简述城市景观格局评价体系的建立

简述城市景观格局评价体系的建立

耿直

（上海市地质勘查技术研究院，上海200335）

摘要：城市景观是指城市地域内的景物或景象，是一种典型的人为活动占优势的景观类型。针对城市景观的具体特点，建立了基于斑块和边界特征的景观格局指数分析体系，就格局指数的选择进行简要的探讨。

关键词：城市景观；景观格局；分析；边界

前言

景观生态学关于城市化过程及其生态效应研究的首要任务是详细剖析城市景观的格局规律，了解城市景观格局与周边其它景观格局之间的互动关系[1,2]。通过景观格局的分析，可以从看似无序的景观斑块中，发现潜在的规律性，即可以明确景观的异质性和景观元素的分布规律、元素之间的相互作用以及格局的等级结构[3]。

1城市景观的特点

城市景观是指城市地域内的景物或景象，是一种典型的人为活动占优势的景观类型，受区域和城市自身社会经济生产、管理和城市居民生活需求的强烈约束，其组分结构和时空分布格局与其他背景生态系统和景观相比，表现出明显的差异性[1]及特点：a.景观是以人为主体；b.景观具有较大的不稳定性；c.景观具有较高的破碎性；d.景观具有梯度性。

2城市景观格局评价体系的建立

2.1城市景观格局评价方法。景观格局分析方法从最初的定性描述逐渐发展到定量分析乃至模型预测。20世纪80年代以后，对景观格局的定量分析成为研究热点，许多定量分析方法应运而生，如景观格局指数分析法、转移矩阵、空间统计学方法等。在进行具体分析时，至少要同时采用两种或三种不同的方法，而且多尺度分析也是必要的[3]。

选取合适的景观格局指数是城市景观格局评价体系建立的关键。

2.2景观格局指数的选择对景观指数的评价至少应从3个方面考虑[5]：a.就单个指数而言，主要考虑它的提出有无较完善的理论基础，能否较好地描述景观格局、反应格局与过程之间的联系；b.就指数体系而言，体系中的各个景观指数除了要满足对单个指数的要求，还要考虑相互独立性；c.就实际应用而言，要求景观指数不但有较强的纵向比较能力，还要求它有较强的横向比较能力。

2.2.1基于斑块特征的景观格局指数。目前广泛使用的景观格局指数都是基于斑块特征的。在实际应用中，同一度量指标通常会有不同的具体计算方法。以下涉及到的所有的景观格局指数计算公式都采用目前在国际上流行的景观空间格局分析软件包FRAGSTATS3.3[6]中的表示方式。下面就选取的景观格局指数的计算方法、取值范围、含义及其生态意义等做具体说明[7-10]。

a.形状指标。形状指标能够反映某单一景观类型斑块和整个景观斑块形状的复杂程度和稳定性。较为常用的景观格局指数是平均形状指数和面积加权分维数。

b.多样性指标。景观空间格局的多样性是指景观元素在结构、功能以及随时间变化方面的多样性。目前使用较多的Shannon-Weaver公式计算：

（1）

式中，pi为景观类型i所占面积的比例；m为景观类型的数目。

取值范围：，无上限。该指数的大小反映景观类型的多少和各景观类型所占比例的变化，是一个景观水平上的指标。根据信息熵理论，当景观由单一类型构成时，景观是均质的，不存在多样性，其指数值为0；当景观由两种以上的类型构成，且各景观类型所占的比例相等时，景观的多样性指数最高；当各景观类型所占的比例差异增大时，类型多样性指数下降。

c.破碎度指标。在较大尺度的研究中，景观的破碎化状况是极其重要的属性特征。景观的破碎化与人类活动紧密相关，与景观格局、功能与过程等密切联系，同时与自然资源的保护互为依存。破碎化日益严重，适合城市生物生活的环境也在减少，这些对城市生物的保护是十分不利的。目前通常使用的斑块数和斑块密度两项指标来研究景观的破碎度性质。

2.2.2基于边界特征的景观格局指数。景观格局研究通常使用景观组分的斑块数量和面积等属性特征进行相关指数计算，对于边界特征在景观格局分析中的地位和作用尚未受到重视。在以往的景观结构研究中，涉及边界分析最重要的格局指数就是蔓延与散布指标。此外，曾辉（2002）提出了基于边界特征的景观整体格局描述方法。下面就选取的基于边界特征的景观格局指数进行具体的说明。

a.边缘密度。边缘密度是基于边界特征对景观破碎度进行测量的重要指数，包括景观总体边缘密度（或称景观边缘密度，）和景观类型边缘密度（或称类斑边缘密度，），其计算公式为：

（2）

式中，eik为景观类型i与景观类型k相邻的总边缘长度；E是景观中不同斑块间的边缘总长度；A是研究区范围内景观总面积。

取值范围：是指研究景观范围内单位面积上异质景观类型斑块间的边缘长度是指单位面积上某类景观斑块与其相邻异质斑块之间的边缘长度。边缘密度值愈大，说明景观

被边界割裂的程度愈高；反之，景观保存较好的好连通性。因此，该指数揭示了景观或类型被边界的分割程度，是景观破碎化程度的直接反映。

b.蔓延与散布指标。蔓延与散布指标能够测量景观类型分布的聚集或是分散混杂程度，以及景观中同一类型斑块之间的自然衔接程度等。下面选取蔓延度指数和散布与并列指数两项指标进行分析。

（ⅰ）蔓延度指数（Contagion，CONTAG）单位：%

该指标只适用于景观水平，能够测量景观是否由多种类型聚集分布。其计算公式为：

式中，gik为斑块类型i与斑块类型k之间所有邻接的栅格数目（包括景观类型i中所有邻接的栅格数目）；Pi是景观类型i的景观百分比；m是景观中所有类型的数目。

取值范围该指数以栅格邻接为基础，是反映景观聚集程度的一个综合指标，它既概括斑块类型团聚的信息，也表示斑块类型相互邻接、混杂的信息。低蔓延度值表明该景观类型连接性不好，多是由人类活动或是地形分割而造成的许多小嵌块体组成；高蔓延度值则说明景观中存在连通性较好的某种优势嵌块类型。无论景观类型i的景观百分比Pi为何值，当核心斑块类型最大程度分散时，蔓延度为0；当斑块类型呈随机分布时，蔓延度为50；当核心斑块类型最大程度聚集（即景观只有一个斑块）时，蔓延度为100。

（ⅱ）散布与并列指数（Interspersion&JuxtapositionIndex，IJI）单位：%

该指数是景观分散与相互混杂信息的测度。由于它是以斑块之间的相互邻接信息为基础，而不像蔓延度指数以栅格之间的相互邻接为基础，因此它并不能够像蔓延度指数那样反映景观的聚集信息。它包括类型水平和景观水平两种指数，其计算公式为：

式中，eik为景观中斑块类型i与斑块类型k之间的总边缘长度；E为景观中不同斑块类型间总的边缘长度；m是景观中斑块类型的数目。

取值范围。该指数是描述景观空间格局最重要的指标之一，它对那些受到某种自然条件严重制约的生态系统的分布特征反映显著。当相应的斑块类型只与一种其它斑块类型邻接或者只有

一个斑块类型时，散布与并列指数接近于0；当相应的斑块类型与其它所有斑块类型都同种程度的邻接时，即最大程度的散布与并列于其它斑块类型中时，散布与并列指数为100。

c.景观多样性指数。基于边界特征的景观多样性指数（H（b））计算公式为：

式中，PEi为i类型斑块的边界数量（边界累积长度）占景观边界总长度的比例；m是景观类型的数目。取值范围：该指数是一个景观水平上的指标。当所有边界类型数量或累积长度相等时，其值达到最大值。

参考文献

[1]曾辉，夏洁，张磊.城市景观生态研究的现状与发展趋势[J].地理科学，2003，23(4)：484～492.

[2]YrhAGO，LiX.Measurementandmonitoringofurbansprawlinarapidlygrowingregion

usingentropy[J].PhotogrammetricEngineeringandRemoteSensing，2001，67(1)：83~90.

[3]乔青．基于RS&GIS技术的武夷山市景观格局分析与生态保护研究[D]．河北：河北师范大学，2004．

[4]肖笃宁，李秀珍，高峻，等编著．景观生态学[M]．北京：科学出版社，2003．

[5]赵萍，冯学智，林广发．SPOT卫星影像居民地信息自动提取的决策树方法研究[J]．遥感学报，2003，7(4)：309~315．

[6]http://www.umass.edu/landeco/research/fragstats/fragstats.html

作者简介：耿直（1980~），男，江苏金坛人，从事大地测量、地面沉降等项目工作。