分布更加离散，水土流失加重。减少对林地的开发，大力植树造林提高森林覆盖率，加快退耕还林的生态建设，加强现有林地的治理，合理规划布局使其发挥防风固沙、涵养水源等生态效益等措施迫在眉睫。

对于破碎化增大的类型（村庄、水域等），在规划时结合经济、自然等因素尽量使其连片分布。可通过引水工程增加水量和水域面积，另一方面可以通过开挖渠道、涵洞、架桥等工程手段减少由于自然和人为原因造成的破碎斑块，增加其连通性。

快速的城市化进程已经对吉林市景观格局产生了一定影响，吉林市城市生态环境面临严峻的挑战[5]，制止城市建设用地的肆意扩张，避免形成大面积城市建设用地斑块；加强林业建设，有效增加林地面积；调整林分结构、提高林地单位面积的生态效益，注重边缘效应的发挥；优化景观组分、斑块数量，对各景观组分进行空间优化布局，使各组分之间达到和谐、有序，是改善吉林城市生态环境，实现吉林市可持续发展的必由之路。

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