郑州市绿色景观连通性研究

2022-03-10朱素华

科学与信息化 2022年4期

朱素华

郑州大学地球科学与技术学院河南郑州 450000

引言

城市是人类生产生活的主要区域之一，但随着城镇人口增长、经济发展水平提高、工业化进程的推进等，我国城市建设用地面积不断扩张[1]，诸多生态问题开始出现，如城市热岛效应、自然生物群落种类减少、环境污染、城市内涝等[2]，这些问题严重影响了城市生态环境的稳定和协调发展。

通过研究城市绿色景观连通性可以了解城市生态环境，评价城市生态稳定性，保护生物多样性，为城市规划提供重要的生态依据[3]。郑州作为中部地区重要的城市，在短短20年内城市规模迅速扩张，城市建成区面积由1999年的124.5km2增长到2019年的580.8km2，人口规模由1999年的631.6万人增长到2020年的1261.68万人，是城市扩张的典型。综合以上情况，本文将郑州市区（除上街区）作为研究区域，基于Landsat系列遥感数据，引用形态学空间格局分析法（MSPA）分析郑州城市化进程中绿色景观连通性的演变过程。

1 研究数据和方法

1.1 研究数据

本研究选取2004年8月、2010年7月、2016年6月3个时相的卫星遥感影像数据，其中2004年遥感影像数据来自Landsat 5 TM；2010、2016年遥感影像数据来自Landsat 7 ETM+，两种数据采用地理空间数据云网站的原始卫星数据（http://www.gscloud.cn/）。为数据处理过程顺利进行，并将误差控制在最小，本研究使用ENVl5.3对遥感数据进行图像条带去除、图像裁剪、图像融合等预处理。

1.2 研究方法

形态学空间格局分析法（Morphological Spatial Pattern Analysis）是Peter Vogt等人[4]在前人研究的基础上提出的研究景观连通性的新方法。它是在膨胀、腐蚀、闭合、开启等常见的数学形态学原理的基础上，识别出目标像元与结构要素（相邻要素）之间的拓扑关系，将目标像元集合分为核心区（Core）、斑块（Islet）、孔隙（Perforation）、边缘区（Edge）、桥接区（Bridge）、环道（Loop）和支线（Branch）7种生态景观类型[5]。其中，核心区是指前景像素点远离背景像素点的距离大于指定大小的某个参数的像素集合；斑块是未连接任何的前景区域的斑块，并且面积小于核心区的最小阈值；孔隙是核心区域的内部边界；边缘区是指核心区域的外部边界；桥接区是前景数据中连接两个或两个以上的核心斑块的狭长区域；环道是指与核心区区域连接的前景数据；支线指从核心区域扩张的前景数据中，但不扩展连接到另一个核心区域[6]。

在进行MSPA运算时需考虑4个重要参数，分别是结构要素、边缘宽度、过度参数、读写参数。本次研究选择将绿色像元区（前景区）设置为8领域算法，非绿色像元区设置为4邻域算法；本次研究，笔者输入的图像分辨率为30m，笔者希望得到一个分辨率为60m的MSPA图像，所以边缘宽度选择2。过度参数是指核心区与环或桥相交的边缘或穿孔的像素。本次研究选择的过度参数为1。本次研究选择的读写参数为1。

2 绿色景观连通性分析

本研究使用ENVI软件进行监督分类，得到郑州市土地利用类型图，如图1；利用ArcGIS土地利用类型图中四种土地类型进行重分类，将植被分为前景，其他用地类型当作背景，得到一幅二值图像，如图2；将重分类得到的二值图像导入到Guidos软件中，设置4种参数，进行MSPA分析，得到景观类型原始图；得到的景观类型图的分类是杂乱的，需要在ArcGIS10.6中进行重新整合赋值，得到七种景观类型图，见图3。

图1 2010年土地利用类型图

图2 2010年植被二值图（绿色为前景区域）

3 结束语

使用Guidos软件对植被二值图进行处理，得到郑州市（除上街区）2004、2010、2016年绿色景观结构类型分布图，如图3所示。

图3 2004-2016年郑州市（除上街区）绿色景观结构分类图

由图3、表1可知，2004年核心区所覆盖的面积最广，整体比重为31.58% ，随着郑州城市化进程不断加速，2004-2016年，核心区的面积逐年下降，到2016年，核心区面积整体比重为12.43%，约为2004年的1/3；2004年至2010年核心区的面积减少的速度远远高于2010年至2016年核心区的面积减少的速度，引起这种现象的原因有：郑州市城市化进程放缓和决策部门逐渐重视绿色植被的作用等。