基于GIS技术下滇西北山地城镇景观格局演变研究——以丽江古城区为例

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　　摘要：选取中巴资源卫星2001年和2009年两期丽江地区卫片，对丽江古城区景观格局演变进行分析。通过对研究区域景观分类，计算斑块类型水平指数和景观水平指数，对其进行景观指数分析和土地利用类型转移分析。研究结果表明：研究区域山地城镇景观类型变化显著，人类活动对自然景观的干扰较为强烈。人类频繁的活动对当地自然景观影响较大，大面积的自然景观转变为人工景观。研究区域以旅游产业为主导产业，对自然生态环境有很高的依赖性，随着旅游需求的提升和人们环保意识的加强，到研究末期景观多样性指数和均匀度指数都有一定程度的上升，表明研究区域内景观异质性正缓慢上身，整体景观类型趋于平衡。
　　关键词：景观格局演变；丽江古城区；中巴资源卫星；景观指数；土地利用类型
　　
　　
　　景观格局是指景观的的组分构成及其在空间分布的形式，是景观异质性最具体的表现；景观格局是景观要素长期作用的产物，是各种景观过程在不同尺度上作用的结果[1][2]。通过景观格局演变的研究，可在景观尺度上对区域环境变化进行分析，进而揭示景观格局的空间关系，并在此基础上分析格局演变的驱动因素，进行景观生态规划与设计，从而调整景观格局，优化景观功能[3]。
　　滇西北纵谷区地处云南、西藏和四川三省区交界处，这里地属低纬度高山峡谷区，位于横断山脉中部及三江上游,受高山峡谷、河流的影响较大[4]。滇西北山地区域有不同的居住形态类型；有不同的聚居模式；有不同的民族族群聚落；有宗教文化相异的不同社区。人居空间在与自然适应过程中形成的“大分散、小聚合”的基本模式[5]。该区域具有以自然山河为背景及“容器”、以平坝为依托的景观格局，良好的生态环境是其可续发展的基础，对该区域景观格局演变的研究将使其资源优势得到更大的发挥[5]。
　　1．研究区域和方法
　　1.1研究区域概况
　　本次研究区域选取云南省丽江市古城区，是丽江市行政中心所在。全区地跨北纬26°34′~27°46′，东经99°23′~100°32′，总面积1255.4平方千米，山区占总面积的77％，坝区（山间盆地）占23％。该地区属于典型的山地城镇区域。其中，金江乡江边村的金沙江出口处海拔1219米，为全区最低点，丽江坝2380米、七河2240米，金安2680米，高差达440米。丽江近年旅游业的发展带动，使城镇发展水平明显加快，尤其是2001年，玉龙雪山度假区列入全国首批AAAA级旅游区行列，以及“三江并流”区域列入世界自然遗产名录后，丽江的城镇发展和自然环境之间的冲突就更为人所关注。加之该地区特殊的地理环境和人文环境，使得丽江古城区成为山地城镇发展的典型代表。
　　1.2卫星数据处理
　　本次研究所用卫片主要有中巴ZY01卫星拍摄2001年丽江地区卫片，波段数三段（2、3、4）、质量7、空间分辨率19.5米、地图投影和坐标：UTM_WGS_84；中巴CBERS2B卫星拍摄2009年丽江地区卫片，波段数三段（2、3、4）、质量5、空间分辨率19.5米、地图投影和坐标：UTM_WGS_84。
　　参考地形高程和GOOGLEEARTH标志点精确经纬度坐标对卫片进行几何校正，校正后相对误差控制在1~2个像元内[6][7][8]。由于两年份的卫片所覆盖区域稍有不同，在研究中截取范围为：丽江市古城区不包括东南角金江乡江边村委会（如图1所示）。所选区域为丽江市核心区域，包括丽江行政中心、古城旅游区、水系、湖泊、林地、耕地等，地物类型丰富，且具有典型山地城市特点，研究具有代表性。
　　
　　图1研究区域范围图
　　
　　1.3景观分类
　　景观分类是景观格局分析研究的基础，是研究景观演变过程的前提[6]。本次研究重点在于人工环境和自然环境之间的演变，考虑所采用遥感卫片为中观尺度的特点，结合研究区域土地覆被/土地利用，综合城市规划中对土地的分类方法，建立了人工景观和自然景观两个一级分类和7个二级分类[9]。人工景观包括：城镇建设用地、主要道路、农田；自然景观包括：湖泊、河流、植被、未利用地。
　　1.4景观格局演变分析
　　1.4.1分析流程
　　在对两期遥感卫片进行处理，并建立适当的景观分类后，需要对卫片影像进行要素提取，根据景观分类进行景观斑块提取，以供景观格局演变分析使用。由于研究区域地物特征明显，容易分辨，故本次研究采用监督分类的方式对遥感卫片进行要素提取。景观分类完毕后，继而对景观指数进行计算，并分析景观格局的演变特点。总体流程如图2所示。

　　图2景观格局演变分析流程图
　　
　　1.4.2景观指数计算
　　景观指数是景观格局量化研究的基本工具，景观生态学将景观指数分为景观静态分析指数和景观动态分析指数[10]，其中景观静态分析指数包括：斑块特征指数和景观异质性指数，景观动态分析指数包括景观格局分析指数和景观格局动态变化指数。
　　通过不同景观指数加以描述的景观格局具有使数据获得一定统计性质和能够比较分析不同尺度上的格局等优点。常用的景观指数有：景观多样性、优势度、均匀度、景观破碎化指数、聚集度、蔓延度等。这些指数可分为三大类：斑块水平指数、斑块类型水平指数、景观水平指数三大类。结合本次研究区域景观类型比较丰富，研究当中选用斑块类型指数和景观水平两类当中的常用指数进行景观空间分析。
　　斑块类型水平指数选用以下指数：类型面积（CA）、景观类型百分比(PLAND)、斑块个数（NP）、斑块密度（PD）、景观形状指数（LSI）。
　　景观水平指数选用以下指数：斑块个数（NP）、平均斑块分维数（FRAC_MN）、蔓延度指数（CONTAG）、香农多样性指数（SHDI）和香农均匀度指数（SHEI）。
　　2结果与分析
　　2.1景观格局指数分析
　　按照以上各步骤对2001年和2009年丽江市古城区进行量化分析，其景观分类结果如图3所示　　
　　
　　图32001年和2009年丽江市古城区景观分类图
　　
　　借助FRAGSTATS3.3软件，计算得出研究区域三年份的景观数据如下：（表1、表2）
　　2.2斑块类型水平指数分析
　　除去相应的误差，通过对丽江古城区山地城镇景观格局指数结果可以看出：自然类景观面积比从2001年的57.7766%下降到2009年的49.5242%，其中未利用的面积比减少幅度比较大。由此可以看出，整个研究区域中自然景观受城镇化的影响，大面积被开发成人工用地。尤其是未利用地，由于卫片分辨率的限制，未利用地当中包括了除去水域和植被外其他丰富的自然景观种类，未利用地面积的大幅减少说明整个区域自然景观正趋于单一化，优势度下降。与之相对应的，人工景观面积比上升，其中主要道路和城乡建设区面积不同程度的上升，可见人类活动对该区域的影响越来越大。
　　从斑块密度（PD）上来看，研究区域内未利用地斑块密度有所上升，从2001年的5.7254上升至2009年的11.7941，说明未利用地所涵盖的自然景观要素在区域内相对比较集中；而植被则由2001年的15.3036下降到9.7495，可见区域内植被分布更为广泛，也相对破碎。人工景观当中的城乡建设区斑块密度变化幅度不大，也证明研究区域属于滇西北山地区域，人居环境遵循“大聚合，小分散”的规律。
　　斑块形状指数（LSI）反映研究区域内各个景观斑块形状的复杂性。两年数据的比较可以看出，整个研究区域地处山地区域，各个景观斑块形状受地形条件的影响，都比较复杂。
　　2.3景观水平指数分析
　　2001年、2009年两年平均斑块分维数（FRAC_MN）变化幅度不大，整个研究区域从2001年的1.0526下降至2009年的1.0506。分维数的下降说明景观形状的复杂性有所降低。这是由于研究区域属于滇西北上地区域，环境复杂，景观要素复杂，因此分维数变化幅度不大。
　　景观蔓延度（CONTAG）同样变化不大，而且两年的数据都偏小，由此可以看出在山地区域，各个景观之间连接性不是很好，且景观破碎化程度较高，整体景观的优势地位比较低。
　　香农多样性指数（SHDI）从2001年的1.2887上升到2009年的1.3079，说明景观中各类景观类型所占比例差距有所减少。香农均匀度指数（SHEI）由2001年的0.6623上升到2009年的0.6721，表明研究区域景观类型分布正向均匀化发展，但是发展趋势不明显。分析其原因主要有：研究区域属于山地区域，景观类型复杂，受地形海拔影响景观类型相对不均匀；同时伴随丽江旅游的发展，人类干涉活动加大，但人们也更重视研究区域的生态环境问题，注重景观格局的保护和影响，减少对环境的破坏。
　　3结论
　　通过对丽江市古城区2001年和2002年两期景观格局演变情况的分析可知，研究区域山地城镇景观类型变化显著，人类活动对自然景观的干扰较为强烈。人类频繁的活动对当地自然景观影响较大，大面积的自然景观转变为人工景观，尤其是未利用地包含多种自然景观要素，演变为人类居住型景观和生产生活用型景观。
　　研究同时发现在人与自然相处的过程中，人类对自然景观的保护和恢复也有重要的积极作用。研究区域以旅游产业为主导产业，对自然生态环境有很高的依赖性，在开发初期自然景观遭到破坏的情况屡屡发生，但是随着旅游需求的提升和人们环保意识的加强，到研究末期景观多样性指数和均匀度指数都有一定程度的上升，表明研究区域内景观异质性正缓慢上身，整体景观类型趋于平衡。
　　通过对GIS技术以及中巴卫星卫片的使用，发现中巴卫星资源能够很好的应用于山地城镇景观格局演变的研究中。中巴卫星卫片尺度较大、多采用CCD数据光谱、波段较少，卫片空间分辨率高，但存在对细微地物提取困难。在中微观尺度景观格局的研究上，须结合更多的实地踏勘资料作为辅助研究，为山地城镇的可持续发展提供更多的理论依据。
　　
　　参考文献：
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　　[2]张金屯，邱杨，郑凤英.景观格局的数量研究方法[J].山地学报，2001.18(4)
　　[3]张秋菊，傅伯杰，陈利顶．关于景观格局演变研究的几个问题[J]．地理科学，2003.23(3)
　　[4]吴良镛.滇西北人居环境可持续发展研究[M].云南大学出版社，2000
　　[5]徐坚.山地城镇生态适应性城市设计[M].中国建筑工业出版社，2008
　　[6]杨帆，赵冬至，索安宁，张丰收，文世勇，马小峰.中巴资源卫星在双台子河口湿地景观格局变化研究中的应用[J].海洋环境科学，2009.27（6）
　　[7]鲁韦坤,杨树华.滇池流域景观格局变化研究[J].云南大学学报(自然科学版)，2006.28(S1)
　　[8]袁力.基于RS、GIS生态景观格局动态变化及其驱动力的研究——以扎龙湿地为例[J].东北林业大学学报，2007.35（12）
　　[9]赵景柱．景观生态空间格局动态度量指标体系[J]．生态学报，1990.10(2)
　　[10]张秋菊，傅伯杰，陈利顶．关于景观格局演变研究的几个问题[J]．地理科学，2003.23(3)
　　[11]徐坚，梁彦杰，周盛君.滇西北人居环境景观格局特征及生态适应性分析[J].华中建筑，2010.03
　　[12]徐坚，周盛君，李冰.山地村落城镇化中的景观学研究——以云南大理为例[J].科技资讯，2009(34)