景觀格局分析方法

1、1第一節(jié) 概念第三節(jié) 景觀指數(shù)第四節(jié) 空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法2一、景觀格局一、景觀格局( (景觀空間格局景觀空間格局) )的概念的概念 景觀要素在景觀空間內(nèi)的配置和景觀要素在景觀空間內(nèi)的配置和組合形式。組合形式。 第一節(jié)第一節(jié) 概念概念3二、景觀格局的基本類型二、景觀格局的基本類型1）規(guī)則或均勻分布格局規(guī)則或均勻分布格局2）聚集（團(tuán)聚）型分布格局聚集（團(tuán)聚）型分布格局3）線狀格局線狀格局4）平行格局平行格局5）特定的組合或空間聯(lián)結(jié)格局特定的組合或空間聯(lián)結(jié)格局41 1）規(guī)則或均勻分布格局：）規(guī)則或均勻分布格局：指某一特定類型景指某一特定類型景觀要素間的距離相對(duì)一致的一種景觀。觀要素間的距離相對(duì)一致的一種

2、景觀。美國(guó)華盛頓美國(guó)華盛頓洲貝克山山洲貝克山山坡針葉林中坡針葉林中砍伐斑塊的砍伐斑塊的規(guī)則分布格規(guī)則分布格局局52 2）聚集（團(tuán)聚）型分布格局）聚集（團(tuán)聚）型分布格局 同一類型的景觀要素斑塊相對(duì)聚集同一類型的景觀要素斑塊相對(duì)聚集在一起，同類景觀要素相對(duì)集中，在景觀在一起，同類景觀要素相對(duì)集中，在景觀中形成若干較大面積的分布區(qū)，再散布在中形成若干較大面積的分布區(qū)，再散布在整個(gè)景觀中。整個(gè)景觀中。 如：在丘陵農(nóng)業(yè)景觀中，農(nóng)田多聚集在村如：在丘陵農(nóng)業(yè)景觀中，農(nóng)田多聚集在村莊附近或道路的一端。莊附近或道路的一端。63 3）線狀格局）線狀格局 指同一類景觀要素的斑塊呈線性分布。指同一類景觀要素的斑塊呈線

3、性分布。 如：沿公路零散分布的房屋，干旱地區(qū)（或山地）沿如：沿公路零散分布的房屋，干旱地區(qū)（或山地）沿河分布的耕地。河分布的耕地。74 4）平行格局）平行格局 指同一類型的景觀要素斑塊呈平行分指同一類型的景觀要素斑塊呈平行分布。布。 如：侵蝕活躍地區(qū)的平行河流廊道，以及山地景觀中沿山如：侵蝕活躍地區(qū)的平行河流廊道，以及山地景觀中沿山脊分布的林地。脊分布的林地。85 5）特定的組合或空間聯(lián)結(jié)格局）特定的組合或空間聯(lián)結(jié)格局 指不同的景觀要素類型由于某種原因經(jīng)指不同的景觀要素類型由于某種原因經(jīng)常相聯(lián)結(jié)分布。空間聯(lián)結(jié)可以是正相關(guān)，也常相聯(lián)結(jié)分布。空間聯(lián)結(jié)可以是正相關(guān)，也可以是負(fù)相關(guān)?？梢允秦?fù)相關(guān)。 如

4、：稻田總是與河流或渠道并存是正相關(guān)空間聯(lián)結(jié)的實(shí)如：稻田總是與河流或渠道并存是正相關(guān)空間聯(lián)結(jié)的實(shí)例；平原的稻田區(qū)很少有大片林地出現(xiàn)是負(fù)相關(guān)的實(shí)例。例；平原的稻田區(qū)很少有大片林地出現(xiàn)是負(fù)相關(guān)的實(shí)例。9三、景觀格局分析概念三、景觀格局分析概念 用來研究景觀結(jié)構(gòu)組成特征和空間配用來研究景觀結(jié)構(gòu)組成特征和空間配置關(guān)系的分析方法。置關(guān)系的分析方法。 通過研究空間格局可以更好地理解生態(tài)學(xué)過程。通過研究空間格局可以更好地理解生態(tài)學(xué)過程。 10一 景觀格局研究的目的景觀格局研究的目的o確定產(chǎn)生和控制空間格局的因子及其作用機(jī)制；確定產(chǎn)生和控制空間格局的因子及其作用機(jī)制；o比較不同景觀鑲嵌體的特征和它們的變化；比較

5、不同景觀鑲嵌體的特征和它們的變化；o探討空間格局的尺度性質(zhì)；探討空間格局的尺度性質(zhì)；o確定景觀格局和功能過程的相互關(guān)系；確定景觀格局和功能過程的相互關(guān)系；o為景觀的合理管理提供有價(jià)值的資料。為景觀的合理管理提供有價(jià)值的資料。第二節(jié)第二節(jié) 景觀格局分析的基本步驟景觀格局分析的基本步驟11二二 景觀格局分析的基本步驟景觀格局分析的基本步驟以研究目的和方案為指導(dǎo)，以研究目的和方案為指導(dǎo)，收集收集和處理景和處理景觀數(shù)據(jù)觀數(shù)據(jù) 將真實(shí)的景觀系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的景觀，選將真實(shí)的景觀系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的景觀，選用適當(dāng)?shù)母窬盅芯糠椒ㄟM(jìn)行分析用適當(dāng)?shù)母窬盅芯糠椒ㄟM(jìn)行分析 最后對(duì)分析結(jié)果加以解釋和綜合最后對(duì)分析結(jié)果加

6、以解釋和綜合柵格化數(shù)據(jù)柵格化數(shù)據(jù)矢量化數(shù)據(jù)矢量化數(shù)據(jù)12收集景觀數(shù)據(jù)收集景觀數(shù)據(jù)o野外考察、測(cè)量（獲得植被、森林、土壤等相關(guān)資料）o遙感數(shù)據(jù)：航空遙感 衛(wèi)星遙感13景觀格局分析圖示景觀格局分析圖示14 在進(jìn)行景觀格局分析時(shí)，實(shí)際景觀首先要經(jīng)過取樣、數(shù)字化在進(jìn)行景觀格局分析時(shí)，實(shí)際景觀首先要經(jīng)過取樣、數(shù)字化過程轉(zhuǎn)化為柵格型或矢量型數(shù)字地圖過程轉(zhuǎn)化為柵格型或矢量型數(shù)字地圖15第三節(jié)第三節(jié) 景觀指數(shù)景觀指數(shù) 一、景觀指數(shù)一、景觀指數(shù) 能夠高度濃縮景觀格局信息，反映能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面特征的簡(jiǎn)其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面特征的簡(jiǎn)單定量指標(biāo)。單定量指標(biāo)。16二、二、

7、景觀要素斑塊特征分析景觀要素斑塊特征分析1 1 景觀要素斑塊規(guī)模景觀要素斑塊規(guī)模A: A: 斑塊面積斑塊面積B: B: 內(nèi)部生境面積內(nèi)部生境面積2 2 景觀要素斑塊形狀景觀要素斑塊形狀 A:A:景觀要素斑塊形狀指數(shù)景觀要素斑塊形狀指數(shù) B:B:景觀要素斑塊分維數(shù)景觀要素斑塊分維數(shù)17A: 斑塊面積斑塊面積o類斑塊平均面積：類斑塊平均面積：景觀中某類景觀要素斑塊面積景觀中某類景觀要素斑塊面積的算術(shù)平均值。的算術(shù)平均值。iNjijiiANA11式中：式中：N Ni i第第i i類景觀要素的斑塊總數(shù)；類景觀要素的斑塊總數(shù)；A Aijij第第i i類景觀要素第類景觀要素第i i個(gè)斑塊的面積。個(gè)斑塊的面

8、積。18o最大和最小斑塊面積最大和最小斑塊面積：指景觀中某類景觀要素最：指景觀中某類景觀要素最大和最小斑塊的面積。大和最小斑塊的面積。ijiijiAAAAminminmaxmax19o類斑面積標(biāo)準(zhǔn)差類斑面積標(biāo)準(zhǔn)差(Si)和變動(dòng)系數(shù)和變動(dòng)系數(shù)(Ci)：是指景觀是指景觀中某類景觀要素斑塊面積的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差和變動(dòng)系中某類景觀要素斑塊面積的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差和變動(dòng)系數(shù)。數(shù)。%100121iiiNjiijiiASCAANSi20B: 內(nèi)部生境面積內(nèi)部生境面積o類斑塊內(nèi)部生境總面積：類斑塊內(nèi)部生境總面積：該類生境全部斑塊內(nèi)部該類生境全部斑塊內(nèi)部面積之和。面積之和。iNjijijiEAAAI1式中式中 AIAIi i

9、第第i i類生境的內(nèi)部生境總面積；類生境的內(nèi)部生境總面積； A Aijij第第i i類生境的斑塊平均內(nèi)部生境面積；類生境的斑塊平均內(nèi)部生境面積； EAEAijij第第i i類景觀要素第類景觀要素第j j斑塊的邊際帶面積；斑塊的邊際帶面積；21o平均內(nèi)部生境面積：平均內(nèi)部生境面積：該類生境全部斑塊內(nèi)部面積算術(shù)平均值。iNjijijiiEAANAI1122 A: 景觀要素斑塊形狀指數(shù)景觀要素斑塊形狀指數(shù)o斑塊形狀指數(shù)斑塊形狀指數(shù)D：通過計(jì)算某一斑塊形狀與相：通過計(jì)算某一斑塊形狀與相同面積的圓或正方形之間的偏離程度來測(cè)量其同面積的圓或正方形之間的偏離程度來測(cè)量其形狀的復(fù)雜程度。形狀的復(fù)雜程度。 以圓

10、為參照：以圓為參照： APD2/APD/25. 0以正方形為參照：以正方形為參照： P P為斑塊周長(zhǎng)；為斑塊周長(zhǎng)；A A為斑塊面積。斑塊的形狀為斑塊面積。斑塊的形狀越復(fù)雜或越扁長(zhǎng)，越復(fù)雜或越扁長(zhǎng)，D D的值就越大。的值就越大。23 B: 景觀要素斑塊分維數(shù)景觀要素斑塊分維數(shù)o分形維數(shù)（分形維數(shù)（fractal dimension）o分形分形：不規(guī)則的非歐幾里德幾何形狀可通稱為分：不規(guī)則的非歐幾里德幾何形狀可通稱為分形。組成部分以某種方式與整體相似的形體稱分形。組成部分以某種方式與整體相似的形體稱分形。形。o分形維數(shù)或分維數(shù)分形維數(shù)或分維數(shù)：不規(guī)則幾何形狀的非整數(shù)維：不規(guī)則幾何形狀的非整數(shù)維數(shù)。

11、數(shù)。24o對(duì)于單個(gè)斑塊：對(duì)于單個(gè)斑塊： P是斑塊的周長(zhǎng)，是斑塊的周長(zhǎng)，A是斑塊的面積，是斑塊的面積，D是分維是分維數(shù)，數(shù)，k是常數(shù)。對(duì)于柵格景觀而言，是常數(shù)。對(duì)于柵格景觀而言，k=4。一。一般地說，歐幾里德幾何形狀的分維為般地說，歐幾里德幾何形狀的分維為1，具有，具有復(fù)雜邊界斑塊的分維則大于復(fù)雜邊界斑塊的分維則大于1，但小于，但小于2。2/DkAP )ln(/ )ln(2AkPD 25三三 景觀異質(zhì)性指數(shù)景觀異質(zhì)性指數(shù)1）景觀斑塊密度和邊緣密度）景觀斑塊密度和邊緣密度A:景觀斑塊密度景觀斑塊密度B:景觀邊緣密度景觀邊緣密度2）景觀多樣性）景觀多樣性A: 多樣性指數(shù)與均勻度多樣性指數(shù)與均勻度B:

12、 景觀要素優(yōu)勢(shì)度景觀要素優(yōu)勢(shì)度26A:景觀斑塊密度景觀斑塊密度MjiNAP11D式中式中:PD:PD景觀斑塊密度景觀斑塊密度 PDPDi i景觀要素的斑塊密度景觀要素的斑塊密度 MM研究范圍內(nèi)某空間分辨率上景觀要素類型總數(shù)研究范圍內(nèi)某空間分辨率上景觀要素類型總數(shù) AA研究范圍景觀總面積。研究范圍景觀總面積。iNAPiiD27B: 景觀邊緣密度（邊界密度）景觀邊緣密度（邊界密度） MiMjijPAE111DMjijiPAE1i1DP Pijij景觀中第景觀中第i i類景觀要素斑塊與相鄰第類景觀要素斑塊與相鄰第j j類類景觀要素斑塊間的邊界長(zhǎng)度。景觀要素斑塊間的邊界長(zhǎng)度。28A: 多樣性指數(shù)與均勻

13、度多樣性指數(shù)與均勻度o景觀多樣性指數(shù)景觀多樣性指數(shù)oShannon多樣性指數(shù)多樣性指數(shù)：mkkkPPH1)ln()ln(maxmHmkkPH121)/1 (1maxmHPkPk為斑塊類型為斑塊類型k k在景觀中出現(xiàn)的概率；在景觀中出現(xiàn)的概率；m m為景觀中斑塊為景觀中斑塊類型總數(shù)。類型總數(shù)。 Simpson多樣性指數(shù)多樣性指數(shù)：29o 景觀均勻度指數(shù)景觀均勻度指數(shù) 反映景觀中各斑塊類型在面積上分布的均勻程反映景觀中各斑塊類型在面積上分布的均勻程度。度。 以以Shannon多樣性指數(shù)為例多樣性指數(shù)為例： )ln()ln(1maxmPPHHEmkkkE=1E=1，當(dāng)，當(dāng)E E趨于趨于1 1時(shí)，景觀

14、斑塊類型分布的均勻程度也時(shí)，景觀斑塊類型分布的均勻程度也趨于最大。趨于最大。30B: 景觀要素優(yōu)勢(shì)度景觀要素優(yōu)勢(shì)度 描述景觀由少數(shù)幾類斑塊控制的程度。通描述景觀由少數(shù)幾類斑塊控制的程度。通常，較大的常，較大的D（RD）對(duì)應(yīng)于一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)斑）對(duì)應(yīng)于一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)斑塊類型占主導(dǎo)地位的景觀。塊類型占主導(dǎo)地位的景觀。o優(yōu)勢(shì)度指數(shù)優(yōu)勢(shì)度指數(shù)D： D = Hmax Ho相對(duì)優(yōu)勢(shì)度相對(duì)優(yōu)勢(shì)度RD： RD = 1 - E = 1 （H / Hmax）31景觀指數(shù)應(yīng)用舉例景觀指數(shù)應(yīng)用舉例o通過計(jì)算一些景觀指數(shù)，可以比較兩個(gè)景觀的結(jié)構(gòu)特通過計(jì)算一些景觀指數(shù)，可以比較兩個(gè)景觀的結(jié)構(gòu)特征（圖）征（圖） 兩個(gè)具有不同

15、空間格局的景觀及其相應(yīng)的一些景觀指兩個(gè)具有不同空間格局的景觀及其相應(yīng)的一些景觀指數(shù)數(shù) 32o景觀指數(shù)可以用來定量地描述和監(jiān)測(cè)景觀結(jié)構(gòu)特征隨時(shí)間的變化景觀指數(shù)可以用來定量地描述和監(jiān)測(cè)景觀結(jié)構(gòu)特征隨時(shí)間的變化（圖）（圖） o美國(guó)本土的原始森林由于人類活動(dòng)從美國(guó)本土的原始森林由于人類活動(dòng)從1620年年1990年間銳減的情形年間銳減的情形o美國(guó)亞利桑那洲鳳凰城地區(qū)從美國(guó)亞利桑那洲鳳凰城地區(qū)從1912年到年到1995年城市擴(kuò)張的情形年城市擴(kuò)張的情形33o景觀格局變化的定量描述景觀格局變化的定量描述o 以以10個(gè)景觀指數(shù)舉例說明美國(guó)鳳凰城地區(qū)從個(gè)景觀指數(shù)舉例說明美國(guó)鳳凰城地區(qū)從1912年至年至1995年土

16、地利用變年土地利用變化的情形化的情形34第四節(jié)第四節(jié) 空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法o景觀格局的最大特征就是空間自相關(guān)性景觀格局的最大特征就是空間自相關(guān)性被被稱為是地理學(xué)第一定律，指在空間上越靠近的稱為是地理學(xué)第一定律，指在空間上越靠近的事物或現(xiàn)象就越相似，即景觀特征或變量在鄰事物或現(xiàn)象就越相似，即景觀特征或變量在鄰近范圍內(nèi)的變化往往表現(xiàn)出對(duì)空間位置的依賴近范圍內(nèi)的變化往往表現(xiàn)出對(duì)空間位置的依賴關(guān)系。關(guān)系。 空間自相關(guān)分析空間自相關(guān)分析 35o空間自相關(guān)分析空間自相關(guān)分析：檢驗(yàn)?zāi)骋豢臻g變量的取值是否與相：檢驗(yàn)?zāi)骋豢臻g變量的取值是否與相鄰空間上該變量的取值大小相關(guān)，以及相關(guān)程度如何。鄰空間上該變量

17、的取值大小相關(guān)，以及相關(guān)程度如何。o空間自相關(guān)系數(shù)空間自相關(guān)系數(shù)：度量物理或生態(tài)學(xué)變量在空間上的：度量物理或生態(tài)學(xué)變量在空間上的分布特征及其對(duì)其鄰域的影響程度。分布特征及其對(duì)其鄰域的影響程度。o若某一空間變量的值隨著測(cè)定距離的縮小而變得更相若某一空間變量的值隨著測(cè)定距離的縮小而變得更相似，則這一變量呈似，則這一變量呈空間正相關(guān)空間正相關(guān)；若所測(cè)值隨距離的縮；若所測(cè)值隨距離的縮小而更為不同，則這一變量呈小而更為不同，則這一變量呈空間負(fù)相關(guān)空間負(fù)相關(guān)；若表現(xiàn)出；若表現(xiàn)出任何空間依賴關(guān)系，則這所測(cè)值變量表現(xiàn)出任何空間依賴關(guān)系，則這所測(cè)值變量表現(xiàn)出空間不相空間不相關(guān)性或空間隨機(jī)性關(guān)性或空間隨機(jī)性。36

18、 空間自相關(guān)分析的步驟空間自相關(guān)分析的步驟o對(duì)所檢驗(yàn)的空間單元進(jìn)行取樣對(duì)所檢驗(yàn)的空間單元進(jìn)行取樣o計(jì)算空間自相關(guān)系數(shù)（計(jì)算空間自相關(guān)系數(shù)（MoranMoran的的I I系數(shù)和系數(shù)和GearyGeary的的c c系數(shù)）系數(shù)）o進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)ninjniiijjninjiijxxwxxxxwnI111211)()()( )(ninjninjjiijninjjiijxxwxxwnc11112112)()(2)() 1(37 景觀格局分析中誤差的來源景觀格局分析中誤差的來源o原始數(shù)據(jù)收集過程引入的誤差：技術(shù)方法本身和與觀察技術(shù)方法本身和與觀察者有關(guān)的種種原因造成。者有關(guān)的種種原因造成。o數(shù)據(jù)處理和分類過程引入的誤差：o