Statistical selection of perimeter-area models for patch mosaics in multiscale landscape analysis

This paper presents a statistical method for detecting distinct scales of pattern for mosaics of irregular patches, by means of perimeter–area relationships. Krummel et al. (1987) were the first to develop a method for detecting different scaling domains in a landscape of irregular patches, but this method requires investigator judgment and is not completely satisfying. Grossi et al. (2001) suggested a modification of Krummel's method in order to detect objectively the change points between different scaling domains. Their procedure is based on the selection of the best piecewise linear regression model using a set of statistical tests. Even though the change points were estimated, the null distributions used for testing purposes were those appropriate for known change points. The present paper investigates the effect that estimating the change points has on the underlying distribution theory. The procedure we suggest is based on the selection of the best piecewise linear regression model using a likelihood ratio (LR) test. Each segment of the piecewise linear model corresponds to a fractal domain. Breakpoints between different segments are unknown, so the piecewise linear models are non-linear. In this case, the frequency distribution of the LR statistic cannot be approximated by a chi-squared distribution. Instead, Monte Carlo simulation is used to obtain an empirical null distribution of the LR statistic. The suggested method is applied to three patch types (CORINE biotopes) located in the Val Baganza watershed of Italy.     

Urban forest landscape patterns in Ma'anshan City,China

The landscape pattern of Ma'anshan City was analyzed based on theories and methodologies of landscape ecology, remote sensing, global positioning, and a geographic information system (GIS). The study area encompassed the entire built-up area of 63.88 km²; a north–south transect 3-km wide and 13-km long was established along the long axis of the city. Five major landscape elements were assessed: urban land, urban forest, agriculture, water, and grass. Urban land was the dominant land cover type, and occupied 67% of total land area; while patches of urban forest occupied 16%, with a landscape element dominance of 0.42. Urban forest was classified according to land-use category and location into six types: scenic forest, yard forest, recreational forest, roadside forest, shelter forest, and nurseries. There were 2464 urban forest patches, the largest being 185.1 ha, with an average of 0.43 ha. The low nearest neighbor index and high patch density indicated that urban forest patches tend to be aggregated and have a high degree of fragmentation. This study also demonstrated that the spatial pattern of urbanization could be quantified using a combination of landscape metrics and gradient analysis. Urban forest has distinct spatial characters that are dependent on specific landscape metrics along the urbanization gradient.     

快速城市化进程中城市扩张对景观格局分异特征的影响

在中国快速城市化背景下,大部分研究仅是单一的利用景观指数分析城市景观格局,往往只侧重于对景观斑块或格局的几何特征进行简单分析和描述,忽略了城市扩张与城乡景观格局动态变化过程之间的内部联系,研究城市扩张与城乡景观格局动态变化过程之间的内部联系对揭示城市化规律有着重要意义。文章以江苏省昆山市（县）范围为研究对象,基于全市1985—2008年间多期TM影像图,在采用遥感与地理信息系统相结合的技术方法获取昆山市景观格局动态变化以及相关景观生态学指数分析的基础上,探讨城市扩张对城乡景观格局的影响。结果表明：23年间自然景观类型的面积基本保持不变;人工景观面积显著增涨了4倍。斑块密度、景观斑块数量破碎度指数受人工景观类型影响基本呈上升趋势;斑块密度、景观破碎度、最大斑块、边缘密度等指数与建设用地增长之间存在明显相关性,表明城市扩张是城乡景观格局特征变化的重要驱动力。     

景观格局破碎化的粒度特征及其变异的分形定量研究

文章构建一种用于定量测度景观破碎化指标空间粒度特征的分形方法.该方法基于景观粒度特征中的幂律关系,利用双对数线性回归方法,获取了景观破碎化指标在粒度变换过程中的2个数量关系:拟合优度R2与分维数D,分别刻画景观指标粒度变换的分形特性和随空间粒度变化的程度.以1992—2011年间上海市景观破碎化的过程为例,利用提出的分形方法进行分析.研究显示,总体上内部生境面积破碎化指标FI1和FI2没有清晰的分形特性;均匀性指标EI在1992年分形特性显著而在2011年分形特性却不清晰;斑块形状破碎化指标FS1其分形特性同样不清晰,而指标FS2呈现显著的分形特性,并且分维数D表现为正值,即随空间粒度的增大景观指标FS2的值减小.结果表明,拟合优度R2与分维数D的有机组合,能够定量地刻画景观破碎化中的粒度变化特征.研究同时发现,景观指标随空间粒度的变化特征,受指标内在特性、研究数据、研究区域的景观结构以及实验数据重采样方法和方案的影响.该分形方法不但可以用来测度所例举的5种景观破碎化指标的粒度特征,更适用于测度Fragstats中被广泛使用的各种景观指标.     

景观格局演变及其生态效应研究进展

区域景观格局演变及生态效应研究一直是景观生态学研究的重点,对人类、自然的可持续发展具有重要的意义.文章从景观格局-过程-生态效应的相互驱动机制及当前的研究进展进行了系统的分析,综述了国内外景观格局及其生态效应研究相关进展,集中分析了当前研究中的热点和难点.景观分类是景观格局研究的基础,空间统计分析、转移矩阵分析和景观指数分析是研究景观格局演变的主要手段,新兴的元胞自动机理论和方法在景观格局演变研究中有很大的发展空间.景观格局演变驱动力研究需对自然驱动力、社会驱动力进行综合考虑.不同时空尺度下,景观格局与生态过程的内在机制也不一样.在此基础上,提出了今后研究的一些方向,重点是:(1)景观格局演变的内在驱动机制研究;(2)多尺度下景观格局和生态过程(如土壤侵蚀、养分流失等)的耦合研究;(3)"3S"技术、野外调查监测与格局-过程演变模拟模型结合的应用推广潜力.     

Modeling freshwater fish distributions using multiscale landscape data: A case study of six narrow range endemics

Species distribution models (SDMs) have become integral tools in scientific research and conservation planning. Despite progress in the assessment of various statistical models for use in SDMs, little has been done in way of evaluating appropriate ecological models. In this paper, we evaluate the multiscale filter framework as a suitable theoretical model for predicting freshwater fish distributions in the upper Green River system (Ohio River drainage), USA. The spatial distributions of six fishes with contrasting biogeographies were modeled using boosted regression trees and multiscale landscape data. Species biogeography did not appear to affect predictive performance and all models performed well statistically with receiver operating characteristic area under the curve (AUC) ranging from 0.87 to 0.98. Predictive maps show accurate estimations of ranges for five of six species based on historical collections. The relative influence of each type of environmental feature and spatial scale varied markedly with between species. A hierarchical effect was detected for narrowly distributed species. These species were highly influenced by soil composition at larger spatial scales and land use/land cover (LULC) patterns at more proximal scales. Conversely, LULC pattern was the most influential feature for widely distributed at all spatial scales. Using multiscale data capable of capturing hierarchical landscape influences allowed production of accurate predictive models and provided further insight into factors controlling freshwater fish distributions.     

城市热力景观格局季节变化特征分析及其应用

热岛效应是城市发展过程中所产生的特有的环境问题,已经成为一种城市环境公害,对其形成和演变规律的研究有助于人们提出有效的应对措施。热力景观是分析城市热岛空间格局的一种新方法。以厦门为研究对象,利用2002年1、2、3、8、12月的Landsat ETM＋影像数据进行地表温度反演,在此基础上使用景观格局指数分析厦门城市热力景观格局的季节变化特征。结果表明：厦门城市热岛在夏季（8月）最强,春秋次之,冬季（1月）最弱。该变化特征是城市地表吸收太阳辐射和人为废热排放随季节变化的共同结果。应用该方法对2002年厦门热污染源进行调查,发现当年共有热污染源26个,其中工业热污染源18个。该研究可为环保、能源等部门乃至于整个城市的规划管理提供有力的决策依据。     

基于景观生态学的广州城镇建设用地扩张模式分析

在遥感和GIS技术支持下,提取了广州市老八区（以2000年行政区划为准）1978—2005年四个时段的建设用地面积,结合景观指数,从建设用地变化的数量、速度和时空扩张模式几个方面探讨了1978—2005年间三个不同阶段的城市扩张规律。结果表明：（1）广州市建设用地快速扩张,在1978—2005年期间,总面积增加了47158.94,其中1978—1990、1990—2000、2000—2005三个时期的建设用地年扩张速度一直呈上升趋势,分别为：1395.42hm2·a-1、1699.92hm2·a-1、2682.93hm2·a-1。（2）三种扩展类型中,蔓延式扩张是广州市建设用地扩张的主要类型,各时期所占扩展总面积的比例分别为：71.2%、60.5%、47.7%,呈下降的趋势;与此相反的是填充式扩张,随着城市化的发展呈上升趋势,所占比例分别为：9.3%、31.7%、46.4%;跳跃式扩张仅在第一时段较高为19.7%,而后两个时段较低,分别为7.8%和5.9%。通过研究为城市模式研究提供了详细且准确的数据,为寻求优良扩张模式奠定了一定的基础。     

基于景观格局的辽河三角洲湿地生态安全分析

以1990年和2005年遥感影像为基本信息源,在GIS技术支持下,在对辽河三角洲湿地景观格局分析的基础上,采用破碎度、分离度、优势度等景观格局指数和景观类型脆弱度为评价指标研究辽河三角洲湿地景观生态安全。20世纪90年代以来大规模的资源开发,加剧了辽河三角洲湿地景观的破碎化程度,使景观优势度增高,多样性下降。从1990-2005年,研究区主要湿地景观类型水稻田、苇田、滩涂的干扰程度有所增加,生态安全度均有所下降,表明人类对自然湿地生态系统的干扰越来越明显。总体来说,15年来研究区整体景观生态安全度呈现下降趋势。以往湿地生态安全的研究主要集中在环境脆弱性和保护策略方面,研究层次着重在生态系统层面,而从景观格局角度对湿地景观生态安全的研究涉及较少,文章涉及的是景观生态学可持续发展研究的一个新领域,所提出的内容实质上是景观生态安全定量表征的方法探讨。应用景观生态学方法研究生态安全,揭示景观结构与功能关系并进一步分析区域生态环境的变化趋势及其内在因素,不但为辽河三角洲湿地及其生物多样性的保护和资源开发提供了科学依据,而且丰富和发展了我国生态安全研究的理论与方法。     

青藏铁路建设对沿线景观格局的影响

采用遥感和地理信息系统技术,通过对青藏铁路唐古拉山口至拉萨段铁路沿线景观进行分类和制图以及对铁路修建前后景观指数的计算,分析了铁路修建前后景观格局的变化。结果表明铁路建设工程对沿线小范围的景观格局影响较大,对沿线较大范围的景观格局影响较小。     

关于景观的保护问题

景观作为自然与人类相互作用的一个基本单位，目前正在发生剧烈的变化。许多传统的文化建筑和土地利用方式和格局正在走向衰亡，景观的多样性和丰富性受到前所未有的威胁，常常被千篇一律的大片单调的景色所代替。本文主要讨论下列三个问题：景观的基本含义及其保护，景观保护的主要任务；景观保护是区域发展的基础。     

基于水土流失的景观格局分析方法

景观格局和生态过程是景观生态学研究的重要内容,但是很多研究只重视景观格局的研究,而忽略了生态过程的研究。文章针对水土流失这一重要生态过程,提出了基于水土流失过程的景观坡度指数和景观空间负荷对比指数,并对黄土高原泾河流域15个子流域的景观格局进行了分析,认为泾河流北部各子流域主要以水土流失的＂源＂景观为主,景观坡度指数大,空间负荷指数小,水土流失风险大;流域南部各子流域上游以＂汇＂景观为主,坡度指数大,中下游以＂源＂景观为主,景观空间分布不均衡,存在一定的水土流失风险;流域东部局部子流域主要以水土流失的＂汇＂景观为主,＂源＂景观相对较小,＂源＂-＂汇＂景观空间分布均衡,水土流失风险小。     

近17年鄱阳湖区景观格局动态变化研究

通过对1989、1999和2006年3期遥感影像进行解译,借助ARCGIS、FRAGSTATS等软件对鄱阳湖区近17年景观格局动态变化进行分析。结果表明：近17年湖区景观空间结构在自然因素和人类活动的影响下发生显著变化。从景观水平上看,湖区整体景观的破碎化程度不断增大,各斑块类型在空间上的分布趋于均匀和分散,景观中斑块的形状渐趋不规则,复杂程度加大。在斑块类型水平上,研究区水体的破碎化程度增加,斑块向着小型化方向发展,斑块之间的结合度降低,形状逐渐变得复杂,水体斑块之间的水力联系减弱;草地和林地的空间结构相对稳定,变化并不显著;耕地虽然是研究区的优势景观类型,但在近17年间,其优势地位被逐渐削弱,破碎化程度也在逐渐加大,斑块形状的规则性降低,各斑块之间的分离性加大;滩地的变化主要受水文情势和泥沙淤积的影响,破碎化程度经历了先加大、后降低的过程,最大斑块面积有所增大;建设用地的变化最为明显,其破碎化程度也有所加大,但斑块间的连接程度相对研究初期有所增加;未利用地是研究区面积最小的景观类型,其景观破碎化程度则有所降低,斑块形状也渐趋简单。     

滇池流域土地利用景观空间格局对水质的影响

选用综合水质评价方法,对滇池流域进行水质评价。选取斑块数量（NP）、斑块密度（PD）、最大斑块指数（LPI）、最大形状指数（LSI）,作为表征景观空间格局的参数,来分析流域优势斑块对水质的影响。对水质评价结果与景观指数进行相关性分析得出：居民点及工矿用地斑块数量越多、形状越不规则,有利于延缓水质状况的恶化;耕地斑块越大,越集中,本身产生的面源污染浓度就越高,而流经耕地的径流中的污染物浓度则会因大斑块的吸附过滤作用而降低;林地斑块密度越大,对污染物的截留纳污作用就越大,而斑块越大,可能产生局限性,导致未流经林地的污染物直接进入河流而影响水质。     

珠江三角洲地区高速公路沿线景观格局变化研究

根据1995年和2005年土地利用数据,借助地理信息系统软件和景观生态学方法研究珠江三角洲区域发展轴线——广深高速公路和广珠高速公路运营前后沿线区域的土地利用和景观格局变化,并进一步对比分析相同功能等级道路的生态效应差异。结果表明：（1）高速公路运营后,沿线区域建设用地增加迅速,耕地大量流失且迅速向建设用地转化;（2）公路的建设运营使得沿线区域人工干扰强度加大,景观斑块密度增加、面积减少、斑块形状趋向复杂,景观破碎化加剧;（3）道路途径区域的社会经济条件以及原有的景观格局特征是导致道路生态破碎效应差异的重要原因;（4）公路对自然景观的影响效应远大于其对人工景观的影响效应。     

城市居住区景观绿化格局改善热环境变化的遥感监测分析

以上海中心区域同地段的独立小区为研究对象,利用遥感技术对影响居住区内热环境改善方面的几个主要关键因子（居住区面积、建筑容积率、绿化覆盖率、乔木配置和斑块破碎率）进行了分析模拟,以期为解决居住区热环境状况,提供准确、有效的科学数据。结果表明,在区域平均气温达35℃时,居住区绿化覆盖率每增加10%,可降温0.15℃;居住区乔木面积比每增加10%,可降温0.17℃;居住区平均斑块面积每增加100 m2,可降温0.1℃。总体上,居住区的热岛效应随着绿化率、乔木比例和平均斑块面积的增加而降低,居住区温度与着绿化率、乔木比例和平均斑块面积之间存在显著的负相关,通过这3个指标拟合建立的居住区＂热环境指数＂,可以为航片拍摄获取每个居住区的热环境状况而成为可能。     

分形理论及其在混凝研究中的应用

随着人们对分形理论研究的深入,其在混凝研究中的应用日趋广泛.分形理论的出现使人们更清楚地认识了混凝过程中出现的复杂现象及无规则形态,从而为今后对混凝过程的进一步研究提供了有力工具.该文不仅对分形理论的基本知识进行了简单地介绍,并且还对其在絮体形态学和混凝动力学方面的研究应用进行了阐述,同时列举了分形维数在混凝工艺中的具体应用实例,最后提出了目前存在的问题及自己的见解.图1,参21.     

挠力河流域农垦开发中居民地景观生态特征的变化

运用G IS、景观格局分析与聚落分析方法定量分析了挠力河流域在快速农垦开发中居民地分布格局的时空变化,探讨了景观格局形成的机制。景观指数分析表明近50 a来居民地面积和数目激增,居民地斑块面积、聚集度增大,表明人类对挠力河流域景观扰动持续增强。在所有背景地类中,居民地与耕地的邻接比例最高。伴随居民地和耕地迅速扩张,两者邻接比例呈上升趋势,两者相互影响越来越大。不同时期居民地扩张强度高值区分布有所不同,主要分布在早期的耕地新增区,1954—2000年挠力河流域居民地扩张高值区最终主要分布于该流域的西部与中部。虽然居民地数目和面积均激增,各居民地之间的距离亦呈缩短趋势,但居民地最近邻点指数表明,近50 a来挠力河流域居民地分布类型一直为随机分布,农垦经济仍占主导地位,人为规划比城镇发达地区薄弱。     

土地利用类型的分维值和稳定性指数空间变异分析

土地利用类型是一种在自然和人类活动双重作用下的产物,具有不规则、相对不稳定性和复杂性特征,可以利用分形方法进行探讨;分形理论在土地结构研究中的应用涉及土地利用类型分数维的计算、土地利用结构分形研究方法、土地利用结构及其动态变化的分形描述、区域景观结构的分形模型等方面;但土地利用类型的分形机制的空间差异研究少见报道。综合考虑广东省的自然地理环境和社会经济发展状况,文章选择韶关、潮州、汕头、广州作为不同类型区域的代表,基于分形理论计算了耕地、园地、林地、草地、居民点及工矿用地、道路用地、水体和未利用土地8种地类分维值(D)和稳定性指数(Si)以及平均分维值和稳定性指数,从影响土地利用结构的地貌和人文因素两个方面出发,对比和分析了地域之间的D值、Si值的关系,并从中得到了D值和Si值的变化规律。结果表明:(1)复杂的地貌类型是影响土地利用类型D值和Si值的最主要因素;(2)社会经济发展水平一定程度上影响土地利用类型的分维值和稳定性指数;(3)区域土地利用类型的平均分维值、稳定性指数的大小是土地利用结构的综合反映。