基于遥感与景观指数的土地利用/覆盖变化及格局分析

【摘要】： 20世纪以来，城市人口急剧增长及经济的快速发展，导致了全球范围内快速的市扩张活动。由此导致的土地利用／覆盖变化不但通过改变地表的自然覆盖影响城市的生态环境系统，还引发了一系列社会问题。因此，城市土地利用／覆盖变化监测及景观格局分析是城市地理、生态和环境领域研究热点之一。城市土地利用／覆盖变化研究能够为城市管理者提供科学的决策依据，以保护区域环境，实现区域可持续发展。 本文以快速发展的长沙地区为例，利用多时相的遥感数据，通过多步骤、综合的遥感分类方法提取土地利用／覆盖变化信息；分析不同时段土地利用／覆盖变化的特征；利用景观指数定量分析了各期土地利用／覆盖格局特征，以及景观格局变化的特征及生态意义。研究主要结论如下： 1．提出了多步骤、综合的土地利用／覆盖遥感分类方法 针对现有计算机自动分类中存在的同谱异物、同物异谱等问题，设计了一个多步骤、综合分类法。该方法首先利用非监督分类(迭代自组织分类法)将影像按60个光谱中心聚类，接着对照原始影像将类别合并成五类(水域、植被、耕地、城市用地、未利用地)，最后根据地类图斑信息及其它分类知识改善分类结果。该方法有效解决了计算机自动分类方法中同谱异物、同物异谱问题，明显提高了分类精度，其平均总体分类精度达到了89.6，高出一般分类方法(最大似然分类)12.6％。 2．基于遥感的土地利用／覆盖分类：采取多步骤、综合的分类方法，获取1973、1993、1998、2006年四个时相五大类(水域、植被、耕地、城市用地、未利用地)土地利用／覆盖分类结果，其总体精度和Kappa系数分别大于87％和0.8。满足了土地利用／覆盖变化监测的需要。 3．土地利用／覆盖变化监测：提取了1973-1993、1993-1998、1998-2006年三个时段的土地利用／覆盖变化信息。分析结果表明，1973-1993的近20年间，城市用地由51.6平方公里增加到124.6平方公里，年增长率达到7.1％，是研究期内增长幅度最大，增长速度最快的地类。耕地减少了145平方公里，年减少约7平方公里。未利用地减少幅度最大，减少幅度约占其总面积的2／3。1993-1998城市用地面积由124.6平方公里增加到186.7平方公里，年平均增长10.9％，这一时期的城市扩张开始提速，耕地面积持续减少。水域和植被面积也出现了不同程度的减少，水域成为了研究期减少幅度最大的地类，年平均变化率为－4.5％。1998-2006城市用地取代了耕地为了区内面积最大的景观，其面积增加了120平方公里，年增长14.5％，城市扩张进一步提速。耕地减少了133.6平方公里。未利用地减少至2.9平方公里，有从研究区内消失的趋势。总之，近30多年来，长沙市土地利用／覆盖发生了巨大变化，城市用地面积翻了五番，耕地面积减半，植被面积略微增加，未利用地几近消失。城市扩张是区内土地利用／覆盖变化的主要驱动力。 4．景观结构及其变化分析： 斑块类型级景观格局分析表明，城市斑块形状经历了由简单到复杂再到简单的过程，反映城市扩张经历了由无序向有序、低级到高级的过程；植被景观在整个研究期内破碎度增加；耕地受人类活动影响加剧，抗干扰能力逐渐减弱。因此，必须采取切实有效的措施保护耕地的质量、数量，实现区域社会经济可持续发展。 景观类型级格局变化分析表明，从1973到2006年，景观平均粒径不断减小，景观多样性和破碎度增加，最大斑快面积(城市用地斑块)优势度有增加的趋势。上述分析反映，长沙地区近三十年的城市扩张导致了区域景观的离散化，削弱了景观的稳定性。绿地覆盖率的上升虽然在一定程度上改善了城市生态环境，但景观稳定性的削弱容易导致区域生态环境的变化。因此，今后的城市建设必须采取措施保护区内的弱势景观，如耕地、植被、水域等。

【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：P901