厦门市景观格局尺度效应与形成机制解读
景观生态学的基本理论和原理

景观生态学的基本理论一、耗散结构理论1. 耗散结构理论概述⏹一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统),通过不断地与外界交换物质和能量,在系统内部某个变量的变化达到一定的阈值时,通过涨落,系统可能发生突变,由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。
⏹由于这种在远离平衡的非线性区形成的有序结构,以能量的耗散来维持自身的稳定性,故称为“耗散结构”(dissipativestructure) 。
⏹耗散结构:位于远离平衡态的复杂系统,在外界能量流或物质流的维持下,通过自组织形成一种新的有序结构。
2. 耗散结构理论的意义⏹耗散结构理论认为:生态系统属于耗散结构系统,在于:1). 生态系统是开放系统;2). 所有生态系统都远离热力学平衡态;3). 生态系统中普遍存在着非线性动力学过程。
二、等级理论(hierarchy theory )等级理论是关于复杂系统结构、功能和动态的系统理论。
通常,等级是一个由若干个单元组成的有序系统,而复杂性常具有等级形式。
一个复杂系统由相互关联的亚系统组成,亚系统又由各自的亚系统组成,往下类推直到最低层次。
所以,等级系统中的每一层次都由不同的亚系统或整体元组成,每一级组成单元相对于低层次表现出整体特性,而对高层次则表现出从属性或制约性。
基于等级理论,复杂系统可视为由具有离散性等级层次组成的等级系统。
解析:高等级层次上的生态过程(如全球植被变化)呈现大尺度、低频率和慢速;而低等级层次的生态过程(如局地植物群落物种组成变化)为小尺度、高频率和快速。
不同等级层次间相互作用,高层次对低层次的制约作用在模型中可表达为常数,而低层次提供机制和功能,其信息常以平均值的形式来表达。
等级系统结构:分垂直和水平两种。
前者指等级系统层次数目、特征及其相互作用关系,后者指同一层次上亚系统的数目、特征和相互作用关系。
层次和整体单元的边界称为界面。
景观格局演变及其生态效应研究进展
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尺度是景观生态学研究中的一个基本概念,通常人们认为尺度代表研究对象在空间或时间上的量度[1]。从本质上来说,尺度是自然界所固有的特征,然而,基于不同的研究目的和兴趣,生态学家对尺度的理解却不尽相同,如尺度还可以是用于信息收集和处理的时间或空间单位,或者是由时间或空间范围决定的一种格局变化等[21-22]。
专家系统分类也属于人工智能分支,由用户界面、推理器和知识库组成。专家分析方法和经验被事先输入到知识库中,据此对待分类影像地物的多种属性进行分析和判断,并最终确定地物类型。有学者通过分析不同土地利用类型的遥感影像特征,建立起遥感专家分类决策模型库,实现了不同土地利用类型信息的自动分类提取[13]。专家系统的工作主要是利用推理机制进行,因此要充分发挥专家系统的推理判断能力,数据翔实的专家知识库显得尤为重要,这也是建立专家分类系统的难点。
1景观格局研究进展
1.1景观分类
景观组分和要素在景观中是不均匀分布的,从而构成不同的景观生态类型[8],具有异质性;同时,景观在自然界中不同尺度上有着不同的意义和内容,具有等级性。正是由于景观生态系统的异质性和等级性,使建立景观生态分类系统具有可能性和必要性。景观分类是景观格局及其动态过程研究的基础,景观异质性则是景观分类的基础。在一定的空间尺度上,每一个景观类型是相对均质的,其内部组成和结构具有相对一致性。在景观分类过程中通常将具有显著异质性的部分确定为不同的景观或景观要素类型,而将相对均质的部分确定为相同的景观或景观要素。如在区域尺度上,黄土丘陵区土地利用通常可以划分为森林、灌丛、草地、农用地、建设用地、未利用土地以及水域这几种主要类型。土地利用分类对景观格局有非常重要的影响,如对同一景观采取不同分类方案能够产生不同景观格局,但其影响机制目前尚不清楚[9],这也是实际工作中应当注意的问题。
城市景观格局、生态效应及恢复力特征
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城市景观格局、生态效应及恢复力特征城市中的人工景观、基础设施等和其他的一些自然形成的景观、地理特征等等,共同构成了城市景观格局的特征,构成城市景观格局的自然因素具体包括城市的斑块、本底、廊道、边界等因素。
下面主要分析城市景观格局的一些基本特征:1.1 以人为主体的人工景观城市景观格局大部分是由人工设计形成的,人类有目的的进行城市景观设计,以实现城市的美观性和功能性等特征,其次人类在城市中的生活和工作,也影响着城市的自然环境改变,例如人类的生产活动影响城市的水文状况、气象特点,人类的开采资源、建筑施工活动影响着城市的地形地貌和自然资源,人类的对城市的规划设计影响城市的自然条件、水文状况、地表结构、动植物区系等等。
不同城市的景观反映着城市的特色,城市中的景观格局也反映着人工干预的痕迹,因此,城市的景观格局首要的特点体现了人类在城市景观格局形成中的重要作用,城市的景观格局以人工景观为主。
1.2 城市景观的破碎性城市景观的破碎性主要表现在景观的孤立、碎片化,众多的景观单元并没有整体性、系统性,呈现出孤立、零散的特征。
由于人类活动的的复杂性、多变性导致的自然尽管的分化,形成了城市景观的破碎性,例如,城市中的道路建设将城市的进行分割,甚至有一些复杂的交通线路会破坏城市中原有的地形地貌,造成土地景观的破碎化,这也是导致城市生物多样性降低的原因之一,城市景观的破碎化使得城市在城市中难以形成整体的、系统的生态循环系统,不利于城市生态化建设。
1.3 城市景观的异质性景观异质性是指一个景观中对一个种或更高级生物组织的存在起决定性作用的资源或某种形状,在空间上、时间上的变异程度或强度。
在城市生态系统表现为景观格局生态过程和功能之间的关联度变异程度。
景观异质性是基本生态过程和物理环境过程在空间和时间尺度上共同作用的产物,是景观要素生态属性和空间属性变异程度的综合表现。
城市景观的异质性来源主要是人工产生的,如城市中的道路、街道、建筑物、广场、行道树、运河、护城河等都是人工兴建、栽植和开挖的,同时,城市景观的异质性有一部分来自于自然原因,如城市中的河流等等。
景观生态学原理——景观格局与分析
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景观生态学原理|——景观格局与分析景观的三个特征:1、格局:生态系统的大小、形状、数量、类型及空间配置相关的能量、物质和物种的分布2、功能:景观单元之间的相互作用,生态系统组分间的能量流动、物质循环和物种流3、动态:斑块镶嵌结构与功能随时间的变化3.1 景观发育景观格局的形成,受到生物与非生物两个方面的影响3.2 景观要素景观要素包括景观斑块、廊道、基质,以及附加结构3.2.1 斑块(patch)空间的非连续性以及内部均质性1. 斑块起源主要因素:环境异质性(environmental heterogeneity)自然干扰(natural disturbance)人类活动(human activity)1、环境资源斑块由于环境异质性导致,稳定,与自然干扰无关,由于环境资源的空间异质性和镶嵌规律2、干扰斑块由于基质内的各种局部干扰引起,具有最高的周转率,持续时间最短3、残存斑块是动植物群落受干扰后基质内残留的部分4、引进斑块人们把生物引入某一地区后形成的斑块1)种植斑块2)聚居地2. 斑块面积1、对物质和能量的影响2、对物种的影响1)岛屿,面积效应——生境多样性(habitat diversity)——物种多样性2)陆地,基质异质性高3. 斑块形状斑块的形状和走向对穿越景观扩散的动植物至关重要1、圆形和扁长形斑块,内缘比(interior ratio)2、环状斑块3、半岛4. 斑块镶嵌相似的斑块容易造成扩散不同类型的斑块镶嵌,能够形成对抗干扰的屏障、5. 斑块化(缀块性,patchiness)与斑块动态1、斑块化机制斑块化:斑块的空间格局及其变异,大小、内容、密度、多样性、排列状况、结构、边界特征对比度(contrast):斑块之间以及斑块与基质之间的差异程度空间异质性(spatial heterogeneity):通过斑块化、对比度以及梯度变化所表现出来的空间变异性生物感知(organism-sensed):生物对于斑块化的反应最小斑块化尺度(smallest patchiness scale):粒度(grain)最大斑块化尺度(largest patchiness scale):幅度(extent)斑块化动态:斑块内部变化和斑块间相互作用导致的空间格局及其变异随时间的变化斑块化产生的原因:物理的和生物的,内部和外源的2、斑块化的特点1)可感知2)内部结构,时空等级性,大尺度斑块是小尺度斑块的镶嵌体3)相对均质性4)动态特征5)生物依赖性6)斑块的等级系统(patch hierarchy)7)等级间的相互作用8)斑块敏感性(patch sensitivity)9)斑块等级系统中的核心水平:最能集中体现研究对象或过程特征的等级水平,相应的时空尺度称为核心尺度(focal scale)10)斑块化原因和机制的尺度依赖性3、斑块化的生态与进化效应3.2.2 廊道(corridor)廊道是线性的景观单元,具有通道合阻隔的双重作用1. 廊道的起源干扰廊道、残存廊道、环境资源廊道、种植廊道、再生廊道2. 廊道的结构特征1)曲度:廊道的弯曲程度,影响物质、能量、物质的移动速度2)宽度3)连通性:廊道单位长度上间断点的数量表示4)内环境:较大的边缘生境和较小的内部生境3. 廊道分类1)线状廊道:全部由边缘物种占优势的狭长条带2)带状廊道:较丰富的内部种的内环境的较宽条带3)河流廊道:分布在河流两侧3.2.3 基质(matrix)1. 基质的判定1)相对面积2)连通性3)控制程度4)3个标准结合2. 孔隙度和边界形状孔隙度(porosity):单位面积的斑块数目3.2.4 附加结构(add-on)异常景观特征,在整个景观中只出现一次或几次的景观类型3.3 景观格局特征目的:从无序的斑块镶嵌中,发现潜在的有意义的规律性3.3.1 斑块-廊道-基质模式(patch-corridor-matrix model)3.3.2 景观对比度1. 低对比度结构自然形成的,热带雨林,相邻景观要素彼此相似2. 高对比度结构自然、人工3.3.3 景观粒径(landscape grain)粗粒(coarse grain)和细粒(fine grain)生物体粒径(home range):生物体对其敏感或利用的区域粒径大小取决于整个景观的尺度3.3.4 景观多样性(landscape diversity)由不同类型生态系统构成的景观在格局、功能和动态方面的多样性或变异性,反映景观的复杂性程度1)斑块多样性:数量、大小、形状的多样性2)类型多样性:景观类型的丰富度3)格局多样性:景观类型空间镶嵌的多样性3.3.5 景观异质性(landscape heterogeneity)多样性——斑块性质的多样化异质性——斑块空间镶嵌的复杂性,景观结构空间分布的非均匀性、非随机性1)空间异质性2)时间异质性3)功能异质性梯度分布镶嵌结构3.4 生态交错带与生态网络3.4.1 边缘效应与生态交错带景观单元之间的空间联系:生态交错带、网络结构1. 边缘效应(edge effect)边缘地带由于环境条件不同,可以发现不同的物种组成和丰富度边缘物种:仅仅或主要利用景观边界的物种内部物种:远离景观边界的物种2. 生态交错带(ecotone)描述物种从一个群落到其界限的过渡分布区,由两个不同性质的斑块的交界及各自的边缘带组成生态过渡带(transition zone)景观边界(landscape boundary)1)特征:生态应力带(tension zone)、边缘效应、阻碍物种分布(半透膜)、2)描述:结构:大小、宽度、形状、生物结构、限制因素、内部异质性、密度、分形维数、垂直性、外形或长度、曲合度功能:稳定性、波动、能量、功能差异、通透性、对比度、通道、过滤、屏障、源、汇、栖息地3)尺度效应:某一尺度上可以明辨的交错带在另一尺度上可能模糊不清4)气候变化:更为敏感,迟滞(lag)5)生态交错带与生物多样性:农业生产把异质的自然景观变成大范围同质的人工景观,消灭了自然生态交错带,扩展了人为生态交错带3.4.2 生态网络与景观连通性生态网络(network)将不同的生态系统相互连接起来两类物种:生活在网络包围的景观要素内部的物种,廊道是一种障碍;生活在廊道内、沿着廊道迁移的物种1. 廊道网络由节点(node)和连接廊道构成,分布在基质上形式:分支网络(branching network):树状的等级结构环形网络(circuit network):封闭的环路结构1)廊道网络的结构特征网络交点、网状格局、网眼大小、网络结构的决定因素(历史和文化的)2)廊道网络描述连通性:在一个系统中所有交点被廊道连接起来的程度,指示网络的复杂度,用r指数方法来计算r指数:连接廊道数与最大可能连接廊道数之比r=L/Lmax=L/3(V-2),V为节点数环度:用α指数衡量,表示能流、物流、物种迁移路线的可选择程度。
城市土地利用空间结构分析的尺度效应
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城市土地利用空间结构分析的尺度效应
李天宏;张洋;倪晋仁;薛安;欧雄
【期刊名称】《应用基础与工程科学学报》
【年(卷),期】2004(12)2
【摘要】以蛇口工业区为例,采用土地利用信息图的方法、引入均质度的概念研究了城市土地利用空间结构,分五种网格尺度讨论了均质度随网格大小变化的规律.研究表明,土地利用的均质度随着划分的网格尺度的变化而相应变化,信息单元的尺度越小,土地利用的均质度也越小.其原因是网格越大,越能掩盖零散分布的细小土地斑块,强化了区域内主要的土地利用类型;相反,随着网格的缩小,小地块的信息就可以逐渐提取出来,提取的土地利用信息变得复杂.
【总页数】8页(P132-139)
【关键词】城市土地利用;空间结构;尺度效应;均质度;信息图;网格尺度
【作者】李天宏;张洋;倪晋仁;薛安;欧雄
【作者单位】北京大学环境工程系水沙科学教育部重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】F299.233
【相关文献】
1.河谷型城市城乡结合部景观格局空间尺度效应分析——以兰州市西固区土地利用格局为例 [J], 潘竟虎;李璟
2.江淮城市群土地利用空间结构的多尺度研究 [J], 白如山;姜玉培;曾承
3.上海市城市土地利用景观的空间尺度效应 [J], 徐丽华;岳文泽;曹宇
4.基于“三生空间”的滇中城市群土地利用空间结构多尺度分析 [J], 陈仙春;赵俊三;陈国平
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景观格局指数的粒度效应_以沈阳城市森林为例

西北林学院学报2009,24(2):166~170Journal o f No rthw est F or est ry U niversit y景观格局指数的粒度效应以沈阳城市森林为例李小马,刘常富*(沈阳农业大学林学院,辽宁沈阳110161)摘 要:基于沈阳市2006年QuickBird卫星影像,以城市森林为对象,从景观和斑块类型水平研究了25个常用景观格局指数在细粒度范围(粒度边长<30m)的粒度效应。
结果显示:(1)25个指数随粒度增加的响应可分为3类:单调上升或下降、u型或n型变化和无规律变化。
(2)5种城市森林类型对景观格局指数的粒度效应表现出2种趋势:以小斑块为主的附属林和道路林随粒度增加斑块数量急剧减少,相应指数变化幅度较大;以大斑块为主的风景游憩林、生产经营林和生态公益林,景观格局指数对斑块数量变化不敏感,但随粒度增加斑块面积增加,引起面积加权平均斑块面积和有效格网大小等指数较大变化。
(3)通过景观格局指数尺度检测图的拐点,沈阳城市森林景观格局分析的适宜粒度为5m。
关键词:景观格局指数;粒度效应;城市森林中图分类号:S731.2 文献标识码:A 文章编号:1001 7461(2009)02 0166 05Grain Size Effect on Landscape Patt ern IndicesA Case Study of Shenyang Urban Fo restLI Xiao ma,LIU Chang fu*(F or estry Colle ge,Sh enyang Ag ricu ltural Univ er sity,S heny ang,L iaoning110161,China)Abstract:Gr ain size effect on landscape pattern indices of Shenyang urban fo rest w as investigated at the fine gr ain scale(one side of a pix el w as less than30m)through25comm only used landscape indices based on the QuickBird satellite image taken in2006.T he results show ed that(1)the25landscape pattern indi ces can be divided into thr ee types acco rding to their responses to grain size changing.Indices o f the fir st ty pe incr eased or decr eased mo no to nically,and the second type sho w ed u or n sty le,w hile the third gro up displayed uncertain responses;(2)Responses o f landscape pattern indices to gr ain size changing of the five urban forest ty pes fell into tw o trends.Patch num ber o f subor dinated forest and r oad forest decreased fast w ith g rain size changing,w hich caused the corr espo nding landscape pattern indices to change g reatly,be cause the tw o urban for est ty pes w ere mainly com posed of small patches.On the contrary landscape and recreation for est,production and manag em ent fo rest,and eco logical and public w elfare fo rest,character ized by big patches,w ere no t sensitive to patch number but sensitive to patch ar ea,w hich m ade landscape pattern indices such as area w eig hted m ean patch size and effective mesh size to chang e g reatly;(3)5m w as the optim al grain size for Shenyang urban forest landscape patter n r esearch based on landscape pattern indices scalog ram.Key words:landscape patter n indices;grain size effect;urban for est景观格局指数是指能够高度浓缩景观格局信息,反映景观结构组成和空间配置特征的定量指标,收稿日期:2008 05 36 修回日期:2008 07 27基金项目:国家自然科学基金(30600482)。
【景观生态学题库】景观生态学判断题
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【景观生态学题库】景观生态学判断题景观生态学题库一、名词解释斑块、廊道、景观粒度、景观对比度、空间异质性、尺度、景观边界、景观连接度、生态学干扰、“源”景观、景观格局、环境资源斑块、残存斑块、孔隙度、尺度效应、文化景观、广义景观、景观生态网络、景观指数、组织尺度。
斑块:二、单项选择题1.景观要素的类型主要由什么构成()。
(A)斑块、廊道、基质(B)斑块、类型、格局(C)空间、基质、尺度(D)格局、过程、空间2.景观生态学中,景观的本质主要是指什么()。
(A)绝对空间尺度(B)相对空间尺度(C)景观与特定研究问题相关的空间异质性(D)景观生态流3.景观生态学是一门什么学科()。
(A)单一学科(B)综合性学科(C)交叉学科(D)综合性交叉学科4.目前,最受人们重视、最活跃的生态学研究领域是()。
(A)个体生态学(B)种群生态学(C)群落生态学(D)生态系统生态学5.一个与周围环境不同的相对均质的非线性区域称为()。
(A)廊道(B)基底(C)斑块(D)基质6.广义景观强调空间的什么性质()。
(A)异质性(B)斑块性(C)重复性(D)均质性7.景观中不同生态系统的面积、形状和丰富度,它们的空间格局以及能量、物质和生物体的空间分布等,均属于下列哪一的内容()。
(A)景观结构特征(B)景观功能(C)景观动态(D)景观差异性8.景观功能的改变可导致什么结果()。
(A)结构的变化(B)功能的改变(C)动态的变化(D)不会变化9.景观结构的具体含义是指()。
(A)景观组成单元的类型,多样性及其空间关系(B)景观结构与生态学过程的相互作用,或者景观结构单元之间的相互作用(C)景观在结构上和动能方面随时间的变化(D)景观对其他生态环境的影响作用10.景观功能的具体含义是指()。
(A)景观组成单元的类型,多样性及其空间关系(B)景观结构与生态学过程的相互作用,或者景观结构单元之间的相互作用(C)景观在结构上和动能方面随时间的变化(D)景观对其他生态环境的影响作用11.景观动态的具体含义是指()。
景观生态学:第九章 景观尺度与景观生态分类 (Ⅰ)
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用不同尺度/维度测量同一个对 象,结果会存在差异
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自然界中分形图 形广泛存在
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海岸线长度测量中的测不准原理
秃头鹰的巢间距为 0.78km,因此用0.78km 的尺子测量海岸线,藤壶 巢间距为0.00002km。
1200 ●
1000
以一根藤壶间距的 尺子测得的海岸线
6
1 尺度的概念
(3)尺度的基本类型 空间尺度 spatial scale 生态系统面积大小和最小 信息单元的空间分辨率 时间尺度 temporal scale 研究对象/现象发生的时 间长短及时间分辨率 组织尺度 organizational scale 在生态学等级系 统中的位置
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分子生态学(Molecular ecology) 个体生态学(Autecology)-(生理生态) 种群生态学(Population ecology /Genecology) 群落生态学(Community ecology / Synecology) 生态系统生态学(Ecosystem ecology) 景观生态学(Landscape ecology) 区域生态学(Regional ecology) 全球生态学(Global ecology)
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回到观察的起点,能1用5 我们的手臂够到距离…
1m的距离
110mcm的的距距离离 1cm的距离 1 mm的距离 100 μm 的距离 10 μm的距离 1 μm 的距离 100 nm 的距离 10nm 的距离 1nm 的距离 1pm 的距离 1fm 的距离
景观的分形几何学(fractal geometry)
需要时间; 引发一个生态过程/变化的几个必要条件很少同
基于景观尺度的城市冷岛效应综述
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基于景观尺度的城市冷岛效应研究综述∗余兆武1,2㊀郭青海1㊀孙然好3∗∗(1中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室,福建厦门361021;2中国科学院大学,北京100049;3中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室,北京100085)摘㊀要㊀城市冷岛效应相对于热岛效应而提出,强调景观规划对于优化城市热环境的功能和途径.本文从景观斑块面积㊁指数㊁阈值以及景观格局及其相关性等方面分析了水域㊁绿地与公园冷岛效应研究进展.分析发现:基于景观尺度的城市冷岛效应在面积与形状指数二者谁具有更为显著的冷岛效应方面存在较大争议,对阈值的辨识还不够深入,并且过多关注景观组成而缺乏关于不同景观配置对冷岛效应的影响研究.水域景观的冷岛效应应该多关注形状㊁宽度以及位置等的影响,而绿地景观的冷岛效应多关注绿地类型㊁面积㊁配置和管理方式等,城市公园的冷岛效应还会受到海拔㊁人类活动等影响.基于此提出几点建议:以阈值研究为主导,对争议问题进一步探求其形成的原因;强化对时间序列的研究;辨识不同景观格局和景观配置对 冷岛 效应的影响;注重尺度和粒度对冷岛效应的影响研究;加强多学科的交叉耦合.关键词㊀水域景观;绿地景观;公园;城市冷岛;阈值文章编号㊀1001-9332(2015)02-0636-07㊀中图分类号㊀Q14㊀文献标识码㊀AImpactsofurbancoolingeffectbasedonlandscapescale:Areview.YUZhao⁃wu1,2,GUOQing⁃hai1,SUNRan⁃hao3(1KeyLaboratoryofUrbanEnvironmentandHealth,InstituteofUrbanEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Xiamen361021,Fujian,China;2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China;3StateKeyLaboratoryofUrbanandRegionalEcolo⁃gy,ResearchCenterforEco⁃EnvironmentalSciences,ChineseAcademyofSciences,Beijing100085,China).⁃Chin.J.Appl.Ecol.,2015,26(2):636-642.Abstract:Theurbancoolingisland(UCI)effectisputforwardincomparisonwiththeurbanheatislandeffect,andemphasizesonlandscapeplanningforoptimizationoffunctionandwayofurbanthermalenvironment.Inthispaper,wesummarizedcurrentresearchoftheUCIeffectsofwaters,greenspace,andurbanparkfromtheperspectiveofpatcharea,landscapeindex,thresholdvalue,landscapepatternandcorrelationanalyses.Greatcontroversywasfoundonwhichofthetwofactorspatchareaandshapeindexhasamoresignificantimpact,thequantificationofUCIthresholdisparticularlylacking,andattentionwaspaidtoomuchontheUCIeffectoflandscapecompositionbutlittleonthatoflandscapeconfiguration.Moreattentionshouldbepaidonshape,widthandlocationforwaterlandscape,andonthetypeofgreenspace,greenarea,configurationandmanagementforgreenspacelandscape.ThealtitudeofurbanparkandhumanactivitiescouldalsoinfluenceUCIeffect.Inthefuture,thethresholddeterminationshoulddominatetheresearchofUCIeffect,thereasonsofcontroversyshouldbefurtherexplored,thestudyoftimesequenceshouldbestrength⁃ened,theUCIeffectsfromlandscapepatternandlandscapeconfigurationshouldbeidentified,andmoreattentionshouldbepaidtospatialscaleandresolutionfortheprecisionandaccuracyoftheUCIresults.Also,synthesizingthemultidisciplinaryresearchshouldbetakenintoconsideration.Keywords:waterlandscape;greenlandscape;urbanpark;urbancoolingisland;threshold.∗国家自然科学基金项目(41471150,41230633)㊁厦门市科技计划项目(3502Z20122001)和国家科技支撑计划项目(2012BAC07B04)资助.∗∗通讯作者.E⁃mail:rhsun@rcees.ac.cn2014⁃04⁃18收稿,2014⁃10⁃25接受.应用生态学报㊀2015年2月㊀第26卷㊀第2期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ChineseJournalofAppliedEcology,Feb.2015,26(2):636-642㊀㊀快速的城市化显著改变了城市景观过程和格局演化[1-2],尤其是导致城市地表不透水面积增大[3-4],改变了城市地表的热力性质,导致城市地区近地层大气结构发生改变,产生了诸如城市 雨岛效应 ㊁ 干岛效应 ㊁ 雷暴岛效应 ㊁ 混浊岛效应 以及 热岛效应 等生态环境后果[5].城市热岛效应是城市中的气温明显高于外围郊区的现象,是城市气候中最显著的特征[6].城市 冷岛效应 是随着城市 热岛效应 研究的不断深化而逐渐发展起来,强调如何通过更加有效的景观规划措施减缓这一热岛效应. 冷岛效应 最早出现在对沙漠绿洲与湖泊观测时发现的气象现象,相对于热岛效应称之为 冷岛效应 [7].而随着城市化的发展,在城市大尺度上也逐渐认识到城市冬季白天 冷岛效应 的存在[8].现有大多数城市热岛效应的研究是在整个城市尺度,对城市内部不同景观斑块的微观气候条件缺乏研究[6,9].随着景观生态学的发展,景观尺度对缓解城市热岛的研究逐渐得到学者关注,随之也开始了对城市 冷岛效应 的研究.城市景观中水体常被称为 蓝 系统,而绿地则被称为 绿 系统[10].水体景观与绿地景观都具有冷岛效应[11-13].公园通常具有绿地与水域,城市中公园又是必不可少并且具有明显冷岛效应的景观类型,因此公园可以作为一种独立景观斑块进行研究.冷岛效应不仅具有正效应,也具有负效应,夏季为正效应,冬季一般表现为负面效应,比较不同景观类型地表温度的变异特征则可以发现其正负效应规律[14].水域㊁绿地和公园的夏季降温效应明显㊁强度大,而冬季降温效应不明显㊁强度小,总体来看,降温效应为正面作用.本文着重综述不同水域㊁绿地和公园冷岛效应的正面作用,以期为城市环境优化与规划实践提供理论和实践支持.1㊀常用的研究方法与存在问题现有的基于景观尺度的城市 冷岛 研究方法与城市热岛的研究方法基本相同.数据获取上主要采用实地测量㊁气象监测资料㊁卫星遥感等方法[15-17].传统的实地监测与气象资料难以很好地反映城市热环境空间状况[18],也难以有效地反映城市 冷岛 情况.热红外遥感技术通过对大范围㊁大尺度遥感数据分析可以很好地解决上述问题[17,19-20].国内学者主要利用遥感和GIS相结合的方法建立冷岛分布和强度特征,并探讨其中的相关关系[9,21-23].但这一方法也有缺陷,遥感技术方法只能反映出地表温度(LST)却不能反映真实的气温,无法反映因水域㊁绿地冷岛效应所降低的温度[24],也无法反映垂直结构的影响.数学模型和计算机模拟技术运用于预测绿地对热岛的缓解作用[25-26],但该方法也存在模拟结果难以检验等问题.目前,常用的研究流程主要为:对实地测量㊁气象监测以及卫星遥感数据获取后进行参数设定和数据校正,其中,遥感数据主要通过LandsatTM㊁SPOT㊁ASTER㊁QuickBird㊁IKONOS㊁Worldview等卫星遥感手段获取,并进行辐射校正㊁几何校正与配准,然后对LST进行反演,随后将校正后的信息在ArcGIS上进行缓冲㊁叠置㊁邻域等分析,最后通过确定的景观指数与参数设定进行相关的统计分析(图1).基于景观尺度的冷岛效应研究最终目的就是通过对水体㊁绿地㊁公园等景观斑块进图1㊀城市 冷岛效应 研究技术与方法Fig.1㊀Methodsandtechniquesintheresearchonurbancoolingeffects.7362期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀余兆武等:基于景观尺度的城市冷岛效应研究综述㊀㊀㊀㊀㊀㊀行研究以期为缓解城市热岛服务,因此城市 冷岛 研究最显著的特征就是如何构建最优的方法以明确景观尺度对城市 冷岛效应 的最佳阈值.2㊀城市水域的 冷岛 效应城市水域景观包括河流㊁湖泊和水库湿地等,是城市最重要的生态空间之一,是城市中自然要素最密集㊁自然过程最复杂的地域,对城市景观生态系统的形成发展具有重要影响[21],具有明显的 恒温效应 [3].水具有较大的热容量与热惯性㊁较低的热传导与热辐射率,有效降低了显热交换能力,改变了热量传输方式[27-29].因此,城市水域景观对于维持城市生态系统的平衡㊁缓解热岛效应㊁改善局部小气候以及对于城市 冷岛效应 的研究都具有重要意义[21,30].城市水域景观具有 冷岛效应 是学界共识[13].李东海等[31]研究发现,水面比例与地表温度呈显著的负相关,相关系数达到-0.72,岳文泽等[21]研究发现,上海外环的水域景观温度比整个外环平均地表温度低2.76ħ,具有明显的冷岛效应.从水域形状指数上看,岳文泽等[21]认为,面状水域比线状水域有更高的冷岛效率,并且随着距水域距离的增加呈非线性降低,线状河流的景观宽度与流经区域共同决定冷岛效率强弱.Sun等[22]研究认为,水体位置与周围建筑用地对城市冷岛效应具有重要作用,并且水体位置和景观形状指数(LSI)与城市冷岛强度存在相关关系.虽然城市水域景观具有 冷岛效应 ,但城市中的水体或绿地面积不可能无限大,因此相关研究逐渐从定量研究水域能够达到多大的冷岛效率(即能够降温多少或者占比多少)到定量分析哪种形状以及面积大小能够达到最大的冷岛强度,即阈值,城市水域冷岛强度只有在阈值范围内才能达到最高效率[3].有研究指出,河流水体的冷岛有效范围在200m左右,并且河流越宽,效率越高[31];Adams等[32]也发现,35m宽的河能够使其周围温度下降1 1.5ħ,有绿地存在时效果更强.Sun等[9]在北京研究发现,随着水体面积的增大,冷岛强度增大,但冷岛效率明显降低,59%的水体冷岛范围在100m以内,冷岛平均强度为0.54ħ㊃hm-2, 冷岛 效率平均为1.76ħ㊃(100m)-1㊃hm-2,且面积较小水体的冷岛效率变异很大,表明水体冷岛效率存在面积阈值和其他控制因子.城市水体冷岛效率阈值研究非常重要,原因在于一方面城市化过程不可能无限制增加水体或者绿地面积,另一方面如果完全忽视水体和绿地的规划建设则会导致城市生态系统失衡,产生诸如城市热岛等一系列不利影响,只有通过阈值研究才能兼顾环境与发展的平衡,为城市规划提供最优决策.由于研究区域㊁研究方法(地表温度反演方法不同)㊁时间与数据处理手段等的差异,有关水域与绿地冷岛效应的很多研究经常出现完全相反的结论,所以建议未来研究应该借鉴水文学中配对流域实验 的理念方法进行更加深入系统的城市 冷岛效应 配对实验研究,找出真正的关键因子,更好地认识其内在机理.3㊀城市绿地的 冷岛 效应城市绿地斑块包括草地㊁林地㊁乔灌草混交地,是维持城市生态系统平衡的重要景观类型.绿地植物通过植物蒸腾作用和光合作用能够有效吸收到达地表的太阳能辐射[33],并且植物遮蔽效应还通过拦截太阳辐射以及通过改变空气运动和气流交换来降低地表温度[25,34],这是城市绿地景观产生冷岛效应的基础.许多研究都指出,城市绿地能够减缓热岛效应,具有 冷岛效应 [11-12,35],也有人称为 绿岛效应 .这一效应受到绿地大小和类型㊁植物结构特征㊁格局特征㊁时间尺度的影响[12,19].Tiangco等[36]研究发现,温度与归一化植被指数(NDVI)呈显著负相关;Hardin等[37]发现,叶面积指数(LAI)与温度呈负相关关系,且LAI每增加1个单位,温度会降低1.2ħ.一般认为,绿地面积越大,冷岛效应越显著,但这种情况并不是绝对的[22,25].如Mikami等[38]对日本不同大小城市森林冷岛强度的研究发现,如果面积超过20hm2,冷岛强度就不会增加.另外,不同形状指数所产生的冷岛效应也有所不同,朱春阳等[20]研究表明,城市带状绿地可以发挥温湿效应的阈值宽度为34m,并且还受周边环境的影响.不同类型绿地的冷岛效应也存在差异,研究发现,人工绿地类型的冷岛效应明显弱于自然绿地类型[19].曹璐等[39]研究表明,植被的冷岛作用大于水体,但徐涵秋[13]研究发现,水体的冷岛作用大于植被,白杨等[40]研究发现,绿地与水体的冷岛作用随着不同月份而出现不同,5月绿地降温效率大于水体,而11月水体降温效率大于绿地,说明时间是影响冷岛作用的重要因素[40-42].过去对城市绿地冷岛的研究并没有很好区分不同的草地㊁林地等绿地类型,由于不同的参数设置对不同类型绿地的研究结果有很大影响,因此今后应针对不同绿地类型选取适当的参数[43].此外,不同树种具有不同的郁闭度,因而针对836㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀应㊀用㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀26卷不同树种的冷岛效应也是研究热点之一[25,44].不同的阈值率与绿地配置结构是研究城市绿地冷岛效应的重要方向.李延明等[45]研究发现,绿化覆盖度与冷岛强度呈正相关关系,绿化覆盖大于30%时,绿地对热岛有明显的削弱作用,超过50%时,得到明显缓解,规模大于3hm2且绿化覆盖率达到60%以上的集中绿地能够形成 冷岛效应 ,后来的研究也验证了这一阈值率[46].还有研究认为,绿地面积5hm2是地表温度是否受覆盖率或者面积影响的一个关键阈值[47].不同的绿地由于其内部结构和垂直结构不同,其冷岛强度都是不一样的,何介南等[15]和刘娇妹等[46]研究发现,乔木对城市冷岛效应的影响最显著,其次是乔灌木,最后是草地.Ren等[48]发现,城市森林绿地景观格局配置对缓解城市热岛㊁达到最大的 冷岛 效率具有重要作用.蔺银鼎等[49]在分析绿地结构㊁形状㊁面积等因子的基础上,认为城市绿地效应呈现出以绿地为中心向周边扩散的规律.城市绿地与水域一样,是城市重要且稀缺的景观类型,如何在面积㊁植被特征㊁形状指数以及景观格局基础上找出关键阈值是未来相关研究必须加强之一.4㊀城市公园的 冷岛 效应城市 冷岛效应 研究除了对城市水域( 蓝 系统)与城市绿地( 绿 系统)斑块研究之外,城市公园也是学者研究的一个重要方面.Bowler等[25]通过Meta分析发现,公园具有明显的冷岛效应,平均降温0.94ħ.一些学者也将公园类型的城市冷岛(UCI)称为公园冷岛(PCI)[16].城市公园通常包括草地㊁森林㊁河流以及湖泊等景观要素,因此公园位置㊁面积㊁形状指数㊁关键因子㊁水体或绿地面积所占比例是学者研究的重点.通常情况下,城市公园面积越大,其 冷岛效应 越明显,但两者关系是非线性的.有研究发现,城市公园面积大小存在一个阈值,超过这个阈值,其冷岛效率就出现下降[6,16,50],如对山城重庆的研究结果表明,公园面积超过14hm2即出现明显的冷岛效应[24].城市公园冷岛作用对公园小气候的影响不仅表现在公园内部,对周边地区也具有显著影响,如瑞典夏季公园与建筑区域最大温差可达5.9ħ,公园冷岛范围可达1.1km,墨西哥城的公园冷岛影响距离可达2km以上[11,51-52],说明不同经纬对冷岛效应具有显著影响.有学者发现,形状越复杂的公园具有越强的冷岛效应[6,53];但也有学者认为,景观多样性指数(LSI)与公园冷岛效率呈负相关关系[24].冯晓刚等[17]对西安的研究发现,当公园长宽比接近1时,城市公园冷岛影响距离是最远的.此外,对城市公园内部垂直与水平结构的探讨也存在很多观点.如Spronken⁃Smith等[54]在加利福尼亚的研究发现,具有灌溉绿地和高大乔木的公园的降温效应较强;苏泳娴等[23]和冯晓刚等[17]认为,公园冷岛效应与绿地㊁水体面积呈正相关关系,并且公园平均降温范围与绿地面积的拟合曲线近似于对数关系,但水体的降温幅度大于绿地,长宽比较大(ȡ2)的公园,即使公园面积较小,降温效果也较明显,当水体面积比例ȡ30%时,平均降温的影响范围和降温幅度均高于水体面积比例低于30%的公园;还有研究指出,公园面积是影响地表温度的最重要指标,绿地和水体面积是2个次要因素[17];Cao等[16]提出,公园绿地和形状可以作为预测公园冷岛效率的2个重要指标.Nichol[55]对香港城市公园昼夜观测以及Ren等[48]对长春不同季节的研究都表明,不同时间尺度对公园冷岛的影响非常大.目前,对公园冷岛效应研究在关键因子㊁阈值识别等方面存在诸多不确定性,还有很大争议;另外,海拔㊁人类活动类型对公园冷岛效应的影响程度存在差别.5㊀研究展望随着全球气候变化㊁城市热环境效应以及景观生态学研究的发展,基于景观尺度的城市 冷岛 研究越来越得到学者的关注.从最初仅在研究城市热环境效应中提到水体㊁绿地以及公园等景观类型对缓解城市热岛的作用,逐渐转变到正式运用城市 冷岛 以及城市 冷岛效应 这些词语来研究这一现象[6,9,16,22],这一转变说明城市冷岛效应研究的重要性以及对这一现象认识的加深.今后,尚需从以下几方面进行深入研究:1)基于景观尺度的城市冷岛研究应该以确定阈值为导向.虽然城市冷岛开始于城市热岛研究,但其阈值导向是区别于城市热岛研究最显著的特征.水域㊁绿地与公园属于城市稀缺景观,随着城市扩张,这些景观类型将逐渐减少,为了维持城市生态系统健康,必须保证这些景观类型占有一定比例和格局配置.对于这些阈值的研究已经取得了一定成果[17,22,31,43,53],但很多研究还属于起步阶段,仍然存在很多争议,这些争议源于不同城市的独有特点㊁数据采集处理㊁参数设定㊁时间变化以及城市多维结构特征等一系列因素.冷岛效应定量指标研究是开展9362期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀余兆武等:基于景观尺度的城市冷岛效应研究综述㊀㊀㊀㊀㊀㊀比较研究的前提,未来应该借鉴水文学中 配对流域实验 的相关理念方法,加强因子识别并找出真正阈值,使之能够在城市规划建设㊁缓解城市热岛中发挥现实作用.2)未来研究应该加强对时间序列的考量.以往研究中涉及最多的是不同景观类型所具有的冷岛或者热岛的定性与相关性描述,虽然对于阈值研究取得了一些成果,但目前研究主要探讨其空间变化,然而时间变化也是必须考虑的重要因素[22,56].景观格局包括景观组成和景观配置[43],目前研究主要考虑水域㊁绿地㊁公园对冷岛强度的影响,也提出了一些阈值,但除公园一些斑块考虑了景观组成对冷岛效率的影响之外[17,23],很少探讨不同景观格局与景观配置对冷岛强度㊁效率的影响,在未来研究中需要加强[57].3)尺度和粒度问题是景观生态学的核心问题[58].城市冷岛效应在时间和空间上所涉及范围和发生频率是不同的,研究中也会采取不同的时空尺度.如同一尺度上观测的冷岛性质㊁规律在另一尺度上不一定有效,需要进步一检验和验证.以遥感数据获取的信息来说,不同空间分辨率所获得的结果不相同,不同精度大小会对结果产生很大影响,这些都要求在研究中注意尺度转换问题[59].4)进行跨学科交叉研究.基于景观尺度的城市冷岛效应研究应该在景观生态学基础上结合自然科学与社会科学相关理念方法进行跨学科研究.有研究指出,城市森林能够有效地缓解城市热岛,并在这一基础上降低能源消耗,最终有利于空气质量的改善[60];美国模拟试验发现,在一座房子旁边种一棵树会产生明显的降温效应,每年可以减少53%空调用电量,用电量减少可进一步减少排放出的有害气体从而净化空气[61],对全球气候变化以及对人体健康均会产生不同程度的影响.多科学交叉研究已经越来越受到人们的重视与认可,基于景观尺度的城市冷岛研究也应该加强跨学科的交叉耦合.参考文献[1]㊀GaoLB,RenY,CuiZW,etal.Spatialandtemporalchangeoflandscapepatterninthehilly⁃gullyregionofLoessPlateau.ProcediaEnvironmentalSciences,2011,8:103-111[2]㊀KazaN.ThechangingurbanlandscapeofthecontinentalUnitedStates.LandscapeandUrbanPlanning,2013,110:74-86[3]㊀ChenL⁃D(陈利顶),SunR⁃H(孙然好),LiuH⁃L(刘海莲).Eco⁃environmentaleffectsofurbanland⁃scapepatternchanges:Progresses,problems,andper⁃spectives.ActaEcologicaSinica(生态学报),2013,33(4):1042-1050(inChinese)[4]㊀HuangJK,JrPontiusRG,LiQS,etal.Useofintensityanalysistolinkpatternwithprocessesoflandchangefrom1986-1007inacoastalwatershedofsoutheastChi⁃na.AppliedGeography,2012,34:343-358[5]㊀ShiJ(史㊀军),LiangP(梁㊀萍),WanQ⁃L(万齐林),etal.Areviewoftheprogressofresearchonurbanclimate.JournalofTropicalMeteorology(热带气象学报),2011,27(6):942-951(inChinese)[6]㊀ChangCR,LiMH,ChangCD,etal.Apreliminarystudyonthelocalcool⁃islandintensityofTaipeiCityparks.LandscapeandUrbanPlanning,2007,80:386-395[7]㊀SuC⁃X(苏从先),HuY⁃Q(胡隐樵).Thecoolislandeffectinoasisandlake.ChineseScienceBulletin(科学通报),1987,32(10):756-758(inChinese)[8]㊀LiuW⁃J(刘万军).ThecoolislandeffectinCity.Jour⁃nalofMeteorologyandEnvironment(气象与环境学报),1991(3):27-29(inChinese)[9]㊀SunRH,ChenLD.Howcanurbanwaterbodiesbedesignedforclimateadaptation?LandscapeandUrbanPlanning,2012,10:27-33[10]㊀YuK⁃J(俞孔坚),LiD⁃H(李迪华).Tenlandscapestrategiestobuildurbanecologicalinfrastructure.Plan⁃ner(规划师),2001,17(6):9-17(inChinese)[11]㊀YuC,HienWN.Thermalbenefitsofcityparks.EnergyandBuildings,2006,38:105-120[12]㊀OliveiraS,AndradeH,VazT.Thecoolingeffectofgreenspacesasacontributiontothemitigationofurbanheat:AcasestudyinLisbon.BuildingandEnviron⁃ment,2011,46:2186-2194[13]㊀XuH⁃Q(徐涵秋).Quantitativeanalysisontherela⁃tionshipofurbanimpervioussurfacewithothercompo⁃nentsoftheurbanecosystem.ActaEcologicaSinica(生态学报),2009,29(5):2456-2462(inChinese)[14]㊀SunRH,LüYH,ChenLD,etal.Assessingthestabili⁃tyofannualtemperaturesfordifferenturbanfunctionalzones.BuildingandEnvironment,2013,65:90-98[15]㊀HeJ⁃N(何介南),XiaoY⁃F(肖毅峰),WuY⁃X(吴耀兴),etal.Fourtypesofgreenspaceinurbanonthereductionofheatislandeffect.ChineseAgriculturalSci⁃enceBulletin(中国农学通报),2011,27(16):70-74(inChinese)[16]㊀CaoX,OnishiA,ChenJ,etal.Quantifyingthecoolis⁃landintensityofurbanparksusingASTERandIKONOSdata.LandscapeandUrbanPlanning,2010,96:224-231[17]㊀FengX⁃G(冯晓刚),ShiH(石㊀辉).ResearchonthecoolingeffectofXi 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《景观空间尺度》课件
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人性化设计的发展趋势
总结词
人性化设计是以人为本的设计理念,强调满足人的需 求和情感体验,是景观空间尺度未来发展的重要趋势 。
详细描述
人性化设计关注人的行为习惯、心理感受和审美需求 ,通过深入了解目标人群的特点,设计出符合人们行 为习惯的景观空间。同时,注重营造舒适、宜人的环 境氛围,提高人们的心理满足感和幸福感。
遗产,如建筑、城市、历史遗址等。
04
根据尺度关注的对象,可以分为自然景观尺度和人文 景观尺度。
02
景观空间尺度的影响因素
自然环境因素
气候条件
气候对景观空间尺度的影响主要体现在植物生长、水体变化和空间布局等方面。 例如,在寒冷地区,景观设计需要考虑到防风保暖的需求,空间尺度相对较小; 而在炎热地区,则需要考虑遮阳和通风的需求,空间尺度相对较大。
《景观空间尺度》PPT 课件
目录 CONTENT
• 景观空间尺度概述 • 景观空间尺度的影响因素 • 景观空间尺度在设计中的应用 • 景观空间尺度的实践案例 • 景观空间尺度的未来发展
01
景观空间尺度概述
景观空间尺度的定义
01
景观空间尺度是指景观要素在空 间中的相对大小、距离和位置, 以及它们之间的相互关系。
地形地貌
地形地貌是景观空间尺度的基础,不同的地形地貌会形成不同的空间形态。例如 ,山地景观的空间尺度会受到地形的限制,而平原地区的景观空间则更加开阔。
人文社会因素
文化背景
不同文化背景下的景观空间尺度有着明显的差异。例如,西 方文化强调个人主义和自由,景观空间尺度相对较大;而东 方文化强调集体主义和和谐,景观空间尺度相对较小。
总结词
大型公共活动区
VS
详细描述
基于形态学空间格局分析和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建——以厦门市为例
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第44卷第6期2024年3月生态学报ACTAECOLOGICASINICAVol.44,No.6Mar.,2024基金项目:国家重点研发计划项目(2022YFF1301300)收稿日期:2023⁃04⁃14;㊀㊀网络出版日期:2023⁃12⁃22∗通讯作者Correspondingauthor.E⁃mail:lntang@iue.ac.cnDOI:10.20103/j.stxb.202304140767李倩瑜,唐立娜,邱全毅,李寿跳,徐烨.基于形态学空间格局分析和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建 以厦门市为例.生态学报,2024,44(6):2284⁃2294.LiQY,TangLN,QiuQY,LiST,XuY.ConstructionofurbanecologicalsecuritypatternbasedonMSPAandMCRModel:acasestudyofXiamen.ActaEcologicaSinica,2024,44(6):2284⁃2294.基于形态学空间格局分析和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建以厦门市为例李倩瑜1,2,3,唐立娜1,∗,邱全毅1,李寿跳1,2,3,徐㊀烨1,21中国科学院城市环境研究所城市环境与健康重点实验室,厦门㊀3610212中国科学院大学,北京㊀1000493福建农林大学,福州㊀350002摘要:城市化进程的快速发展加剧了生态系统的退化㊂如何扭转生态系统的退化,同时满足人类日益增长的生态系统服务需求,成为当前的一个研究热点㊂生态安全格局的构建在一定程度上可平衡城市发展与生态环境保护之间的关系,对于保障区域生态安全㊁提升生态系统功能具有重大意义㊂以厦门市为例,基于 生态源地识别 阻力面构建 生态廊道提取 的基本框架构建陆域生态安全格局㊂结合生态系统服务重要性评价和形态学空间格局分析识别生态源地,该方法兼顾了生态结构和功能,使得所识别的生态源地更具全面性㊂选取土地利用类型㊁高程和坡度构建生态综合阻力面,并用人类居住合成指数修正生态综合阻力面,以减少主观赋值的影响,识别各土地利用类型内部的差异,使生态阻力面的构建更加合理㊂在此基础上通过最小累积阻力模型提取生态廊道,利用重力模型量化潜在生态廊道的相对重要性,并根据重力模型结果划分重要性等级㊂研究结果表明,厦门市的生态安全格局由14个生态源地㊁21条生态廊道㊁15个生态节点及若干个踏脚石所组成㊂生态源地主要集中在研究区的西部和北部,以林地和草地为主,面积合计为558.64km2㊂生态廊道长约159.40km,其中,关键生态廊道9条,一般生态廊道12条㊂生态廊道呈现出东西方向联系较为密切,南北方向联系不足的特点㊂根据对区域生态安全的贡献度,将生态安全格局划分为3个管控区进行分级管控㊂将研究结果与厦门市当前的实施计划进行对比分析,虽然结果有所差别,但总体上相对一致,造成差异的主要原因在于两者所采用的研究数据及方法不同㊂因此,研究认为将生态系统服务重要性评价和形态学空间格局分析㊁最小累积阻力模型和重力模型结合,可为生态安全格局的构建提供科学依据㊂关键词:生态安全格局;生态源地;生态阻力面;生态廊道ConstructionofurbanecologicalsecuritypatternbasedonMSPAandMCRModel:acasestudyofXiamenLIQianyu1,2,3,TANGLina1,∗,QIUQuanyi1,LIShoutiao1,2,3,XUYe1,21KeyLaboratoryofUrbanEnvironmentandHealth,InstituteofUrbanEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Xiamen361021,China2UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China3FujianAgricultureandForestryUniversity,Fuzhou350002,ChinaAbstract:Therapiddevelopmentofurbanizationaggravatesthedegradationofecosystem.Howtoreversethedegradationofecosystemandmeettheincreasingdemandforecosystemserviceshasbecomeahotresearchtopic.Tosomeextent,theconstructionofecologicalsecuritypatterncanbalancetherelationshipbetweenurbandevelopmentandeco⁃environmentalprotection,whichisofgreatsignificanceforensuringregionalecologicalsecurityandpromotingecosystemfunction.Inthisstudy,weusedXiamenasanexample,andtheframeworkof ecologicalsourceidentification⁃constructionofecologicalresistancesurface⁃extractionofecologicalcorridors wasadoptedtoconstructtheecologicalsecuritypatternoflandarea.Theassessmentoftheecosystemservicesimportanceandmorphologicalspatialpatternanalysiswerecombinedtoidentifytheecologicalsource.Thismethodtookbothecologicalstructuresandfunctionsintoaccount,makingtheidentifiedecologicalsourcemorecomprehensive.Theecologicalcomprehensiveresistancesurfacewasconstructedbylandusetype,elevationandslope,andcorrectedbyhumansettlementindextoreducetheinfluenceofsubjectiveassignments,identifythedifferenceswithineachlandusetype,andmaketheconstructionofecologicalresistancesurfacemorereasonable.Onthisbasis,theminimumcumulativeresistancemodelwasusedtoextractecologicalcorridors,andthegravitymodelwasusedtoquantifytherelativeimportanceofpotentialecologicalcorridors,andthentoclassifytheimportanceofecologicalcorridors.TheresultsshowedthattheecologicalsafetypatternofXiamencityconsistedof14ecologicalsources,21ecologicalcorridors,15ecologicalnodes,andseveralsteppingstones.Thedistributionofecologicalsourcesmainlyconcentratedinthewestandnorthofthestudyarea,dominatedbywoodlandandgrassland,andthetotalareawas558.64km2.Thelengthoftheecologicalcorridorwereabout159.40km,ofwhich9werekeyecologicalcorridorsand12weregeneralecologicalcorridors,whichhadthecharacteristicsofcloseconnectionbetweeneastandwestandinsufficientconnectioninnorth⁃southdirection.Accordingtothecontributiontotheregionalecologicalsecurity,theecologicalsecuritypatternwasdividedintothreecontrolzonesforhierarchicalcontrol.ComparingthefindingswiththecurrentimplementationplanofXiamen,althoughtheresultsweredifferent,theywererelativelyconsistentoverall,andthemainreasonforthedifferencewasthedifferentresearchdataandmethodsusedinthetwostudies.Therefore,thisstudyconcludedthatthecombinationofecosystemserviceimportanceassessmentwithmorphologicalspatialpatternanalysis,minimumcumulativeresistancemodel,andgravitymodelcouldprovideascientificbasisfortheconstructionofecologicalsecuritypattern.KeyWords:ecologicalsecuritypattern;ecologicalsources;ecologicalresistancesurface;ecologicalcorridor随着城市化的快速发展,高强度的人类活动以及不合理的土地利用使得生态系统日益遭受损坏,生态系统退化越来越呈现出大面积㊁成片蔓延的特点[1],既造成了生态系统质量下降㊁水土流失等一系列严峻的生态环境问题,也威胁了生态安全和人类的可持续发展[2]㊂生态安全格局是以一个相对完整的生态系统作为研究区域,针对区域内的生态环境问题,通过识别并保护潜在的生态关键要素,实现生态环境问题的有效控制和持续改善[3],被视为保障区域生态安全和实现可持续发展的重要途径[4 5]㊂当前,生态安全格局构建已成为研究热点㊂生态安全格局的构建方法具有多元化,最为常见的是由俞孔坚提出的 生态源地识别 阻力面构建 廊道提取 的生态安全格局构建方式㊂然而,在生态源地识别和阻力面构建方面仍存在一定的局限性㊂具体表现为:(1)现有研究在生态源地的选取中侧重考虑生境斑块的内在功能属性,对斑块在景观中的空间结构较少关注,忽视了其与周围环境之间的联系[6],个别研究则直接将自然保护区等特定的生态功能区视为生态源地,该方法带有一定的政策性和主观性,缺乏定量分析㊂(2)构建生态阻力面选取的阻力因子大多带有较强的主观性,且同一土地利用类型无差别的赋值方式疏忽了其内部自然属性的差异,也无法体现同一土地利用类型下人类活动有差别的干扰[4]㊂生态源地提取㊁生态阻力面构建作为生态廊道构建的两个重要前提,影响了生态廊道的数量和走向,进而影响了生态安全格局的构建㊂因此,本研究拟针对上述两个问题,进一步优化和完善生态源地识别和生态阻力面构建,从而使生态安全格局的构建更具有合理性㊂厦门市作为经济特区,历经多年高强度的开发建设,围海造地与城市新区发展㊁旧区改造并行,建成区由岛内向岛外逐渐蔓延扩张,导致大量耕地㊁林地㊁湿地㊁滩涂等生态空间转变为城市用地㊂近年来由于气候变化和城市化发展影响叠加,部分区域生态功能退化,生态安全受到威胁㊂为实现高质量发展,厦门市已开展了生态修复项目㊂本研究拟优化和完善生态安全格局构建方法,为厦门市的生态修复工作提供科学依据㊂5822㊀6期㊀㊀㊀李倩瑜㊀等:基于形态学空间格局分析和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建㊀6822㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀1㊀研究区概况与数据来源1.1㊀研究区概况㊀㊀厦门市(24.23ʎ 24.25ʎN㊁117.53ʎ 118.26ʎE)位于福建省东南沿海,由思明㊁湖里㊁集美㊁海沧㊁同安和翔安6个行政区组成,陆地总面积1700.61km2(图1)㊂北邻泉州,南接漳州,东临台湾海峡,是闽南 金三角 的中心, 一带一路 的海陆交通枢纽㊂属南亚热带海洋性季风气候,年均气温21ħ左右,年均降雨量为1200mm左右,常年气候温暖,雨热同期,雨量充沛㊂地势西北高㊁东南低,以滨海平原㊁山地和丘陵为主㊂图1㊀厦门市区位图Fig.1㊀LocationoftheXiamen1.2㊀数据来源本研究使用的数据包括植被净初级生产力㊁数字高程模型㊁月平均气温㊁月平均降水量㊁土壤质地㊁土地利用数据㊁夜间灯光数据以及归一化植被指数,数据来源详见表1㊂为减小数据误差,保障空间参考的一致性,将坐标统一为GCS_WGS_1984,并将栅格数据重采样为30m的分辨率㊂表1㊀数据来源Table1㊀Datasource数据类型Datatypes数据来源DataaccuracyDatasources数据精度植被净初级生产力NPP资源环境科学与数据中心2001 2020年500m数字高程模型DEM地理空间数据云30m月平均气温Monthlymeantemperature国家地球系统科学数据中心2001 2020年1km月平均降水Monthlymeanprecipitation国家地球系统科学数据中心2001 2020年1km土壤质地Soiltexture世界土壤数据库(HWSD)的中国土壤数据集(v1.1)1km土地利用LanduseGlobeLand3030m夜间灯光Nightlight科罗拉多矿业大学https://eogdata.mines.edu/products/vnl/2020年500m归一化植被指数NDVI地理空间数据云2020年30m㊀㊀NPP:植被净初级生产力Netprimaryproductivity;DEM:数字高程模型Digitalelevationmodel;NDVI:归一化植被指数Normalizeddifferencevegetationindex2㊀研究方法2.1㊀生态源地识别作为生态安全格局构建的第一环节,生态源地能否准确识别至关重要,直接影响了生态廊道构建和生态修复空间识别的结果[7]㊂本研究拟从生态系统结构和功能两个方面识别生态源地,提高生态源地识别的准确性㊂2.1.1㊀生态系统服务重要性评价生态系统服务是指人类从生态系统中所获得的效益,包括人类赖以生存的自然环境条件与效用[8]㊂生态系统服务能力反映了生态环境的状况,根据研究区特点,选择水源涵养㊁水土保持以及生物多样性保护这3个生态系统服务作为厦门市生态系统服务重要性的评价指标,并根据‘生态保护红线划定技术指南“(2015)提供的NPP定量指标法进行评价㊂为避免主观赋值导致研究结果有所偏倚,默认3种服务同等重要,即权重一致[9]㊂运用分位数法(Quantiles)进行分级再等权叠加,得到研究区域的生态系统综合服务能力指数,并将其划分为5个等级㊂2.1.2㊀MSPA分析形态学空间格局分析(MorphologicalSpatialPatternAnalysis,MSPA)是2007年由Vogt等提出的一种基于数学形态学原理对二值化的栅格图像进行分类的方法[10 11]㊂该方法简单高效,可快速地识别景观类型,且不受研究尺度的限制㊂本研究选取受人类干扰较大的耕地㊁建设用地作为背景,选取林地㊁草地㊁灌木地㊁湿地㊁水体等自然生态要素作为前景㊂基于GuidosToolbox软件,采用默认的八领域分析法进行计算,得到厦门市的7类景观类型,即核心区(core)㊁孤岛(islet)㊁边缘区(edge)㊁孔隙(perforation)㊁桥接区(bridge)㊁环道区(loop)以及支线(branch),进而提取生境斑块最大的核心区作为潜在的生态源地[6]㊂2.1.3㊀生态源地提取将生态系统服务中度及以上重要性区域与潜在的生态源地进行叠加分析,提取面积大于1km2的重叠的核心区斑块作为生态源地㊂进而基于Conefor和ConeforInputsforArcGIS10.x插件对其进行景观连通性计算㊂根据输出结果,斑块重要性指数(thedeltavaluesforprobabilityofconnectivity,dPC)的值越大,说明该斑块对维持较高的景观连通性发挥的作用越大㊂2.2㊀生态阻力面构建物种在生态源地之间的迁移和扩散在一定程度上会受到土地覆被状态和人类活动的阻扰[12]㊂作为生态廊道能否准确识别的关键,构建生态阻力面模拟生态要素流动和传递的难易程度,对于生态安全格局的构建至关重要㊂本研究选取土地利用类型㊁高程和坡度这3个影响较大且较常使用的自然因子构建生态综合阻力面,参考相关文献进行分级和赋值[13 14](表2)㊂为弱化主观赋值的影响,以人类居住合成指数(HumanSettlementIndex,HSI)表征人类活动对生态要素流动和传递的干扰,对生态综合阻力面进行修正[15 16](公式1 3)㊂NTLnor=NTL-NTLminNTLmax-NTLmin㊀㊀㊀㊀㊀㊀(1)HSI=1-NDVImax()+NTLnor1-NTLnor()+NDVImaxˑNTLnorˑNDVImax(2)式中,NTL㊁NTLmax㊁NTLmin分别为原始的夜间灯光数据及其最大值和最小值;NTLnor为归一化的夜间灯光数据;NDVImax为归一化植被指数的最大值;HSI为人类居住合成指数㊂Ri=HSIiHSIaˑR(3)式中,Ri为基于人类居住合成指数修正的生态阻力系数;HSIi为栅格i的人类居住合成指数;HSIa为栅格i对7822㊀6期㊀㊀㊀李倩瑜㊀等:基于形态学空间格局分析和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建㊀应的景观类型a的平均人类居住合成指数;R为栅格i的景观类型的综合生态阻力系数㊂表2㊀生态阻力系数2.3㊀生态廊道提取2.3.1㊀MCR模型生态廊道作为生态要素在生态源地之间流动和传递的重要途径[17],具有维持生态系统运转㊁维护区域生态安全的重要功能[18],也是生态修复中最有可能改善和提高连通性的关键区域[19]㊂生态廊道构建的方法包括最小累积阻力模型(MinimumCumulativeResistance,MCR)[20 21]㊁蚁群算法[22]㊁电路理论[23 24]㊁小波变换[25]等㊂其中,MCR模型是俞孔坚在Knaapen等提出的模型的基础上改进得到的[5]㊂相较于其他模型,该模型可更好地模拟和量化物种㊁能量和信息在生态源地之间流动的最小成本路径,已被广为采用[26 27]㊂因此,本研究采用MCR模型,基于ArcGIS提取每一个生态源地的中心点为生态源点,以修正后的生态阻力面为成本,通过成本路径工具,模拟每一个生态源点到其他n-1个生态源点的最小成本路径,构建两两之间的潜在生态廊道,共计C2n条㊂计算方法[17]如公式4:MCR=fminði=mj=nDijˑRi()(4)式中,MCR为物种从生态源地扩散到其他生态源地的最小累积阻力值;Dij为物种从生态源地j到景观单元i的空间距离;Ri为景观单元i对应的生态阻力系数,即前文所述的基于人类居住合成指数修正后的生态阻力系数㊂2.3.2㊀重力模型基于重力模型构建生态源地之间的相互作用矩阵,以此量化潜在生态廊道的相对重要性㊂相互作用力越大说明生态源地之间的联系越紧密,生态要素流动和传递越频繁,生态源地之间的生态廊道重要性等级越高,计算方法[28]如公式5:Gij=L2maxlnSi()lnSj()L2ijPiPj(5)式中,Gij为斑块i和斑块j之间的相互作用力;Pi和Pj分别为斑块i和斑块j的阻力值;Si和Sj分别为斑块i和斑块j的面积;Lij为斑块i和斑块j之间潜在生态廊道的累积阻力值;Lmax为研究区所有潜在生态廊道的最大累积阻力值㊂3㊀结果与分析3.1㊀生态源地识别3.1.1㊀生态系统服务重要性评价水源涵养㊁水土保持和生物多样性保护重要性等级大体上呈现出西北高东南低的特征(图2)㊂由这三者8822㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀等权叠加得到的生态系统综合服务重要性等级也呈现出相同的空间分布特征㊂中度及以上重要区主要位于研究区的西部和北部,面积合计为753.25km2,约占研究区总面积的47.71%㊂中部和南部耕地和建成区较为密集,受人类活动影响较大,生态系统综合服务重要性等级较低,主要为不重要区和轻度重要区,面积分别为406.84km2和418.68km2㊂图2㊀生态系统服务重要性评价结果空间分布Fig.2㊀Spatialdistributionofimportanceassessmentresultsofecosystemservices3.1.2㊀MSPA分析基于MSPA分析得到7类生态景观的面积和占比(表3)㊂7类生态景观的总面积约为692.60km2㊂核心区的面积最大,约为635.19km2,占生态景观总面积的91.71%㊂边缘区为核心区的外部边界,是核心区与其外部的非生态景观类型之间的过渡区域;孔隙为核心区与其内部存在的非生态景观类型之间的过渡区域㊂两者分别占生态景观总面积的5.82%和1.45%㊂孤岛零星散布在研究区域中,约占生态景观总面积的0.17%㊂支线㊁桥接区和环道区均具有连通作用,数量越少意味着连通性越差,生态要素流动和传递的阻扰越大,越不利于生物多样性[29]㊂其中,支线作为连通核心区与其他生态景观之间的条带状区域,占生态景观总面积的0.65%,说明生态要素在核心区与其他生态景观之间流动和传递受到较大的阻扰,连通性较差;桥接区是连通各核心区之间的条带状区域,约占生态景观总面积的0.15%;环道区为核心区内物种迁徙的捷径,面积最小,仅为0.33km2,占比为0.05%㊂表4㊀景观类型分类统计由图3可知,核心区在西北部连片聚集,整体性较好,而在其他地区则呈零散分布,破碎化较为严重㊂在9822㊀6期㊀㊀㊀李倩瑜㊀等:基于形态学空间格局分析和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建㊀研究区西北部的核心区,虽然面积大且连片分布,但其间也具有多个孔隙,孔隙的范围越大,表明非生态景观类型占据的面积越多,或者意味着核心区生态系统退化的范围扩大,从而使生态要素在流动和传递的过程中受到一定程度的阻碍㊂孤岛在一定程度上可作为物种迁徙的踏脚石,既减小生境斑块之间的成本距离,又可间接提高生境斑块之间的连通性[29 30]㊂例如,位于同安区南部的核心区,其右侧间隔分布着多个孤岛,呈弧形状处于该核心区与其他两个较小的核心区之间,可使生态要素在流动和传递的过程中能够短暂栖息㊂图3㊀基于形态学空间格局分析的景观类型空间分布Fig.3㊀Spatialdistributionofthelandscapetypesbasedonmorphologicalspatialpatternanalysis3.1.3㊀生态源地提取基于生态系统服务重要性和MSPA的分析结果,共有14个面积大于1km2的核心区斑块与中度及以上生态系统综合服务重要性区域重叠,面积合计为558.64km2,约占核心区总面积的87.95%㊂表明多数核心区拥有较好的生态系统服务能力,可为生物生存提供较好的栖息条件㊂因此,选取这14个重叠的核心区斑块作为生态源地(图4)㊂生态源地主要位于研究区西部㊁北部和东北部地区,涵盖国家级和省级森林公园㊁水源保护区等重要区域㊂中部和南部地区以建设用地和耕地为主,人类活动强度较大,生态源地数量较少且较为分散㊂图4㊀生态源地空间分布Fig.4㊀Spatialdistributionofecologicalsources根据景观连通性分析结果(表5)可知,14个生态源地的斑块重要性(dPC)差距较大,仅有3个生态源地0922㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀的斑块重要性大于1,分别为10号㊁7号和6号生态源地,其余的11个生态源地的斑块重要性均小于1㊂其中,10号生态源地面积最大,约占14个生态源地总面积的82.71%,其斑块重要性也最大,说明该生态源地对于维持较高的景观连通性发挥了重要作用㊂表5㊀景观连通性计算结果3.2㊀生态阻力面构建由土地利用类型㊁高程和坡度这三个自然环境因子所构建的生态综合阻力面(图5),空间分布上呈现出明显的南北异质性㊂东南部人类活动密集的区域阻力系数明显高于西北部,但高阻力系数零星分布在西北部㊂主要原因在于这些地区单因子阻力系数为 两高 或 三高 ,从而使得其综合阻力系数相对于周边地区呈现出较高的趋势㊂经HSI修正后的生态综合阻力面,各土地利用类型内部的阻力系数发生了显著变化㊂高阻力值由西北部转移至中部和南部,且高阻力区域具备一定的规模㊂尤其是湖里区和思明区,因开发建设早城市化水平较高,且受区域面积的限制,人类活动区域高度聚集,对生态要素流动和传递的干扰明显增强㊂图5㊀生态阻力面空间分布Fig.5㊀Spatialdistributionoftheecologicalresistancesurface3.3㊀生态廊道构建通过MCR模型提取研究区潜在的生态廊道㊂剔除重复路径和经过生态源地内部的无效路径,最终得到21条生态廊道,总长度为159.40km㊂其中,生态源地14在地理位置上与其他生态源地存在海域的阻隔,彼此之间未能构筑起生态廊道㊂因本研究的生态阻力系数设置比较大,由此计算得到的各生态源地之间的相互作用力也较大(表6)㊂参考相关文献[6],以10为临界值对生态廊道的重要性进行等级划分,大于10的视为关键生态廊道,小于10的则为一般生态廊道,共得到关键生态廊道9条,长度为83.11km,一般生态廊道1922㊀6期㊀㊀㊀李倩瑜㊀等:基于形态学空间格局分析和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建㊀12条,长度为76.29km(图6)㊂表6㊀基于重力模型的生态源地相互作用矩阵Table6㊀EcologicalsourcesinteractionmatrixbasedonGravityModel源地Source1234567891011121314166.5019.3143.582.6212.180.843.563.481.161.190.720.60-279.2988.0814.1617.582.274.985.302.841.470.910.77-31365.278.8391.452.1111.6410.462.922.501.471.22-45.063.325.292.053.574.560.850.560.49-541.540.9014.7211.081.511.831.020.82-61.030.731.1736.820.400.280.26-76.0150.251.503.541.701.24-85.291.872.811.381.05-92.060.730.500.45-101.911.130.94-1119.187.34-1231.01-13-图6㊀生态廊道空间分布Fig.6㊀Spatialdistributionofecologicalcorridors结合景观连通性与重力模型分析结果(表5与表6)可知,对景观连通性具有重大贡献的10号和6号生态源地,两者之间距离较远,但相互作用力较大,表明其间的生态廊道是生态要素流动和传递可能性较大的路径,相对重要性较高㊂7号生态源地对景观连通性的贡献程度也较高,与9号生态源地之间的相互作用力最大,其次为8号生态源地,与南北方向的生态源地之间的相互作用力总体偏弱,表明7号生态源地对景观连通性的贡献主要在于连通东西方向的生态源地,特别是与之距离较远的9号生态源地㊂由此本研究认为,生态源地之间距离越近并不意味着彼此之间的联系更紧密,远距离的生态源地之间也存在频繁的生态要素流动和传递㊂2号㊁3号和4号生态源地面积均较小,斑块重要性(dPC)也较差,特别是4号生态源地,其dPC值几乎为0,但三者之间的相互作用力较强,表明对景观连通性贡献度不高的生态源地之间生态要素的流动和传递也具有较大的可能性,其生态源地和生态廊道也具有重要的生态保护和修复意义㊂综合上述分析,本研究认为以往研究根据斑块重要性(dPC)的大小筛选生态源地,可能导致部分具有重要生态功能的斑块被排除在外,从而影响生态廊道的提取㊂因此,本研究保留斑块重要性较差的生态源地,可使生态安全格局更具有完整性㊂3.4㊀生态安全格局构建与分区管控基于上述分析可知,研究区共有生态源地14个,面积约占研究区总面积的35.39%,呈现出西北多东南少的分布特征,基本涵盖了多个国家级或省级森林公园㊁水源保护区等㊂其中,西北部连片的生态源地为研究区筑起了天然的生态保护屏障,有利于维护研究区的生态安全㊂研究区的生态廊道共21条,总长为159.40km㊂关键生态廊道和一般生态廊道纵横交错,将各个生态源地串联起来,是研究区生态安全网络至关重要的组成2922㊀生㊀态㊀学㊀报㊀㊀㊀44卷㊀图7㊀生态安全格局分区管控Fig.7㊀Ecologicalsecuritypatternzoningcontrol部分,保障了水源涵养㊁水体保持㊁生物多样性保护等生态功能的发挥㊂叠加MSPA分析结果发现,在不属于生态源地的核心区中,有15个处于生态廊道与生态源地之间㊁生态廊道与生态廊道之间的交汇处,是生态要素流动和传递的重要节点;有23个处于生态廊道的沿线,可与孤岛共同发挥踏脚石的作用㊂基于对维护区域生态安全的重要性程度,对生态安全格局进行分区管控(图7)㊂将生态源地划为一级管控区;将关键生态廊道及其沿线的一般核心区和孤岛列为二级管控区,关键生态廊道长度为83.11km,一般核心区面积为11.29km2,孤岛面积为0.16km2;将一般生态廊道及其沿线的一般核心区和孤岛列为三级管控区,一般生态廊道长度为76.29km,一般核心区面积为10.98km2,孤岛面积为0.06km2㊂4㊀讨论本研究基于生态源地识别一阻力面构建一生态廊道构建的基本框架,构建了厦门市的陆域生态安全格局㊂‘厦门市国土空间生态修复三年行动计划(2020 2022年)“(以下简称‘计划“)中的生态修复项目分布图也是在生态安全格局构建的基础上进行识别的㊂何子张等对‘计划“所采用的生态安全格局构建方法和结果进行了介绍[31]㊂通过对比可知本研究与‘计划“所识别的生态源地较为一致,但也存在些许不同:(1)‘计划“所识别的生态源地面积明显大于本研究的识别结果,特别是西北部的生态源地,‘计划“的识别结果范围更广,斑块整体性更好㊂主要原因在于‘计划“所采用的基础数据为 三调 数据,数据更加真实可信㊂此外,‘计划“将耕地纳为生态源地,而本研究则将耕地视为背景未进行分析㊂前景分析的目的在于识别出适宜生物栖息和活动的区域,多数学者在进行前景分析时也大多选择生态功能较好且受人类影响较小的自然景观[32 33],耕地受人类活动影响较大,一般不作考虑㊂(2)‘计划“兼顾了陆域和海域,本研究因数据获取有限,且海域与陆域评价方法不同,因此未考虑海域范围㊂(3)‘计划“将风景名胜区㊁自然保护区㊁生态红线区等直接识别为生态源地,而根据本研究的分析,鼓浪屿不属于生态系统服务中度及以上重要区域,因此未列为生态源地㊂在生态阻力面构建过程中,‘计划“所构建的生态阻力面同一土地利用类型的生态阻力系数较为均等㊂本研究为进一步识别同一土地利用类型各生态阻力系数的差异,以HSI修正生态阻力面㊂相比单一使用夜间灯光数据进行修正,HSI综合考虑了夜间灯光数据和NDVI数据,可弥补夜间灯光指数过度饱和的缺陷,更能精细地刻画人类活动干扰强度的空间分布特征,修正效果更好[34 35]㊂因生态源地和生态阻力面有所差异,从而导致本研究和‘计划“基于MCR模型构建的生态廊道也有所不同,但生态廊道的走向大致相同,且本研究所识别的生态廊道既包含了‘计划“基于MCR模型所构建的潜在生态廊道,也包括部分山脊廊道,说明本研究所构建的生态廊道具有一定的合理性㊂本研究虽然构建了生态廊道,但因各生态要素对生态廊道的宽度要求不同,目前尚未形成统一的划定标准㊂因此,本研究未对生态廊道的宽度做进一步分析,今后将针对这一问题进行深入探究㊂厦门市作为一个滨海城市,海域也占据一定的面积,本研究仅考虑陆域生态安全格局,具有一定的局限性,今后将统筹考虑陆域和海域,更加全面地构建全域的生态安全格局㊂5㊀结论本研究采用生态系统服务重要性评价和MSPA分析识别生态源地,兼顾了生态功能和结构,定量分析的3922㊀6期㊀㊀㊀李倩瑜㊀等:基于形态学空间格局分析和最小累积阻力模型的城市生态安全格局构建㊀。
简要说明尺度效应对景观组分的影响

简要说明尺度效应对景观组分的影响作为一名中学生,我们都知道景观组分对城市环境的影响是非常重要的。
而在这些景观组分中,尺度效应也是一个不可忽视的因素。
那么,什么是尺度效应呢?它又如何影响景观组分呢?下面就让我来为大家详细解答。
首先,我们需要了解什么是尺度效应。
简单来说,尺度效应就是指在不同的尺度上观察同一物体时,其形态、结构和特征会发生变化的现象。
在景观设计中,尺度效应主要表现为大尺度和小尺度之间的相互作用。
大尺度是指整个景观的宏观结构和空间布局,而小尺度则是指局部细节和元素的设计。
当大尺度和小尺度之间相互协调、相互补充时,才能形成一个完整、和谐的景观。
那么,尺度效应对景观组分有什么影响呢?首先,它会影响景观的整体感和美感。
在大尺度上,如果景观的整体布局不合理或者缺乏统一性,就会给人一种杂乱无章的感觉;而在小尺度上,如果细节设计不到位或者过于复杂,也会破坏整体的美感。
因此,在景观设计中,我们需要注重大尺度和小尺度之间的平衡和协调,以达到最佳的效果。
其次,尺度效应还会影响景观的功能性和实用性。
在大尺度上,如果景观的空间布局不合理或者功能分区不明确,就会影响人们的活动和使用体验;而在小尺度上,如果细节设计不合理或者不符合实际需求,也会给人们带来不便和困扰。
因此,在景观设计中,我们需要充分考虑使用者的需求和实际情况,以确保景观的功能性和实用性。
最后,尺度效应还会影响景观的文化内涵和历史价值。
在大尺度上,如果景观的整体风格和主题不符或者缺乏历史渊源,就会失去文化内涵和历史价值;而在小尺度上,如果细节设计不尊重历史文化或者没有体现当地的特色风情,也会降低景观的文化品位和历史价值。
因此,在景观设计中,我们需要注重文化的传承和发展,以及历史的保护和利用。
景观尺度
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第一节 尺度的基本概念
3. 尺度的基本类型: (*)尺度可分为绝对尺度和相对尺度; (*)尺度还可分为测量尺度和本证尺度; 本征尺度是自然现象固有而独立于人类控制之外
的
第一节 尺度的基本度和巨尺度 2. 1~500a或1~106m2; 3. 500~104a或106~1010m2 4. 104~106a或1010~1012m2 5. 106~4.6*109a或大于1012m2
直接外推法
跨尺度推绎
期望值外推法
第十二章 景观尺度
尺度是指某一研究对象或现象在空间和时间上的 量度。 与格局、异质性、过程一样,是景观生态学 最基本的问题之一。
空间
时间
第一节 尺度的基本概念
一、尺度的概念
1. 尺度是指某一研究对象或现象在空间和时间上 的量度。
(1)研究该过程或现象采用的空间和时间单位
(2)该现象或过程在空间上设计的范围或时间 上发生的频率与持续时间
1). 过程需要时间; 2). 环境虽然变化,旧有生物或生物量依旧存在; 3). 物质、能量及信息的传递等也需要时间; 4). 引发一个生态过程或事件的几个必要条件很少同时
发生; 5). 其它事件也会影响迟滞时间
二、 景观结构的尺度效应
1. 景观组分的尺度效应: 匀质性与异质性的转变
2. 景观空间格局的尺度效应:
第三节 尺度推绎
尺度推绎的类型 尺度上推 和 尺度下推
显式尺度推绎 和 隐式尺度推绎 空间尺度推绎 和 时间尺度推绎
第三节 尺度推绎
尺度推绎的特点: (1)尺度推绎过程的尺度依赖性 (2)尺度推绎模型的非线性 (3)尺度推绎研究的复杂性
生态环境中的景观格局分析
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生态环境中的景观格局分析随着经济进步和人口增长,人类对自然环境的影响越来越深远。
近年来,全球发生的自然灾害频繁,反映出环境问题的严重性。
在人类的发展过程中,环境永远是一个最为重要的问题,生态环境保护已成为我们当前必须面对的严峻挑战。
而生态环境中的景观格局是影响生态系统运作的重要因素。
本文将从景观格局的定义、作用和特征等方面进行分析,并对生态环境中的景观格局进行探讨。
一、景观格局的定义景观格局是指在一定空间尺度和时间尺度内,自然和人为因素所共同构成的环境格局的总体表现。
它是由自然视觉影响和经济、社会、文化和心理等多个因素相互交织而形成的。
总体来说,景观格局是指一个区域内由空间形态、物质组成和功能性质等因素共同构成的总体视觉和生态特征,包括了该区域内的地貌、水文、生物、土壤等因素。
它反映了该区域内的自然和人类活动对环境的影响、演变和发展,是一个地区的生态形态的总和。
二、景观格局的作用1.反映生态系统功能景观格局是生态系统运作的重要因素之一,影响着生态系统的结构、功能和稳定性。
一个良好的景观格局能够反映出该区域的生态系统功能、物种多样性、景观生态安全等重要信息。
2.影响土地利用景观格局对土地利用的影响非常显著。
一个良好的景观格局将促进该区域内土地的进行高效合理利用,保护自然生态价值和生产环境。
3.提高生态环境质量景观格局对生态环境质量的影响是非常显著的。
一个良好的景观格局可以提高环境质量,提升该区域内的生态服务能力,例如水源保护、气候调节、土地保持和生物多样性维持等。
三、生态环境中的景观格局特征1.空间尺度多变景观格局的尺度是影响其特征的重要因素之一。
在不同的尺度下,景观格局具有不同的特征。
小尺度下,景观格局的变化具有相对较大的空间异质性;中尺度下,景观格局的特征主要是林地和人造景观;大尺度下,景观格局的特征由峡谷、平原和山地所共同构成。
2.地域差异显著在不同的地域条件下,景观格局具有不同的生态形态。
厦门岛土地利用格局空间尺度分析
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12景观尺度
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三、干扰的尺度效应 第 二 节 尺 度 效 应
小尺度上的干扰往往是大尺度上正常现 象的结构组分。 在景观水平上引起景观异质性结构变化 的干扰,在更高尺度上就不具有干扰的 性质和作用。这种现象被称为干扰的 “兼容”。
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三、干扰的尺度效应 第 二 节 尺 度 效 应
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四、尺度与景观稳定性
第 一 节 尺 度 的 基 本 概 念
二、尺度等级
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第 十 二 章 景 观 尺 度
第二节 尺度效应
一、时间尺度扩展 二、景观结构的尺度效应 三、干扰的尺度效应 四、尺度与景观稳定性
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尺度效应与尺度变换分析的概念:
第 二 节 尺 度 效 应
尺度效应(scaling effect)指通过尺度变 换分析而显示出的一系列景观特征变化。 尺度变换分析(scale transform analysis) 是指小尺度上的景观格局经过尺度的筛选 重新组合而形成较大尺度上景观格局的过 程,也叫尺度分析。
第 二 节 尺 度 效 应
景观中所有景观要素都在随着时间和空 间的变化而变化,从而导致景观结构、 功能发生空间变异和时间动态。因此, 本质上景观不存在稳定性,或者景观的 稳定是相对的,景观的变化是绝对的。 景观稳定性的尺度问题 1、景观稳定性的时间尺度 2、景观稳定性的空间尺度
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四、尺度与景观稳定性
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二、景观结构的尺度效应 第 二 节 尺 度 效 应
2、景观空间格局的尺度效应 无论是依据斑块分布,还是依据生态过 程的控制来划分,一个景观中的空间格 局,可以只有一种类型,也可以是几种 类型的聚合体。景观中具体的空间格局, 都是尺度依赖的空间格局。随着尺度的 变化,景观空间格局将发生相应的变化。 通常情况下,在小尺度下,景观的空间 格局将根据斑块的分布而变化。在大尺 度下,景观空间格局将根据生态过程的 控制而变化。
景观生态学—格局、过程、尺度与等级
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景观生态学—格局、过程、尺度与等级邬建国高等教育出版社2000年12月Landscape Ecology Pattern,Process,Scale and Hierarchy,Higher Education Press景观生态学中的基本概念起源与发展起源于中欧和东欧,可追溯到20世纪30年代。
德国区域地理学家Troll于1939年创造了“景观生态学”一词,并将其定义为研究某一景观中生物群落只见错综复杂的因果反馈关系的科学。
Naveh和Lieberman(1984)继承并发展了欧州景观生态学的概念,提出“景观生态学是基于系统论、控制论和生态系统学之上的跨学科的生态地理科学,是整体人类生态系统科学的一个分支。
”在北美,直到20世纪80年代初才开始逐渐兴起。
如今,等级理论、分形理论、渗透理论、尺度观点以及一系列空间格局分析方法和动态模拟途径在景观生态系中的广泛应用,为该科学增添了新内容和新特点。
研究范畴研究对象和内容(1)景观结构:景观组成单元的类型、多样性及其空间关系。
(2)景观功能:景观结构与生态学过程的相互作用,或景观结构单元之间的相互作用。
主要体现在能量、物质和生物有机体在景观镶嵌体中的运动过程。
(3)景观动态:景观在结构和功能方面随时间的变化。
也就是景观结构单元的组成成分、多样性、形状和空间格局的变化,以及由此导致的能量、物质和生物在分布与运动方面的差异。
研究的重点:(1)空间异质性或格局的形成和动态及其与生态学过程的相互作用;(2)格局—过程—尺度之间的相互关系;(3)景观的等级结构和功能特征以及尺度演绎问题;(4)人类活动与景观结构、功能的相互关系;(5)景观异质性(或多样性)的维持和管理。
格局、过程、尺度格局(Pattern)是指空间格局,广义地讲,它包括景观组成单元的类型、数目以及空间分布与配置。
过程强调事件或现象的发生、发展的动态特征。
尺度(Scale),广义地讲,是指在研究某一物体或现象是所采用的空间或时间单位,同时又可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。
不同地貌类型景观格局尺度效应分析
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不同地貌类型景观格局尺度效应分析不同地貌类型景观格局尺度效应分析地貌是地球表面形态的总称,包括山地、丘陵、平原、高原、峡谷、河流等各种不同类型的地形。
地貌类型的不同对景观格局产生着不同的尺度效应。
本文将对不同地貌类型的景观格局尺度效应进行分析。
首先,山地区的地貌类型主要是山脉和山峰。
这种地貌类型的景观格局在大尺度上呈现出明显的连续性和不规则性。
在小尺度上,山地区的景观格局则显示出较强的分散性和异质性。
这种尺度效应是由于山地地形的多样性和地形复杂性造成的。
山地地形的多样性导致了不同地区景观格局的不同;地形复杂性使得山地区的景观格局在小尺度上呈现出分散和异质的特点。
其次,丘陵地区的地貌类型主要是丘陵和坡地。
这种地貌类型的景观格局在大尺度上呈现出较为连续且具有规则性的特点。
在小尺度上,丘陵地区的景观格局则显示出较强的分散性和异质性。
这种尺度效应是由于丘陵地形的相对平缓和地质结构的复杂性造成的。
丘陵地形的相对平缓导致了大尺度上景观格局的连续性和规则性;地质结构的复杂性使得丘陵地区的景观格局在小尺度上呈现出分散和异质的特点。
再次,平原地区的地貌类型主要是平坦和低洼的地形。
这种地貌类型的景观格局在大尺度上呈现出较为连续且具有规则性的特点。
在小尺度上,平原地区的景观格局则显示出较强的分散性和一致性。
这种尺度效应是由于平原地形的平坦和地质结构的简单性造成的。
平原地形的平坦导致了大尺度上景观格局的连续性和规则性;地质结构的简单性使得平原地区的景观格局在小尺度上呈现出分散和一致的特点。
最后,峡谷地区的地貌类型主要是深谷和峭壁。
这种地貌类型的景观格局在大尺度上呈现出较为不连续且具有不规则性的特点。
在小尺度上,峡谷地区的景观格局则显示出较强的聚集性和异质性。
这种尺度效应是由于峡谷地形的陡峭和地质结构的复杂性造成的。
峡谷地形的陡峭导致了大尺度上景观格局的不连续性和不规则性;地质结构的复杂性使得峡谷地区的景观格局在小尺度上呈现出聚集和异质的特点。
景观生态学中的格局分析现状、困境与未来
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景观生态学中的格局分析现状、困境与未来一、本文概述景观生态学作为生态学的一个重要分支,主要研究景观的空间格局、动态变化及其与生态学过程的相互关系。
其中,格局分析在景观生态学中占据着举足轻重的地位。
本文旨在深入探讨景观生态学中格局分析的当前研究现状、所面临的困境以及未来的发展趋势。
通过对格局分析的基本概念、研究方法、应用领域进行概述,我们将揭示格局分析在景观生态学中的核心价值和重要地位。
本文还将分析当前格局分析所面临的挑战,如数据获取与处理、分析方法的选择与优化等,并提出相应的解决策略。
我们将展望格局分析在景观生态学中的未来发展方向,以期为相关研究和实践提供有益的参考和启示。
二、景观生态学中的格局分析现状景观生态学作为研究景观结构和功能、动态变化及其相互关系的学科,其格局分析是核心研究内容之一。
目前,格局分析在景观生态学中得到了广泛应用,不仅涉及自然生态系统,还涵盖了城市、农业等人工或半人工景观。
技术方法的进步:随着遥感、地理信息系统(GIS)和数学模型等技术的发展,格局分析的手段越来越多样化。
高分辨率遥感影像的获取和处理技术使得研究者能够更精确地识别景观中的斑块、廊道和基质等要素,进而分析它们的空间配置和动态变化。
数据资源的丰富:大数据时代的来临为景观格局分析提供了海量的数据资源。
时间序列的遥感影像、生态监测数据以及社会经济数据等,为深入研究景观格局与生态过程的关系提供了数据支撑。
多学科交叉融合:景观格局分析不再局限于生态学领域,而是与地理学、环境科学、城市规划等多学科交叉融合,共同推动格局分析的理论创新和方法发展。
案例分析与实践应用:众多案例分析表明,格局分析在生态修复、城市规划、土地利用管理等领域有着广泛的应用前景。
例如,通过格局分析可以识别关键生态区域,为生态保护和恢复提供科学依据;在城市规划中,格局分析有助于优化城市空间结构,提升城市生态环境质量。
尽管格局分析在景观生态学中取得了显著进展,但仍存在一些问题。
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厦门市景观格局尺度效应与形成机制
景观格局的尺度效应与形成机制研究是景观生态学研究的热点和难点
之一。
本文以景观生态学理论为基础,首先编制厦门市景观类型图,探讨了厦门
市不同幅度下的景观格局的半变异函数,建立厦门市景观格局的BP网络模型,进而分析厦门市景观格局的形成机制,在此基础上提出了厦门市景观格局优化对策。
结果表明:(1)厦门市景观多样性指数和斑块密度的空间格局差异很大,空间异质性明显,且其随尺度变化而变化,厦门市景观格局的较好分析幅度为3km。
(2)3km幅度下,厦门市景观多样性指数可分为三个区域:最高值区分布于多种景
观类型相互交错分布的城乡结合区,次高值分布具有多个中心,最低值区分布于
景观类型单一的市中心和山地。
斑块密度可分为三个层次:最大值分布于斑块较破碎区域,最低值分布于景观类型单一的北部和西北部森林覆盖地区和经济快速发展的市中心,次高值则介于两者之间。
(3)BP网络模型模拟结果平均误差为
12.34%,最小误差仅为1.06%,因此选取样本面积大小为3km×3km,具有一定的合理性;厦门景观格局形成机制与高程、坡度等自然因素,以及距公路远近、居民
点面积等社会经济因素有较大关系。
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