快速城市化地区景观组分在地形梯度上的分布特征研究_喻红

收稿日期:19991231;修订日期:20000227基金项目:国家自然科学基金资助项目(49871070)。

作者简介:喻 红(1976-),女,四川成都人,硕士研究生,主要从事景观生态学方向研究。

文章编号:10000690(2001)010064-06

快速城市化地区景观组分在地形梯度上的

分布特征研究

*

喻 红,曾 辉,江子瀛

(北京大学城市与环境学系,北京100871)

摘要:采用地形位指数综合描述深圳市龙华地区的地形差异,并在此基础上,利用无量纲的分布指数对景观组分的空间分布特征进行半定量分析。结果表明,地形位指数可以综合地反映地形条件的空间分布和差异信息。分布指数用于描述某种组分的实际分布与标准分布的差异,可以排除面积的干扰,为各种比较分析创造了条件。研究时段内龙华地区景观组分在地形位梯度上整体分布格局的复杂性显著增加。人为景观改造活动主要表现为一种中尺度土地利用结构调整行为,并有助于对不同地形条件下的土地利用进行更加严格的分工,地形差异则是大尺度景观整体格局形成的基本骨架。

关 键 词:景观;深圳市;空间分布;地形位指数;分布指数中图分类号:F301124 文献标识码:A

前 言

地形差异是景观结构和格局空间分异的重要影响因子[1~3],特别是在人为活动占优势的景观中,地形特征通常成为大尺度人为干扰活动地域分布格局的基本骨架。基于这一原因,无论景观组分类型还是各种生态过程,在地形梯度上往往表现出规律性的分布特征。利用GIS 作为基本分析工具,通过数字高程模型(DEM )和景观图的对应分析,可以清晰地了解景观组分的空间分布特征,进而为各种建模工作提供必要的支持。以往景观生态学在关于地

形方面的研究中,多数工作围绕单一的地形因子和单一过程进行研究[4~6]

。关于地形差异的空间分异描述方法,以及景观组分在不同地形条件下的空间分布特征研究还不多见。本文以深圳市龙华地区为例,就上述问题进行初步研究。

本研究选定的工作区(面积为324km 2

的正方形区域)位于深圳市中北部,是以龙华镇为中心的一个半封闭盆地。区内西部的羊台山为深圳地区的最高峰,海拔高度为58713m 。中部的观澜河谷地海拔高度平均只有几十米,所以龙华地区是深圳市境内地形差异最大的地区(表1)。

表1 龙华地区不同高程下的土地面积和比重

T able 1Area and percentage of different elevation classes in Longhua region

分类0~30m 30~70m 70~120m 120~200m 200~300m 300~450m 450~600m

面积(km 2)14199128187134144201511618951143116百分比(%)

4163

39177

41149

6133

5121

1159

0198

1 数据来源及研究方法

111 数据来源及分析因子选择

在人为活动占优势的景观中,高程和坡度是影

响农业生产和城市建设活动的两种最主要的地形因子。坡向虽然对于某些农业组分类型的分布具有一定的影响,但对于建设用地选择的约束作用不强。故本研究在景观组分分布的地形影响研究中,主要

第21卷第1期2001年2月

地 理 科 学

SCIENTIA GEOGRAPH ICA SIN ICA

V ol 121 No 11F eb 1,2001

围绕高程和坡度两个因子的组合影响进行。研究中所需的地形信息是以龙华地区1983年1B100000的地形图作为基础数据来源,在ADOBE STREAM LINE软件支持下扫描输入等高线,利用W INSURF插值生成龙华地区的数字高程模型(图1a),并通过IDRISI软件获得工作区的坡度分布图。生成的高程图和坡度图在大小和分辨率上分别与景观分类图进行匹配。

景观分类图的制备使用了龙华地区1988、1992和1996年三个时段的TM影像数据。景观分类共确定了水体、林地、城镇建成区、农田、果园和新开发区6个组分类型。由于工作区内水体面积比重比较小(不同年份仅占工作区总面积的1%~2%之间),且多数为中小型水库,在地形梯度上的分布和变化规律不明显,故具体分析过程中没有进行考虑。另外,新开发区作为其它景观组分向城镇用地类型转化的一种中间过渡类型,与城镇建成区合并作为一种类型(城镇建设用地)进行研究。

112地形位指数

地形条件对景观分布的约束往往表现为地形和高程的综合作用,单一高程或坡度梯度上的空间分析无法体现这种综合影响。为综合反映地形条件的空间分异,本研究利用地理信息模型建模方法,将高程和坡度组合成一个地形位指数,以便对龙华地区的地形特征进行重新描述和梯度分类。地形位指数的公式表述如下:

T=log[(E

E +1)#(

S

S

+1)](1)

式中,T为地形位,E及E分别代表空间任一点的高程值和该点所在区域内的平均高程值,S与S分别代表空间任一点的坡度值和该点所在区域内的平均坡度值。利用上式转换后,空间上每一点都有一个地形位,原来的地形属性(包括高程与坡度)即可以由地形位来综合描述。显然,高程低、坡度小的地方地形位小,而高程高、坡度大的地方地形位大,其它组合情况(如高程低、坡度大地区,高程高、坡度小地区以及高程和坡度均属于中等水平地区)的地形位则居于中间值区间。

113分布指数

利用地形位指数对地形差异进行重新描述后,地形条件对景观组分空间分布的影响问题被简化为在地形位梯度上不同景观组分出现频率问题的探讨。但是这种分布频率的可比性还受到以下两个因素的影响:1)地形位在空间的分布情况,即不同地形位区段的面积差异影响;2)景观类型的面积比重差异,不同景观组分的面积比重不同,使不同类型间的分布特征无法进行比较。为消除面积差异带来的量纲影响,本文构建了一个分布指数来描述不同景观组分在地形位梯度上的分布情况,并引入标准分布的概念来进行不同地形位区段或不同组分类型间的比较,分布指数描述如下:

P=(S ie/S i)/(S e/S)(2)式中,S i e为e地形位下第i种景观组分的面积,S i 为整个工作区内第i种景观组分的总面积;S e表示整个区域内第e种地型位的总面积,S为整个区域的面积(36万个像元)。分布指数作为一个无量纲指数,对于景观组分空间分布具有如下指示意义:

1)某种组分的地形位分布曲线反映出该组分在地形位梯度上的分布变化情况,若曲线比较平缓,起伏不大,则表明该种组分的分布与标准分布偏离不大,对地形差异的适宜性较广;若曲线起伏较大,有明显的峰或谷,表明该组分对地形具有较强选择性(偏好性),在其优势地形位上这种组分发育较多。

2)同一地形位,不同景观组分P值间的差异,是地形对景观组分适宜性的体现。若不同组分的P 值差别不大,都集中在标准1的附近,表明此种地形是一种普适性的地形,适合于各种景观组分的发育。若不同组分的P值差别很大,说明此种地形位是一种狭适性的地形位,只适宜个别组分的发育和分布。

3)在强烈的人为干扰作用导致景观结构和格局发生剧烈调整时,景观组分在不同地形位上的P 值也会发生相应的变化。这些变化可以大致归结为三种情形:(1)景观组分的优势地形位变宽,甚至从狭适性组分转变为广适性组分;(2)景观组分的优势地形位发生较大的迁移,即原有的地形位被其它组分占据而不得不去适应其它地形位,从而调整其分布范围,最终在一个新的地形位范围内稳定下来;

(3)景观组分在优势地形位内的优势性更加显著,对该地形位的占用能力不断增强,其它组分的分布不断被排斥。这种过程将导致景观组分在地形位上的分布不断特化。

2结果与讨论

211工作区地形位特征分析

龙华地区的数字高程模型和采用地形位指数重新描述后的地形模型如图1a和1b所示。为了比较

65

1期喻红等:快速城市化地区景观组分在地形梯度上的分布特征研究