Application of Remote Sensing Detection and GIS in Analysis of Vegetation Pattern Dynamics in the Yellow River Delta

Abstract

Regional vegetation pattern dynamics has a great impact on ecosystem and climate change. Remote sensing data and geographical information system (GIS) analysis were widely used in the detection of vegetation pattern dynamics. In this study, the Yellow River Delta was selected as the study area. By using 1986, 1993, 1996, 1999 and 2005 remote sensing data as basic information resource, with the support of GIS, a wetland vegetation spatial information dataset was built up. Through selecting the land-scape metrics such as class area (CA), class percent of landscape (PL), number of patch (NP), largest patch index (LPI) and mean patch size (MPS) etc., the dynamics of vegetation pattern was analyzed. The result showed that the change of vegetation pattern is significant from 1986 to 2005. From 1986–1999, the area of the vegetation, the percent of vegetation, LPI and MPS decreased, the NP increased, the vegetation pattern tends to be fragmental. The decrease in vegetation area may well be explained by the fact of the nature environment evolution (Climate change and decrease in Yellow River runoff) and the increase in the population in the Yellow River Delta. However, from 1999–2005, the area of the vegetation, the percent of vegetation, LPI and MPS increased, while the NP decreased. This trend of restoration may be due to the implementation of water resources regulation for the Yellow River Delta since 1999.     

Application of Remote Sensing Detection and GIS in Analysis of Vegetation Pattem Dynamics in the Yellow River Delta

Regional vegetation pattem dynamics has a great im- pact on ecosystem and climate change.Remote sensing data and geographical information system (GIS) analysis were widely used in the detection of vegetation pattern dynamics.In this study,the Yellow River Delta was selected as the study area.By using 1986, 1993,1996,1999 and 2005 remote sensing data as basic informa- tion resource,with the support of GIS,a wetland vegetation spa- tial information dataset was built up.Through selecting the land- scape met...     

三峡库区重庆段人类活动强度的景观格局梯度响应

基于三峡库区重庆段1995、2005、2015年土地利用图像,利用ArcGIS和FRAGSTATS软件,并结合夜间灯光数据构建人类活动强度带,分析了三峡库区重庆段在不同人类活动强度带3个时期的景观格局变化特征,并进一步研究了2015年研究区4种面积变化较大的景观类型格局特征随人类活动强度的梯度变化规律。研究结果表明：（1）人类活动的空间分布差异显著,强度由西向东逐渐递减,长江干线流域的人类活动强度相对周边区域更强;（2）在景观水平上,随着人类活动强度的增加,研究区景观斑块数大幅减少,多样性和均匀度指数先增加后减少,连通性有所下降;景观聚集度先减后增,破碎化程度有所增加,但在2015年得到一定改善;（3）在类型水平上,建设用地、水域、草地、低密度植被覆盖林地这4种景观类型能较好地反映景观格局变化特征,其中各景观类型的斑块密度、形状指数和分维数随人类活动强度的变化表现出较为明显的波动;除建设用地外其余景观类型的最大斑块指数和面积变化幅度较小,在人类活动强度最大时的建设用地面积占比和斑块指数分别达到71.2%、35.72%;（4）三峡工程、移民工程、城市化推进以及“退耕还林”等政策实施是三峡库区景观格局演变的重要驱动力。揭示了20a来三峡库区重庆段景观格局沿人类活动强度的梯度变化规律,可为研究区自然资源的合理开发及区域可持续发展提供参考。     

The ecological implications of land use change in the Source Regions of the Yangtze and Yellow Rivers, China

The alpine ecosystems in permafrost regions are extremely sensitive to climate change. The headwater regions of Yangtze River and Yellow River of the Qinghai-Tibet Plateau are on the permafrost area. Aerial photos of the Source Regions of the Yangtze and Yellow River taken in 1968 and three phases of TM images acquired from 1986, 2000, and 2008 were used to analyze the spatial alterations of the land cover and corresponding effects on the environment guided by landscape ecology theory. Firstly, land cover types were divided into three classes and 11 subclasses. Analysis results revealed the trends and magnitude of the eco-environmental changes in the regions over the past four decades and showed a continuous degradation of grasslands and the extension of desertification and salinization. Secondly, five landscape pattern indices (i.e., NP, MPS, PR, SHEI, CONTAG) commonly used in landscape ecological studies were calculated, and results showed that this region had become more centralized and diversified. Finally, the factors causing the degradation of alpine grasslands were analyzed. The regional climate exhibited a tendency toward significant warming and desiccation with the air temperature increased by 0.03 °C per year and relative stable precipitation over the last 40 years. And the temperature of permafrost in 0–20 cm soil layer obviously raised by 0.2–0.3 °C in the last 40 years. The combined effects of climate warming and permafrost variation were the major drivers for the changes of landscape in alpine ecosystems.     

长江上游生态建设工程与植被覆盖时空变化的响应特征研究

"退耕还林"、"天然林保护"等重大生态建设工程在长江上游实施已有十余年,剖析重大生态建设工程实施以来长江上游植被覆盖时空变化特征与生态建设投入间的响应关系,对区内未来生态建设的布局具有重要指导意义。以年际时间序列的SPOT-VEGETATION NDVI遥感数据为基础,利用遥感及地理信息系统技术,趋势拟合等方法,研究长江上游地区2002年至2013年植被覆盖时空动态变化特征。并以县级行政区为单元,分析长江上游植被覆盖时空变化与生态建设工程投入的响应关系。结果表明:研究区内植被指数NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)整体呈现缓慢增加趋势,年均增长率为1.06%,主要体现为中等植被覆盖向高植被覆盖转化;植被覆盖增加区域远远大于植被覆盖减少区域,其中增加的区域占整个长江上游流域的86.02%,主要分布于秦巴山地以北、云贵高原以及横断山区中小起伏的山地;植被覆盖减少区域占6.09%,主要分布于汶川地震灾区以及成都,重庆、昆明等大型城市群及其周边。其次,近10 a生态建设重大工程投资对长江上游植被覆盖增长起促进作用,在研究区内有261个县级行政区具有较好的造林效率,达县级行政区总数的90%,集中分布于云贵、川陕交界处及西部高山、高原区。     

不同地貌类型区城镇扩展对土地利用景观格局的影响

基于RS和GIS的支持,以名山县为研究案例,分析与探讨西部经济以农业为主地区城镇扩展的时空特征和不同地貌类型下土地利用景观格局,以期为城镇规划及区域城镇可持续发展提供决策支持。结果显示：1975 ~ 1999 年土地利用类型在不同地貌区的分布格局变化显著。林地面积大幅减少,分布区域向海拔较高地区收缩。居民及建设用地在低丘区增长较快,城镇用地大幅增加,成为影响研究区景观格局的重要要素。农业生产活动向地势较高的区域扩展,中丘区成为农业生产的主要场所,水田和旱地成其主要土地利用方式。高丘区旱地分布面积占首位;园地在低山区分布面积有所增加。1999~2005 年基本维持1999年景观格局,居民及建设用地继续增长,尤其在低丘区表现明显;低丘和中丘区斑块总数减少,各景观要素平均斑块面积增加,形状指数和分维数降低;高丘、低山区水田、旱地减少,园地面积增加.     

雅砻江流域湿地景观格局变化分析

应用ArcGIS软件,对雅砻江流域湿地1986和2000年遥感数据进行解译、矢量化处理,用Apack软件进行湿地景观格局指数计算,研究了近15 a雅砻江流域景观空间格局特征及其变化。结果表明：（1）近15 a雅砻江流域湿地景观面积减少,减少量为49404 hm2,占2000年湿地总面积的0506%;（2）两个时期内湿地斑块密度保持不变,湿地景观的聚集度都很高,均在099以上,湿地景观集中分布,破碎化水平低;（3）雅砻江流域湿地景观的多样性指数水平和均匀度水平较低,而且两指数在两个个时期内没有发生太大的变化,且各类湿地景观比例差异相对较大,沼泽湿地景观控制的程度较高;（4）雅砻江流域的5类湿地景观分布质心基本上未发生变化,但总体格局分布质心向南偏移001°,再向西偏移023°,整体上向西南方向偏移了2532 km     

近15年来长江源区土地利用变化及其生态环境效应

长江源区是我国重要的水源涵养区,也是高海拔地区生物多样性最集中的地区和生态变化最为敏感的地区。基于1986年TM和2000年ETM+卫星遥感数据和野外实地调查,采用GIS软件和景观生态空间分布格局分析方法,对长江源区近15年来土地利用类型的时空变化进行了研究。结果表明：1986～2000年,源区林地和湿地面积减少54.2 %和42.69 %,建设用地、耕地和未利用土地面积分别增加120 %、43.83 %和21.1 %。全区土地利用的空间位置转换面积大于其数量变化,土地利用类型总变化的面积大小依次是草地＞未利用土地＞湿地＞水域＞林地＞耕地＞建设用地。土地利用动态转化过程以草地转化为未利用土地、湿地转化为草地和未利用地逆转为草地为主要特征。15年里景观破碎化程度加剧,分维数和多样性指数增加,优势度降低,景观异质性增强。长江源区脆弱的生态体系对土地利用变化响应强烈,造成水土流失与沙漠化程度加剧,导致大范围高寒草甸、草原植被退化,湿地萎缩。气候变化和人类经济活动是导致研究区土地利用变化的主要因素。     

基于遥感的巢湖流域景观格局变化研究

以1989年、1999年、2009年3期6景LandsatTM/ETM遥感影像为数据源,采用分层分类、监督分类与人工目视纠错相结合的方法对巢湖流域土地利用景观类型信息进行分层提取,运用Fragstats软件分析流域内20 a间的景观格局变化,并研究其变化规律特征。结果表明：（1）巢湖流域1989~2009年建设用地增加38 380 hm2,动态度高达18％,耕地面积减少34 230 hm2,水体面积相对稳定,常绿林地增加40 350 hm2,落叶林地减少6 760 hm2,城镇建设用地的增加主要来源于农田和其他用地类型的转入。（2）近20 a间流域斑块个数(NP)与斑块密度(PD)呈现直线下降,下降率均约为22％,块形状指数(LSI)的下降率更加迅速,〖JP2〗约为28％,最大斑块指数(LPI)则表现出V字变化规律,聚合度指数(AI)呈稳步上升,说明景观变化受人类活动的影响越来越大。（3）从景观类型上看,2009年的斑块个数(NP)和斑块密度(PD)比1989年下降了近1/2,常绿林和其他用地的变化是主要因素;块形状指数(LSI)降低则是受农田和其他用地的影响所致。（4）伴随巢湖流域行政格局改变和经济快速发展,流域土地利用将发生巨大改变。研究成果将是新格局发展的背景记录,为今后巢湖流域社会经济发展规划提供科学的理论支撑     

金沙江流域(云南部分)生态潜力及其变化

植被景观要素的生态潜力能够反映某区域内生态功能的综合潜力,研究植被景观要素的生态潜力可望为该区域的生态保护工作提供参考。金沙江流域是我国西部的生态脆弱区,因此选择本流域的云南省部分地区进行植被景观要素的生态潜力与变化研究。首先,对流域内各植被类型进行生态潜力的分级与打分;然后,采用1996与2006年的TM遥感数据,制作了流域内的两期植被分类图,并在此基础上,借助ArcGIS软件绘制了生态潜力图;最后,根据流域内10年期间的植被类型变化面积,计算出流域内生态潜力的变化量。分析得出,流域内生态潜力变化最大的为中、东部地区,而该地区正是人口分布比较集中的地区。研究成果一方面可望加强人们认识流域内植被的生态功能和保护价值,以及植被的发展和破坏趋势;另一方面为流域内植被的恢复方向和重点提供可靠的依据.     

山区县乡公路建设对沿线景观格局的影响研究——以昆明市东川区蒋家沟小流域为例

公路建设对区域的各种生态过程、灾害活动等影响引起广大学者的关注,目前对小尺度区域公路沿线景观格局的影响效应研究较少。利用3S技术对云南省昆明市东川区蒋家沟小流域内县乡级公路沿线三期影像的景观进行分类和制图,运用Fragstats3.3软件和景观指数计算方法,从斑块和景观两个层次上研究公路建设前后景观格局的变化。结果表明:(1)不同时期建设公路及全部公路沿线均出现坡耕地显著减少、梯田显著增加的趋势;在不同距离梯度上,针叶林、灌丛、坡耕地景观百分比不断降低,梯田、草地面积增加。(2)公路沿线景观格局动态变化则表现为:在斑块层次上,1973年前建设公路沿线景观形态更复杂,破碎化程度高,1973年后建设公路沿线阔叶林、针叶林斑块数量增加,破碎化趋势明显;在景观层次上,公路沿线景观多样性增加,景观内部连通性降低,整体景观格局破碎化加剧,但1973年前建设公路沿线空间连接性有所提升,1973年后建设公路沿线则表现出空间连接性下降的趋势,公路全线两侧150 m范围对景观水平指数的影响最大。     

RS与GIS支持下的南京市景观格局动态变化研究

利用1986、1994、2000年的TM图像和2000年的土地利用现状图,运用GIS和核心景观指数研究南京市自1986年以来景观格局的动态演变规律。结果表明：南京市在快速城市化的过程中,城市景观结构的变化主要表现为耕地、绿地、水体和未利用地等自然或半自然景观向城市、农村居民地、工矿用地以及交通用地等人文景观转变;景观的多样性增加,斑块的平均面积增大,分离度、破碎度和孔隙度减小,城市的开发趋向有序化、规模化;但由于人类活动作用方式或作用程度的不同,不同的景观类型在同一时间段,或者同一景观类型在不同的时间内空间格局的转变模式不同,1986~1994年城市扩展的速度很快,开发比较混乱,城市、农村居民地和交通用地等人文景观的面积大幅增加,耕地、绿地和未利用地的面积大量减少,斑块分布不均匀,空隙度增加,1994~2000年城市扩展的速度减慢,开发趋向有序化,除耕地外,其他景观类型的分离度、破碎度和孔隙度减小,空间分布趋向均匀。     

Detecting spatiotemporal change of land use and landscape pattern in a coastal gulf region,southeast of China

Geographic information system (GIS), remote sensing (RS), gradient analysis, and landscape pattern metrics were coupled to quantitatively characterize the spatiotemporal change of land use and landscape pattern over the period 1988–2007 in a coastal gulf region, southeast China. The results obtained show an increase in cropland, buildup land, and aquiculture area and decrease in orchard, woodland, and beach area during 1988–2007. Landscape fragmented processes were strengthened and landscape pattern structure became more complicated in the last two decades in Luoyuan gulf region. The dynamics intensity of landscape pattern is stronger during 2002–2007 than that during 1988–2002. Spatial difference of urban–rural landscape pattern can be detected distinctively in two transects in terms of landscape metrics. Urbanization processes and the policy developed to transfer seawater into buildup land are two driving forces leading to the spatiotemporal change of landscape pattern in Luoyuan gulf region in the last two decades.     

武汉市湿地景观格局变化研究

在遥感和地理信息系统支持下,利用1996年和2001年两个时期的Landsat TM假彩色合成影像作为信息源,选取斑块密度、斑块分维数、景观破碎度、景观多样性、优势度和均匀度等指标,对武汉市湿地景观格局的变化进行定量分析,并利用马尔科夫转移矩阵模型研究各类景观的转化情况。研究结果表明,1996~2001年间,该研究区的湿地景观格局在人类活动的影响下发生了较大变化,湖泊面积减小,人工湿地面积增加,湿地景观趋于破碎化,景观分布趋于均匀。     

近十年重庆市NDVI变化及对气温降水的旬响应特征分析

在利用SPOT VGT NDVI旬数据、重庆市及周边20个气象站点1999~2010年日气温与降水数据以及研究区相关图件资料的基础上,运用均值法、差值法、趋势线分析和时滞互相关分析法分析重庆市NDVI变化的时空特征及旬平均NDVI与旬均温和旬降水的相关性以及时滞情况。结果表明：1999~2010年重庆市NDVI呈稳步上升趋势;NDVI下降的区域主要集中在渝西北、渝东北、渝南等三峡库区的外围;NDVI与气温和降水之间存在较强的相关性,且NDVI与气温较与降水之间的相关性更强,表明在研究区气温对NDVI的影响大于降水;NDVI与气温和降水之间的相关性和时滞情况存在明显的东南-西北差异,东南地区时滞较长、相关性低,西北地区时滞较短,相关性高;各植被类型NDVI与气温和降水的相关程度高低以及响应速度的快慢决定于各植被类型的生长发育规律及其对气温或降水要求的高低     

黄河三角洲湿地主导生态服务功能价值估算

黄河兰角洲湿地是全球暖温带最典型的河口三角洲湿地,具有多种生态服务功能.本文依据每种生态功能的特点和作用机理,分别运用生态经济学、环境经济学或资源经济学的方法对各主导生态服务功能的价值进行了量化估算.结果表明:在黄河三角洲湿地10项主导生态服务功能中,蓄水调洪和降解污染物的功能价值最大;黄河三角洲湿地单位面积价值大约是全国湿地平均单位面积价值的10倍,其中自然湿地的单位面积价值远高于人工湿地的单位面积价值.本研究结果使人们直观地看到了湿地给人类带来的福利,为湿地生态资源的合理定价、有效补偿提供了科学依据.     

江汉平原建设用地扩张的时空特征与驱动力分析

建设用地的迅速扩张已经成为当前中国土地利用变化的主要特征。以中国科学院土地利用数据库（基于1995、2000和2005TM影像）为基础,利用GIS空间叠加分析和缓冲区分析技术,提取建设用地变化及其空间分布信息,运用建设用地扩张速度和强度指数对江汉平原1995～2005年10 a来建设用地扩张的时空特征进行了研究。在此基础上,结合各县市的社会经济等信息,运用灰色关联分析,对建设用地扩张的驱动力进行探讨。结果显示：总体上江汉平原建设用地扩张速度呈现增大趋势,但各县市之间扩张差异显著;各县市建设用地扩张分布上呈现组团状特点;沿交通线扩张的特征较为突出,尤其是后一阶段增幅高于前一阶段,沿江扩张增幅明显;总人口的增长是江汉平原建设用地扩张最主要的驱动力;交通条件改善、经济发展与区域建设用地扩张也有明显的相关关系     

升金湖自然湿地越冬鹤类生境适宜性变化研究

升金湖湿地位于安徽省长江中下游区域,是鹤类重要的越冬地之一,湿地景观的变化影响越冬鹤类的生境质量。研究湿地内越冬鹤类生境变化地对湿地生态恢复有着重要的研究意义。以升金湖国家级自然保护区为研究对象,利用ERDAS软件将1986年到2015年间8个年份冬季的TM影像数据将景观类型分为8种类型,用FRAGSTATS软件计算出各个年份的景观指标。选取干扰程度、食物丰富度、植被覆盖和水文条件4种因子作为影响越冬鹤类生境的主要因子。建立越冬鹤类生境适宜性评价模型,用ArcGIS生成鹤类生境适宜性评价图。用皮尔逊相关分析研究鹤类数量与生境适宜性的相关性。结果表明：升金湖保护区的景观格局变化明显,湿地斑块数量增加,景观的破碎度程度增加,景观斑块差异在逐渐变小,多样性指数和均匀度指数逐渐变大。越冬鹤类生境适宜性综合指数从0.845下降到0.465,总体的生境明显恶化。越冬鹤类的生境适宜性面积从1986年的 13 577.11 hm2 下降到2015年的 7 424.42 hm2,进而导致越冬鹤类数量在1986年到2015年总体呈下降趋势。鹤类数量与生境适宜性呈正相关。 关键词： 生境影响因子;生境适宜性评价模;越冬鹤类;景观格局     

湖南永吉高速公路建设的景观格局影响评价

利用遥感（RS）、全球定位系统（GPS）与地理信息系统技术（GIS）,对湖南省永吉高速公路沿线建设前后的景观进行分类和制图,结合景观结构分析软件Fragstats33和景观生态学方法,从斑块和景观两个层次上研究高速公路建设前后景观格局的变化。结果表明：（1）斑块层次指数中,沿线除公路用地外各景观类型的面积均有所减少,257%的土地转换为公路用地,其中旱地面积减少最多,但是公路建设前后没有改变该区域的优势斑块类型;（2）景观层次指数中,斑块数目和斑块密度的增加与最大斑块指数的减少,都表明景观异质性增加;（3）不同缓冲区分析结果表明：高速公路建设对景观格局的干扰突出表现在距公路较近的500 m缓冲区内。本研究方法在未来路网规划与环境影响评价中具有一定应用前景     

川中丘陵区植被遥感动态监测及其驱动力分析

川中丘陵区是长江上游重要的生态屏障,也是国家退耕还林还草和天然林资源保护工程重点实施区。近年来,由于气候变化与人类活动的影响,该区植被覆盖及生态发生了较大变化。利用该地区2000～2015年MODIS NDVI数据、气象和土地利用数据以及研究区统计数据,采用最大值合成法(MVC)、趋势分析法和相关系数法,分析了川中丘陵区经国家生态工程建设后的植被动态变化特征,并探讨了气候变化和人类活动对植被覆盖的影响。研究结果表明:近15年,川中丘陵区植被呈增加的趋势,增速为5. 84/10 a(P0. 01);31. 58%的区域植被NDVI显著增加,主要分布在嘉陵江中游和岷江中下游,2. 90%的区域植被NDVI显著减少,主要分布在城市中心及周边;研究区植被对降水的敏感性较气温更强,22. 08%的区域面积NDVI与降水是呈显著相关的,仅7. 69%区域面积NDVI与气温是显著的;森林、灌木和草地的NDVI增加明显,各自增加比例超过60%,而建设用地和湿地是NDVI减少最明显的土地利用类型;退耕还林还草和天然林资源保护工程的建设,对川中丘陵区植被覆盖的增长起到了积极作用。