快速城市化景观格局的空间自相关特征分析以深圳市龙华地区为例

北京大学学报(自然科学版),第36卷,第6期,2000年11月

ActaScientiarumNaturalium

UniversitatisPekinensis,Vol.36,No.6(Nov,2000)

1)快速城市化景观格局的空间自相关特征分析

以深圳市龙华地区为例

曾 辉 江子瀛 孔宁宁 高凌云

(北京大学城市与环境学系,北京,100871)

摘 要 利用空间自相关分析方法,以深圳市龙华地区为例,对快速城市化景观的空间结构特征

及其成因进行了研究。参与分析的景观结构变量均表现出较好的结构性,表明该地区景观是在一

种既可以覆盖全区,又具有良好连续性的驱动机制作用下形成的。进一步详细分析结果表明,工

作区内的地形条件差异是景观空间分布格局成因的背景性因素,而快速城市化过程中人类活动的

强烈改造作用,是导致1988年和1996年景观结构特征发生显著差异的根本性影响因素。进入九

十年代以来,工作区内的景观已经逐渐转变成为一种人为活动占优势的景观类型。

关键词 景观格局;空间自相关;人为改造;深圳市

中图分类号 X37

0 引 言

景观结构变量在空间分布上往往表现出一定的规律性,即存在着显著的自相关关系[1]。这种自相关特征的出现,源于景观结构受到在地域分布上具有连续性的过程影响,包括空间相互作用过程和空间扩散过程[2]。由于景观结构变量在空间上相互不独立,利用常规统计分析方法(如回归模型),可能会导致错误的结论。自相关分析可以揭示这种空间变量的结构特征。本研究以深圳市龙华地区为例,利用其快速城市化过程开始及基本完成时的两个有代表性时段(1988年和1996年)的景观制图,对斑块数量、斑块平均面积、景观多样性和碎裂化指数等景观格局变量进行了空间自相关分析,以期了解快速城市化景观空间分布格局的详细结构特征和动力学机制信息。

1 研究区概况

本研究工作区位于深圳市北部,是一个以宝安区龙华镇为中心,面积324km2(18km 18km)的正方形区域。地理位置为东经113 55 30 ~114 06 28 ,北纬22 34 17 ~22 45 。除龙华镇全镇之外,还包括宝安区石岩镇、观澜镇、公明镇、光明华侨畜牧场,龙岗区布吉镇、平湖镇以及深圳特区南山区和福田区的部分地区(图1)。区内有两条高速公路交叉穿过,其中南北向的梅澜高速公路与深圳市中心区相连,东西向的布龙高速公路则可以沟通相邻的石岩镇和 1)国家自然科学基金资助项目(49871070)

收稿日期:1999-10-18;修回日期:2000-03-06

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图1 工作区位置图

Fig.1 Thelocationoftheworkingarea

布吉镇。

工作区是一个半封闭的低山丘陵盆地(图2),牛背凹、羊台山、笔架山和鸡公山等低山和

图2 工作区内DEM高程模型Fig.2 TheDEMmodeloftheworkingarea

826北京大学学报(自然科学版) 第36卷 台山主峰海拔为588m,最低点观澜河下游河谷地区海拔只有10m左右,地形上高差比较大。本地区曾为传统的农业经营地区,盆地周围低山和丘陵地区为大片林地覆盖区域,观澜河谷地则为集中农业经营地区。80年代中期以来,由于快速城市化过程,导致观澜河谷地城镇用地规模急剧膨胀,农业经营地区逐渐向周围丘陵地区转移,进而导致林地分布区域不断萎缩。2 方法论简介

在景观格局研究中,空间自相关方法可以用于检验空间变量的取值是否与相邻空间上该变量取值大小有关。如果空间变量在一点上的取值与相邻点的取值变化趋势相同,则被称为空间正相关,相反则为空间负相关。空间自相关分析首先对所检验的空间单元进行配对和采样。空间单元的分布可以是规则的,也可以是不规则的。本研究由于采用了随机采样方法,因此样本的空间分布是不规则的。空间自相关分析的核心是空间自相关系数计算,常用的空间自相关指数有Moran s指数I和Geary指数C。考虑到影响景观空间结构特征的自然和人为因素(如地形特征或人为改造强度)可以近似地看成是在空间上呈连续的梯度分布

研究中使用了Moran s指数I,计算公式为:

n

I=i=1j=1

[1],因此本 Wij(Xi-

i=1j=1nnX)(Xj-X), i j。X)2 Wiji=1 (Xi-式中,Xi和Xj分别是变量X在配对空间单元i和j上的取值,X是变量X的平均值,Wij是相邻权重,n是空间单元总数[3]。另外,相邻权重Wij的确定方法有很多种。鉴于本研究中相邻权重可以表示为单元对之间变量可能的相关程度,且这种相关性与样对之间的距离显著相关,因此采用样对间距离作为相邻权重的量度。具体权重值取值为:当i=j时,Wij=0;其他情形下,Wij=1/dij,其中,dij为样对中心点之间的直线距离。从Moran s指数的计算公式看,I系数与统计学上的相关系数类似,其取值范围为-1~1之间;当I=0时代表空间不相关,I取值为正数是为正相关,负数时则为负相关。

空间自相关系数计算完成后,需要根据计算结果对 变量在所讨论空间呈随机分布(即不存在空间自相关关系) 的原假设进行显著性检验。关于显著性检验的方法,本研究采用 近似正态法 进行检验。即以近似正态分布为前提,对Moran s指数I计算结果进行标准化,得到衍生统计量z。取双侧检验显著性水平为10%,查表得临界值为 1 65。然后比较z与临界值的相对大小,当z大于1 65时为显著正空间自相关;当z小于-1 65时为显著的负相关[3~5]。

研究中利用0 36km2的样地进行了覆盖全区的随机采样后得到500个样点的斑块数量、斑块平均面积、多样性和碎裂化指数结果,然后进行各种相关计算。空间自相关分析还可以研究空间变量在分析空间不同距离上和方向上的变化规律,从而揭示景观结构和格局成因中,具有典型方向性分布特征的动力学因素(如高速公路、地区社会经济发展轴线等)所带来的影响。本研究在距离分析中,以20个像元(每个像元长度为30m,下同)为距离增长步长,搜索宽度为

第6期 曾 辉等:快速城市化景观格局的空间自相关特征分析827共进行20~600个像元30种距离的计算,参与计算的景观结构变量是景观多样性指数和碎裂化指数。方向性分析中主要分析了南北、东西、东南 西北和东北 西南4个方向景观多样性指数的变化情况。

3 结果与讨论

3 1 景观空间分布格局的一般特征

对照表1的分析结果可以发

现,4个变量所有年度的总体z值

均大于1 65,表明在该采样密度

下,景观空间结构变量显著自相关。

从而不难推断,该尺度下的景观结

构和格局是在一种既可以覆盖整个

区域,又具有较好的空间连续性的

驱动因素作用下形成的,而且这种

驱动作用对于景观结构空间变化的

主导性非常明显。能够产生这种影

响作用的驱动因素无疑是大的地貌

背景下人们有目的的景观改造活

动,景观格局特征空间显著自相关

的结果充分说明龙华地区的景观是

一种人为活动占据绝对优势的景观

类型,自然影响作用已经退居到比较次要地位,或者表现为一种背景性影响因素。

不过,地形差异对不同方向的相关性特征具有一定的影响。从不同方向的z值看,东西方向和南北方向由于地形对比差异明显(图2),导致相关性显著降低,特别是南北方向,由于从龙华镇南部的笔架山至观澜镇北部观澜河出口处地形呈单边下降趋势,导致该方向土地利用分异明显,所有景观格局指数均不表现出相关性特征。东西方向羊台山和布吉镇西部丘陵地区地形对比差异相对小一些,部分景观格局指数(主要是斑块数量和景观多样性)仍表现出相关性。东南方向为从笔架山至鳌背 …… 此处隐藏：3387字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……