景觀格局分析方法

景觀格局分析方法第一節(jié)概念第二節(jié)景觀格局分析的基本步驟第三節(jié)景觀指數(shù)第四節(jié)空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法第五節(jié)景觀格局分析中的誤差問題一、景觀格局(景觀空間格局)的概念景觀要素在景觀空間內(nèi)的配置和組合形式。

第一節(jié)概念二、景觀格局的基本類型1）規(guī)則或均勻分布格局2）聚集（團(tuán)聚）型分布格局3）線狀格局4）平行格局5）特定的組合或空間聯(lián)結(jié)格局1）規(guī)則或均勻分布格局：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。美國(guó)華盛頓洲貝克山山坡針葉林中砍伐斑塊的規(guī)則分布格局2）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)田多聚集在村莊附近或道路的一端。3）線狀格局指同一類景觀要素的斑塊呈線性分布。

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。4）平行格局指同一類型的景觀要素斑塊呈平行分布。

如：侵蝕活躍地區(qū)的平行河流廊道，以及山地景觀中沿山脊分布的林地。

5）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)常相聯(lián)結(jié)分布?？臻g聯(lián)結(jié)可以是正相關(guān)，也可以是負(fù)相關(guān)。

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。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。

一景觀格局研究的目的確定產(chǎn)生和控制空間格局的因子及其作用機(jī)制；比較不同景觀鑲嵌體的特征和它們的變化；探討空間格局的尺度性質(zhì)；確定景觀格局和功能過程的相互關(guān)系；為景觀的合理管理提供有價(jià)值的資料。第二節(jié)景觀格局分析的基本步驟二景觀格局分析的基本步驟以研究目的和方案為指導(dǎo)，收集和處理景觀數(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)果加以解釋和綜合柵格化數(shù)據(jù)矢量化數(shù)據(jù)收集景觀數(shù)據(jù)野外考察、測(cè)量（獲得植被、森林、土壤等相關(guān)資料）遙感數(shù)據(jù)：航空遙感衛(wèi)星遙感景觀格局分析圖示在進(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)字地圖第三節(jié)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)。二、景觀要素斑塊特征分析1景觀要素斑塊規(guī)模A:斑塊面積B:內(nèi)部生境面積2景觀要素斑塊形狀A(yù):景觀要素斑塊形狀指數(shù)B:景觀要素斑塊分維數(shù)A:斑塊面積類斑塊平均面積：景觀中某類景觀要素斑塊面積的算術(shù)平均值。式中：Ni——第i類景觀要素的斑塊總數(shù)；Aij——第i類景觀要素第j個(gè)斑塊的面積。最大和最小斑塊面積：指景觀中某類景觀要素最大和最小斑塊的面積。類斑面積標(biāo)準(zhǔn)差(Si)和變動(dòng)系數(shù)(Ci)：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)系數(shù)。B:內(nèi)部生境面積類斑塊內(nèi)部生境總面積：該類生境全部斑塊內(nèi)部面積之和。式中AIi——第i類生境的內(nèi)部生境總面積；Aij——第i類生境的斑塊平均內(nèi)部生境面積；EAij——第i類景觀要素第j斑塊的邊際帶面積；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。A:景觀要素斑塊形狀指數(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。以圓為參照：

以正方形為參照：P為斑塊周長(zhǎng)；A為斑塊面積。斑塊的形狀越復(fù)雜或越扁長(zhǎng)，D的值就越大。B:景觀要素斑塊分維數(shù)分形維數(shù)（fractaldimension）分形：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。分形維數(shù)或分維數(shù)：不規(guī)則幾何形狀的非整數(shù)維數(shù)。對(duì)于單個(gè)斑塊：

P是斑塊的周長(zhǎng)，A是斑塊的面積，D是分維數(shù)，k是常數(shù)。對(duì)于柵格景觀而言，k=4。一般地說，歐幾里德幾何形狀的分維為1，具有復(fù)雜邊界斑塊的分維則大于1，但小于2。三景觀異質(zhì)性指數(shù)1）景觀斑塊密度和邊緣密度A:景觀斑塊密度B:景觀邊緣密度2）景觀多樣性A:多樣性指數(shù)與均勻度B:景觀要素優(yōu)勢(shì)度A:景觀斑塊密度式中:PD——景觀斑塊密度:類型斑塊總數(shù)/類型總面積。

PDi——景觀要素的斑塊密度:景觀中某類景觀要素的單位面積斑塊數(shù)。

M——研究范圍內(nèi)某空間分辨率上景觀要素類型總數(shù)A——研究范圍景觀總面積。B:景觀邊緣密度（邊界密度）

Pij——景觀中第i類景觀要素斑塊與相鄰第j類景觀要素斑塊間的邊界長(zhǎng)度。A:多樣性指數(shù)與均勻度景觀多樣性指數(shù)Shannon多樣性指數(shù)：Pk為斑塊類型k在景觀中出現(xiàn)的概率；m為景觀中斑塊類型總數(shù)。

Simpson多樣性指數(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度。

以Shannon多樣性指數(shù)為例：E<=1，當(dāng)E趨于1時(shí)，景觀斑塊類型分布的均勻程度也趨于最大。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。通常，較大的D（RD）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。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)D：D=Hmax–H相對(duì)優(yōu)勢(shì)度RD：RD=1-E=1—（H/Hmax）景觀指數(shù)應(yīng)用舉例通過計(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）

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)

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）

美國(guó)本土的原始森林由于人類活動(dòng)從1620年1990年間銳減的情形美國(guó)亞利桑那洲鳳凰城地區(qū)從1912年到1995年城市擴(kuò)張的情形景觀格局變化的定量描述以10個(gè)景觀指數(shù)舉例說明美國(guó)鳳凰城地區(qū)從1912年至1995年土地利用變化的情形第四節(jié)空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法景觀格局的最大特征就是空間自相關(guān)性——被稱為是地理學(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。

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鄰空間上該變量的取值大小相關(guān)，以及相關(guān)程度如何?？臻g自相關(guān)系數(shù)：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。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，則這一變量呈空間正相關(guān)；若所測(cè)值隨距離的縮小而更為不同，則這一變量呈空間負(fù)相關(guān)；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)出空間不相關(guān)性或空間隨機(jī)性。

空間自相關(guān)分析的步驟對(duì)所檢驗(yàn)的空間單元進(jìn)行取樣計(jì)算空間自相關(guān)系數(shù)（Moran的I系數(shù)和Geary的c系數(shù)）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)

景觀格局分析中誤差的來源原始數(shù)據(jù)收集過程引入的誤差：技術(shù)方法本身和與觀察者有關(guān)的種種原因造成。數(shù)據(jù)處理和分類過程引入的誤差：空間分析過程本身所引入的誤差：各種景觀指數(shù)和空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法的局限性和非確定性；采用這些方法的人的實(shí)際操作水平和對(duì)結(jié)果的解譯能力。第五節(jié)景觀格局分析中的誤差問題景觀空間分析中的誤差

這些不同階段所產(chǎn)生的誤差還可能相互作用，不斷放大，即所謂的誤差繁衍（errorpropagation）現(xiàn)象。

多層空間數(shù)據(jù)分析的精確度遙感、地理信息系統(tǒng)

在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用第一節(jié)遙感（RS)一、遙感技術(shù)在生態(tài)學(xué)應(yīng)用中經(jīng)歷的階段二、遙感技術(shù)的基本原理三、遙感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)四、遙感數(shù)據(jù)的基本特征五、遙感在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用方面

遙感在生態(tài)學(xué)應(yīng)用中經(jīng)歷的階段航空攝影階段：始于19世紀(jì)后期。從航空攝影向航天攝影過渡的階段：大約從20世紀(jì)50年代至70年代。

航天攝影階段：以各種遙感衛(wèi)星和先進(jìn)的圖像處理技術(shù)為標(biāo)志。

遙感技術(shù)的基本原理指通過任何不接觸被觀測(cè)物體的手段來獲取信息的過程和方法。是用光譜掃描儀或紅外掃描儀對(duì)地球表面的地物光譜或溫度特征進(jìn)行記錄，通過計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)或圖像處理分析地表特征。遙感遙感技術(shù)的基本原理

遙感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)避免研究者對(duì)研究對(duì)象的直接干擾。能夠提供大范圍的瞬間靜態(tài)圖像，是生態(tài)學(xué)家目前獲取大尺度上各種生態(tài)和物理信息的主要手段。提供了大面積重復(fù)觀測(cè)的可能，為資料的快速獲取與更新、為多時(shí)段的對(duì)比研究和動(dòng)態(tài)分析提供了基礎(chǔ)，是大尺度格局動(dòng)態(tài)的唯一監(jiān)測(cè)手段。

大大拓寬了人類觀測(cè)地球的光譜分辨能力?？梢蕴峁└呖臻g分辨率的資料，可以有效地為景觀生態(tài)學(xué)研究提供所必需的多尺度上的資料。遙感數(shù)據(jù)一般都是空間數(shù)據(jù)，這也是研究景觀的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)所必需的數(shù)據(jù)形式?，F(xiàn)代遙感技術(shù)直接提供數(shù)字化空間信息，從而大大地促進(jìn)了景觀生態(tài)學(xué)資料的收集、貯存，以及處理和分析過程，并且使遙感、GIS和計(jì)算機(jī)模型的密切配合成為必然。

遙感數(shù)據(jù)的基本特征航空像片數(shù)據(jù)的空間分辨率反映在像片的比例尺和膠片的靈敏程度上；數(shù)字遙感數(shù)據(jù)對(duì)地物記錄的詳細(xì)程度主要反映在空間分辨率上。

遙感在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用方面遙感資料在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用可以歸納為3類：植被和土地利用分類生態(tài)系統(tǒng)和景觀特征的定量化景觀動(dòng)態(tài)以及生態(tài)系統(tǒng)管理方面的研究

遙感在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用方面第二節(jié)地理信息系統(tǒng)（GIS)一、概述二、GIS的數(shù)據(jù)層及數(shù)據(jù)獲取三、GIS的功能四、GIS在景觀生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用GIS是一系列用來收集、存貯、提取、轉(zhuǎn)換和顯示空間數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)工具。概述GIS的發(fā)展過程：20世紀(jì)50年代，提出GIS概念。20世紀(jì)70年代后，GIS朝實(shí)用的方向發(fā)展。20世紀(jì)80年代，GIS普及和推廣應(yīng)用階段。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，GIS深入到各行各業(yè)。硬件部分（圖A）軟件部分（圖B）空間數(shù)據(jù)

用戶

地理信息系統(tǒng)的組成:地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)層及數(shù)據(jù)獲取利用GIS表示景觀異質(zhì)性:A.在GIS中不同生態(tài)學(xué)變量以不同數(shù)據(jù)層表示；B.GIS表達(dá)空間數(shù)據(jù)的兩種基本途徑：矢量型和柵格型GIS在景觀生態(tài)學(xué)中應(yīng)用

GIS的特點(diǎn):將零散的數(shù)據(jù)和圖像資料加以綜合并存貯在一起。將各類空間數(shù)據(jù)和有關(guān)屬性數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)高效率地聯(lián)系起來。為經(jīng)常不斷地、長(zhǎng)期地儲(chǔ)存和更新空間資料及其相關(guān)信息提供一個(gè)有效的工具。為空間格局分析和空間模型提供一個(gè)有力又較容易操作的技術(shù)構(gòu)架，從而有利于生態(tài)學(xué)家采用一些數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)方法上非常復(fù)雜的研究途徑。提高了某些景觀資料的質(zhì)量，大大增加了對(duì)資料的存取速度和分析能力，從而促進(jìn)了景觀生態(tài)學(xué)原理和方法在環(huán)境規(guī)劃和資源管理諸方面的實(shí)際應(yīng)用。景觀單元數(shù)量關(guān)系分析通過對(duì)景觀單元數(shù)量關(guān)系的分析，可以獲知一個(gè)景觀地區(qū)的基本結(jié)構(gòu)特征（如不同景觀類型的斑塊個(gè)數(shù)、面積、周長(zhǎng)、面積所占百分比、平均斑塊周長(zhǎng)、平均斑塊面積），同時(shí)可以計(jì)算該景觀地區(qū)的景觀多樣性指數(shù)、分維數(shù)、破碎度、分離度等一系列指標(biāo)。

GIS在景觀空間格局分析中的應(yīng)用*不同類型圖件的疊加和再分類*分析不同斑塊在空間的分布關(guān)系，如不同單元之間的距離、鄰接性、連通性、核心區(qū)和邊緣效應(yīng)等。*進(jìn)行景觀格局對(duì)生態(tài)過程的敏感性分析和模擬，研究不同景觀格局對(duì)生態(tài)過程的影響。

景觀空間格局分析緩沖區(qū)的設(shè)計(jì)景觀規(guī)劃*某一景觀類型最佳利用方式的確定*對(duì)某一景觀要素空間位置的選擇

景觀規(guī)劃與應(yīng)用

GIS在景觀模型中的應(yīng)用GPS簡(jiǎn)介GPS主要由空間導(dǎo)航系統(tǒng)、地面監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和用戶設(shè)備三部分組成。GPS的結(jié)構(gòu)組成GPS在景觀生態(tài)學(xué)研究中的作用GPS技術(shù)對(duì)景觀生態(tài)學(xué)研究有重要推動(dòng)作用。如用于動(dòng)物活動(dòng)行蹤的監(jiān)測(cè)，生境圖、植被圖及其它資源圖的制作，航空照片和衛(wèi)星遙感圖像的定位和地面校正，以及環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面。景觀生態(tài)學(xué)的應(yīng)用第一節(jié)景觀生態(tài)學(xué)與城市景觀規(guī)劃一、城市景觀規(guī)劃的發(fā)展歷史

景觀生態(tài)規(guī)劃與設(shè)計(jì)思想源于１９世紀(jì)初，那時(shí)人們對(duì)資源的開發(fā)近似掠奪性。首先建立農(nóng)業(yè)景觀，到２０世紀(jì)初，出現(xiàn)工業(yè)城市景觀。隨著發(fā)展，人類逐漸認(rèn)識(shí)到人與自然應(yīng)最大限度的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。城市景觀規(guī)劃定義：是依據(jù)景觀生態(tài)學(xué)原理和方法，合理地規(guī)劃景觀空間結(jié)構(gòu)，使斑塊、基質(zhì)、廊道等景觀要素及其空間分布合理，使信息流、物質(zhì)流與能量流暢通，使景觀不僅符合生態(tài)學(xué)原理，而且具有一定的美學(xué)價(jià)值，還能適合人類居住。目標(biāo)：是改善城市景觀結(jié)構(gòu)、完善城市景觀功能、提高城市環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)城市景觀的持續(xù)發(fā)展。具體可以概括為如下目標(biāo)：生態(tài)穩(wěn)定性、通達(dá)性、舒適性、美觀性。二、城市景觀規(guī)劃的原則１.城市—城郊景觀生態(tài)建設(shè)一體化原則

由于現(xiàn)代城市特別是特大城市包括了其周圍的郊區(qū)，將市區(qū)與郊區(qū)進(jìn)行整體規(guī)劃是城市生態(tài)建設(shè)的主要內(nèi)容。

如針對(duì)北京，提出的“２１世紀(jì)北京綠色生態(tài)建設(shè)”，按照生態(tài)系統(tǒng)理論，北京應(yīng)建立３個(gè)綠色生態(tài)圈：山地水源涵養(yǎng)生態(tài)圈、防風(fēng)固沙—農(nóng)林果生產(chǎn)帶生態(tài)圈、城市調(diào)節(jié)防污美化生態(tài)圈。

從現(xiàn)代城市的發(fā)展趨勢(shì)看，城市的衛(wèi)星城、郊區(qū)的規(guī)劃與市區(qū)是統(tǒng)一的。２.尊重自然，依靠自然原則地方性保護(hù)與節(jié)約自然資本讓自然做功顯露自然三、景觀生態(tài)學(xué)在城市景觀建設(shè)中的應(yīng)用城市景觀規(guī)劃就是要?jiǎng)?chuàng)造良好的生產(chǎn)、生活環(huán)境，創(chuàng)造優(yōu)美的城市景觀。１.景觀異質(zhì)性

城市景觀的一致性導(dǎo)致城市景觀的復(fù)雜性與多樣性，有利于城市的穩(wěn)定發(fā)展。維持景觀一致性是促進(jìn)城市建設(shè)和發(fā)展的關(guān)鍵。２.景觀多樣性景觀多樣性是描述生態(tài)鑲嵌式結(jié)構(gòu)拼塊的復(fù)雜性、多樣性，可以采用多度、均勻度、漸嵌度和連通度等加以描述。３.城郊景觀建設(shè)

城郊景觀是城市景觀與農(nóng)村景觀的結(jié)合與統(tǒng)一。第二節(jié)景觀生態(tài)學(xué)與農(nóng)村景觀建設(shè)一、農(nóng)村景觀研究的歷史１.農(nóng)業(yè)景觀發(fā)展的階段農(nóng)業(yè)前景觀原始農(nóng)業(yè)景觀傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)景觀現(xiàn)代農(nóng)業(yè)景觀２．農(nóng)業(yè)景觀規(guī)劃的概念和目標(biāo)

概念：是運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)原理解決農(nóng)業(yè)景觀水平上生態(tài)問題的實(shí)踐活動(dòng)，農(nóng)業(yè)景觀規(guī)劃涉及農(nóng)業(yè)景觀結(jié)構(gòu)和景觀功能兩方面研究。

目標(biāo)：主要體現(xiàn)在把景觀作為“資源”并從“整體”上看待，將人類需求與景觀的自然特性與過程相聯(lián)系，主要關(guān)注宏觀尺度上的資源配置。二、農(nóng)村景觀規(guī)劃的原則理想的農(nóng)村景觀