南京江北新區(qū)地表覆蓋監(jiān)測與分析

南京江北新區(qū)地表覆蓋監(jiān)測與分析摘要：地表覆蓋是自然環(huán)境要素的重要組成部分，其空間分布信息能反映人類社會經(jīng)濟活動的過程。以南京江北新區(qū)地理國情監(jiān)測數(shù)據(jù)和基本統(tǒng)計成果為基礎，采用地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣、地表覆蓋凈變化與交換變化、變化動態(tài)度等方法對地表覆蓋變化情況進行監(jiān)測分析，綜合評估江北新區(qū)目前的建設進程、效果和規(guī)劃實施情況。關鍵詞：地表覆蓋；地理國情監(jiān)測；轉(zhuǎn)移矩陣；凈變化；交換變化；變化動態(tài)度Keywords:LandCover；NationalGeographicalConditionsMonitoring；LandCoverTransferMatrix；NetChanges；ExchangeChanges；ChangesDynamics1引言地表覆蓋是自然環(huán)境要素的重要組成部分，是地球表面各種物質(zhì)類型及其自然屬性的綜合，其空間分布信息能反映人類社會經(jīng)濟活動的過程，因此，科學準確地監(jiān)測地表覆蓋空間分布與動態(tài)變化意義重大[1-2]o地表覆蓋信息的獲取是地理國情監(jiān)測的首要任務，也是地理國情監(jiān)測的基礎131。南京江北新區(qū)位于江蘇省南京市長江以北，包括南京市浦口區(qū)、六合區(qū)的部分街道和棲霞區(qū)八卦洲街道，是中國第13個、江蘇省首個國家級新區(qū)。南京江北新區(qū)處在東部發(fā)達地區(qū)與中西部地區(qū)的交會處，是華東面向內(nèi)陸腹地的戰(zhàn)略支點，擁有便捷的公路、鐵路、水路和航空樞紐，是南京都市圈、寧鎮(zhèn)揚同城化的核心區(qū)域之一，同時也是長江經(jīng)濟帶與東部沿海經(jīng)濟帶的重要交會節(jié)點，長三角輻射中西部地區(qū)的綜合門戶，南京北上連接中西部的重要區(qū)域。本文以南京江北新區(qū)2017年與2018年2期監(jiān)測數(shù)據(jù)集和基本統(tǒng)計成果為基礎，采用地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣、地表覆蓋凈變化與交換變化、變化動態(tài)度等方法對江北新區(qū)地表覆蓋變化情況進行監(jiān)測分析綜合評估江北新區(qū)目前的建設進程、效果和規(guī)劃實施情況。2江北新區(qū)地表覆蓋分類及變化2.1地表覆蓋分類現(xiàn)狀江北新區(qū)地表覆蓋包含種植土地、林草覆蓋、房屋建筑（區(qū)）、鐵路與道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地及水域共八大類，面積如表1所示。南京江北新區(qū)2017年、2018年2期地表覆蓋數(shù)據(jù)主要利用分辨率優(yōu)于1m的正射遙感影像進行內(nèi)業(yè)采集，并結(jié)合外業(yè)檢查獲取，數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性分別為2017年6月30日和2018年6月30日，數(shù)據(jù)采集空間精度優(yōu)于5個像素，分類精度優(yōu)于99.7%。從2期面積占比情況看，除荒漠與裸露地外，其他地表覆蓋類型占比均沒有太大差距，說明江北新區(qū)各資源占比相對均衡。從空間分布來看，江北新區(qū)2018年地表覆蓋分布（見圖1）的特點是各類型地表覆蓋在不同的街道都有集中連片分布，與其發(fā)展定位相適應。耕地除了老山林場外，主要集中分布在橋林、八卦洲、龍袍、馬鞍、雄州街道，江浦街道的南部長蘆街道的東南部也有耕地片區(qū)。圖12018年江北新區(qū)地表覆蓋分類分布Fig.1LandCoverClassificationandDistributionofJiangbeiNewDistrictin2018園地主要分布在橋林街道西南部、湯泉街道、永寧街道、江浦街道西部、泰山街道與永寧街道交界處，雄州街道東北部有成片的園地分布，其他均為零散分布。林地除老山國家森林公園和六合國家地質(zhì)公園是成片集中分布外，在其他區(qū)域均為零散分布;草地主要在橋林、江浦、頂山、盤城、長蘆街道分布較為密集。表12017—2018年江北新區(qū)地表覆蓋面積及變化統(tǒng)計Tab.1StatisticsofLandCoverAreasandTheirChangesinJiangbeiNewDistrictin2017and2018地表類型2017年2018年-面積變化/km2占比變化/%總面積/km2占比/%總面積/km2占比/%種植土地193.2924.49187.1723.71-6.12-0.78林草覆蓋272.7334.55277.4535.154.730.60房屋建筑（區(qū)）97.3112.3393.1211.80-4.19-0.53道路與鐵路48.276.1149.106.220.830.11構(gòu)筑物56.047.1055.407.02-0.64-0.08人工堆掘地49.886.3254.376.894.490.57荒漠與裸露地1.550.200.980.12-0.57-0.07水域70.278.9071.759.091.480.19房屋建筑主要在江浦、泰山、沿江、大廠、葛塘、龍池、雄州有集中連片分布，尤其是泰山、沿江、大廠3個街道的房屋建筑分布十分密集，開發(fā)強度較高。道路與區(qū)域開發(fā)建設是密不可分的，江浦街道作為江北新區(qū)重點規(guī)劃建設的街道，其道路建設也十分密集，而龍袍、八卦洲、長蘆街道東南部、雄州街道南部、橫梁、馬鞍、永寧、湯泉等以農(nóng)業(yè)為主,道路建設相對稀疏。構(gòu)筑物主要分布在大廠、長蘆和八卦洲街道，其中，大廠和長蘆街道是江北新區(qū)化工產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，工業(yè)設施多，而八卦洲街道是我國著名的蘆蒿之鄉(xiāng)，用于蔬菜種植的溫室大棚分布十分密集。人工堆掘地主要分布在橋林、江浦、頂山、泰山、沿江、葛塘、盤城、龍池、長蘆街道，尤其是橋林和江浦街道，正在進行大規(guī)模的開發(fā)建設，是新區(qū)發(fā)展的重點區(qū)域。水域分布主要集中在橋林、江浦、八卦洲、長蘆、盤城、雄州街道，水資源十分豐富，瀕臨長江,擁有馬叉河、八百河等多條河流，有綠水灣濕地等大型水庫和濕地。2.2地表覆蓋變化2017-2018年期間，江北新區(qū)地表覆蓋有一定的變化，如表1所示。從面積變化情況看，減少最多的是種植土地，其次是房屋建筑，而林草覆蓋、人工堆掘地和水域均有不同程度的增加，其中林草覆蓋面積增加量最大，其次是人工堆掘地。房屋建筑是反映新區(qū)建設發(fā)展的重要指標，2017-2018年間，江北新區(qū)的房屋建筑面積減少了4.19km2。從地表覆蓋增加空間分布看，2017-2018年增加的地表覆蓋在江北新區(qū)呈現(xiàn)零散分布的特點，但是從街道的變化差異看，差異較大。橋林街道和江浦街道是新增地表覆蓋分布最密集的街道，其次是頂山、泰山、沿江、盤城、葛塘、龍池、雄州、長蘆等街道，龍袍街道、大廠街道和老山林場新增的地表覆蓋分布較少。從地表覆蓋類型空間分布看，新增的人工堆掘地在橋林、江浦、頂山、龍池等街道有顯著分布；新增的房屋建筑在橋林、江浦、頂山、沿江、龍池、雄州等街道有顯著分布；新增的林草類在橋林、江浦、頂山、泰山、沿江、盤城、長蘆等街道有顯著分布;新增的構(gòu)筑物主要在八卦洲街道有顯著分布，主要是八卦洲街道的溫室大棚變化較大。從空間分布上，減少的地表覆蓋圖斑的空間分布與增加的地表覆蓋的空間分布是相對應的。從地表覆蓋類別的空間分布上，減少的房屋建筑在橋林、江浦、雄州街道有顯著分布，主要為房屋拆遷；減少的人工堆掘地在橋林、江浦、頂山、沿江、盤城、雄州等街道有顯著分布；減少的林草類在橋林、江浦、長蘆、龍池街道有顯著分布；減少的園地在橋林、湯泉、江浦街道有顯著分布；減少的構(gòu)筑物在八卦洲街道有顯著分布，其中溫室大棚變化較大。3地表覆蓋監(jiān)測分析基于南京江北新區(qū)2017年和2018年2期地理國情普查數(shù)據(jù)成果，綜合利用地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣、地表覆蓋凈變化與交換變化、變化動態(tài)度等方法，對地表覆蓋變化情況進行監(jiān)測分析，以期能更好地為政府管理與決策提供依據(jù)，從而推廣地理國情普查成果的應用。3.1地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣轉(zhuǎn)移矩陣來源于系統(tǒng)分析中對系統(tǒng)狀態(tài)與狀態(tài)轉(zhuǎn)移的定量描述。使用轉(zhuǎn)移矩陣及衍生的變化量，能較好地分析區(qū)域地表覆蓋變化的數(shù)量結(jié)構(gòu)特征與各用地類型的變化方向⑶。2017—2018年江北新區(qū)地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣如表2所示，其中，行表示幻時點地表覆蓋類型，列表示E時點地表覆蓋類型，心表示T1-T2期間地表覆蓋類型，轉(zhuǎn)移為地表覆蓋類型j的面積，Pu表示T-T期間地表覆蓋類型，保持不變的面積，表示T1時點地表覆蓋類型i的總面積，P+j表示T2時點地表覆蓋類型/的總面積,P+-Pu表示T—T期間地表覆蓋類型i減少的面積,P+j-Pjj表示T—T期間地表覆蓋類型j增加的面積。表2地表覆蓋轉(zhuǎn)移矩陣Tab.2LandCoverTransferMatrixA1A2 …An-Pi+減少A1P11P12 …P1nP1+P1+-P11&T1P21P22 …P2nP2+P2+-P22AnPn1Pn2 …PnnPn+P_Pn+ nnP+j新增P+1P+1-P11P+2 …P+2-P22 …P+nP_P+nnn3.1.1凈變化量Dj根據(jù)凈變化量計算公式計算的結(jié)果見表《，凈變化量計算公式：Dj=max(Pj+-Pjj，P+-Pj-min?%,P+j-P)=IP+j-P+I ⑴從凈變化量角度來說，種植土地的凈變化量最大，其次是林草覆蓋，再其次是人工堆掘地；凈變化量最小的是荒漠與裸露地，其次是構(gòu)筑物。說明2017—2018年間，江北新區(qū)從面積變化的角度來說與生態(tài)相關的地表變化較大，與建設相關地表變化相對較小。3.1.2交換量Sj根據(jù)交換量計算公式計算的結(jié)果見表4,交換量計算公式：NmWH-Pj ⑵從交換量角度來說，林草覆蓋與其他地表覆蓋類型間交換比重最大，其次是人工堆掘地、種植土地、構(gòu)筑物、房屋建筑；交換量小于1%的地表覆蓋 類型有鐵路與道路、水體和荒漠與裸露地。Tab.3LandCoverTransferMatrixofJiangbeiNewDistrictin2017and20182017年表32017-Tab.3LandCoverTransferMatrixofJiangbeiNewDistrictin2017and20182017年地表覆蓋 竺年 面積新增/%類型 種植土地林草覆蓋房屋建筑鐵路與道路構(gòu)筑物人工堆掘地荒漠與裸露地水域占比/%'日種植土地22.650.370.010.000.620.040.000.0223.711.06林草覆蓋0.7132.390.360.090.071.370.000.1535.152.76房屋建筑0.050.1111.280.000.040.310.000.0111.800.52鐵路與道路2018年0.020.050.015.970.010.160.000.006.220.25構(gòu)筑物0.310.190.060.016.220.220.000.027.020.80人工堆掘地0.611.150.610.040.134.200.010.136.892.69荒漠裸露地0.000.000.000.000.000.000.100.020.120.02水域0.130.280.000.000.010.030.088.569.090.53面積占比/%24.4934.5512.336.117.106.320.208.90100.00—減少/%1.842.161.050.150.882.120.090.35——3.1.3總變化量Cj總變化量等于凈變化量加上交換量，也等于新增量加上減少量。根據(jù)總變化量計算公式計算的結(jié)果見表4,總變化量計算公式：C=D.+S.=max(p,,Pf+mMfPf⑶

從總變化量的角度來說，無論是轉(zhuǎn)入還是轉(zhuǎn)出，總變化量最大的地表覆蓋類型是林草覆蓋，其次是人工堆掘地、種植土地、構(gòu)筑物和房屋建筑;鐵路與道路、水域、荒漠與裸露地的總變化量均小于1%。表42017-2018年江北新區(qū)地表覆蓋變化統(tǒng)計Tab.4StatisticsofChangesofLandCoverinJiangbeiNewDistrictin2017and2018地表覆蓋類型種植土地林草覆蓋房屋建筑鐵路與道路構(gòu)筑物人工堆掘地荒漠與裸露地水域凈變化量/%2.134.331.040.291.594.240.040.69交換量/%0.780.600.530.110.080.570.070.19總變化量/%2.914.921.570.401.674.810.110.883.2地表覆蓋程度指數(shù)地表覆蓋程度指數(shù)用于分析區(qū)域地表覆蓋強度與強度變化情況。地表覆蓋程度指數(shù)計算公式：nz=100x￡axc'T (4)ZE[100,400]式中，z為地表覆蓋程度指數(shù)，A為區(qū)域內(nèi)第'級地表覆蓋程度分級指數(shù)，C'為區(qū)域內(nèi)第'級地表覆蓋分級面積百分比，n為程度分級數(shù)。Lb_a=Lb-L表示研究區(qū)監(jiān)測時段末期，地表覆蓋程度綜合指數(shù)&與監(jiān)測時段初期La的差值,即監(jiān)測時段內(nèi)地表覆蓋程度綜合指數(shù)變化量。若

Lb_>0,則表示該區(qū)域地表覆蓋處于發(fā)展期，否則處于調(diào)整期或衰退期。2017—2018年江北新區(qū)地表覆蓋程度統(tǒng)計結(jié)果見表5。由表5的統(tǒng)計結(jié)果可知，2017年江北新區(qū)地表覆蓋程度綜合指數(shù)為288.02%,2018年的地表覆蓋程度綜合指數(shù)稍有減少，為287.44%,變化量為-0.58%，表明江北新區(qū)的地表覆蓋目前處于調(diào)整期。雖然林草覆蓋、鐵路與道路、人工堆掘地和水域分別有0.6%、0.32%、1.17%和0.19%的占比增加，但是種植土地、房屋建筑、構(gòu)筑物均有相對較大的占比減少，因此地表覆蓋程度指數(shù)有一定的減少。地表覆蓋類型種植土地林草覆蓋房屋建筑鐵路與道路構(gòu)筑物人工堆掘地荒漠與裸露地水域分級指數(shù)324444122017年面積占比/%24.4934.5512.336.117.106.320.208.902018年面積占比/%23.7135.1511.806.227.026.890.129.09表52017-2018年江北新區(qū)地表覆蓋程度統(tǒng)計Tab.5StatisticsofLandCoverageinJiangbeiNewDistrictin2017and20182017年地表覆蓋程度指數(shù)/% 288.02287.44-0.5820182018年地表覆蓋程度指數(shù)/%

地表覆蓋程度綜合指數(shù)/%3.3地表覆蓋變化動態(tài)度指數(shù)地表覆蓋變化動態(tài)度指數(shù)是定量描述地表覆蓋變化速度的指標，能很好地反映監(jiān)測時段內(nèi)區(qū)域地表覆蓋變化的總體態(tài)勢。地表覆蓋變化動態(tài)度指數(shù)計算公式：￡”]Sn-i+AL" 1LCs= 1 x——x100%⑸Zn T,=1LU式中，LU”為監(jiān)測起始時間第i類土地覆蓋類型的面積，T為監(jiān)測時間段，ALU為監(jiān)測時間段T內(nèi)第i類土地覆蓋類型轉(zhuǎn)變?yōu)榉莍類土地覆蓋類型的面積之和，AL為監(jiān)測時間段T內(nèi)非i類土地覆蓋類型轉(zhuǎn)變?yōu)榈趇類土地覆蓋類型的面積之和，n為土地覆蓋類型數(shù)。2017—2018年江北新區(qū)地