基于ALOS数据的乌鲁木齐市绿地景观格局研究

阿里木江·卡斯木，玉苏普江·艾麦提

(新疆师范大学a.地理科学与旅游学院;b.新疆城镇化发展研究中心，乌鲁木齐830054)

0 引言

城市绿地是关系着城市可持续发展的重要环境因素，作为城市生态系统的重要组成部分，对于改善城市生态环境、维持城市生物多样性以及调节城市生态系统平衡起着重要的作用;科学合理的城市绿地景观布局能够提升城市绿地系统经营管理水平，引导城市用地布局朝着健康、持续的人居环境发展。城市景观是地表景观动态变化最快的类型之一，因此城市景观格局研究成为目前最受瞩目的景观格局研究领域[1]。应用卫星影像及其信息提取方法，研究城市绿地分布及结构，在GIS和RS的支持下对城市绿地进行提取并引用景观生态学理论对城市绿地景观结构进行管理和评价，可以为城市绿地系统规划、改善城市环境质量提供依据，从而为生态城市的建设提供有力的基础数据和决策支持，有着十分重要的理论与现实意义[2-3]。同时景观指数能够浓缩景观格局信息，是反映景观结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标，是景观生态学最常用的定量化研究方法[4]。

本研究利用ALOS卫星数据并采用监督分类方法获取乌鲁木齐市的绿地信息并制作绿地景观图和绿地景观分布图，应用景观生态学原理，计算出合适的景观指数来对乌鲁木齐市的绿地景观格局进行分析与评价，发现问题，提出解决问题的措施和决策，可为乌鲁木齐市的景观生态规划与生态设计提供依据。

1 研究区概况

乌鲁木齐市位于亚欧大陆腹地，地处北天山北坡，准噶尔盆地南缘，是世界上距离海洋最远的内陆城市，西北部和东北部与昌吉回族自治州接壤，南部与巴音郭楞蒙古自治州相邻，东南部与吐鲁番地区交界。地理坐标:东经86°37'33″～88°58'24″，北纬42°45'32″～44°08'00″。南北最宽处约153 km，东西最长约190 km，辖7区1县，总面积12 000 km2，城市规划控制面积10 800 km2。市区东、西、南三面环山，北为平缓的冲积平原，地势东南高、西北低。自然坡度1.2%～1.5%，海拔680～920 m。本研究区以东经87°26'44″～87°38'46″，北纬43°43'32″～43°56'36″内的城市地域为研究范围。乌鲁木齐市远离海洋，空气较干燥，属温带大陆性气候。其特点是:光照充足，寒暑变化剧烈，昼夜温差较大，降水少且不均，春季升温快且多大风，夏季炎热，冬季寒冷而漫长，采暖期长达168～180 d。年均降水量190 mm，年均蒸发量1 900 mm。

2 数据与处理

2.1 ALOS数据

ALOS卫星是日本于2006年1月24日发射的目前世界上先进的地球观测卫星，其重访时间为2 d，重复周期为46 d，可广泛应用于测绘、区域环境观测、灾害观测等领域。ALOS卫星有3个传感器，分别为全色遥感立体测绘仪(PRISM)、可见光与近红外辐射计(AVNIR-2)和相控阵型L波段合成孔径雷达(PALSAR)。其中AVNIR-2多光谱影像的星下点空间分辨率为10 m，高于Landsat TM、SPOT-4等多光谱传感器的空间分辨率，主要用于陆地和沿海地区观测，为区域环境监测提供土地覆盖图和土地利用分类图[5]。本研究利用2009年10月8日的ALOS卫星(AVNIR-2多光谱影像)来分析乌鲁木齐市的绿地景观格局现状。

2.2 数据处理

在遥感专业处理软件ERDAS IMAGINE 8.7下利用监督分类方法进行研究区的绿地信息提取，分类后对提取的绿地信息进行精度评价，其分类精度为88%，Kappa系数为0.844 2，基本符合要求。监督分类后的乌鲁木齐市绿地景观图如图1所示。

图1 乌鲁木齐市绿地景观图层Fig.1 Greenbelt landscape layers of Urumqi City

3 绿地景观分类

3.1 乌鲁木齐市绿地类型划分

城市景观类型划分是遥感影像分类、景观格局分析等工作的基础。在不同应用中，景观的理解不同，无法形成统一的景观分类原则。本研究根据研究目的、乌鲁木齐市城市绿化普查手册①城市绿化普查手册，新疆农业大学林学院，2004年。以及城市绿地分类标准[6]，将乌鲁木齐市绿地景观划分为5大类:单位附属绿地、居住绿地、公共绿地、生产防护绿地和其它绿地。

3.2 乌鲁木齐市绿地景观制图

在遥感技术支持下提取出城市绿地信息得到乌鲁木齐市绿地的栅格图像，并对提取的栅格图像进行格式转换，在遥感图像处理软件ENVI 4.0下将栅格图像转换成shape格式的矢量图，导入ArcGIS 9.0进行绿地景观类型编辑与分类。分类时，将提取的图像与遥感影像叠加在一起，参考Google Earth软件下乌鲁木齐市城区遥感影像图，进行目视判别分类并制作成乌鲁木齐市绿地景观类型分布图(图2)。

4 绿地景观格局分析与评价

4.1 景观格局指数

图2 乌鲁木齐市绿地景观类型分布图Fig.2 Distribution of Urumqi greenbelt landscape types

景观格局是在自然或人为因素作用下形成的一系列大小形状各异、排列不同的景观要素集，是各种复杂的物理、生物和社会经济过程相互作用的结果[7]。景观指数能够高度浓缩景观格局信息，反映其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标。结合乌鲁木齐市绿地景观分布特征，本研究选择了5种景观指数，分别为斑块数量，分维数(D)，破碎度指数(Ci)，分离度(Ni)，多样性指数(H)，详细计算方法和意义[8]见表1。

表1 景观格局评价指标Tab.1 The landscape pattern evaluation indexes

4.2 结果与分析

本研究景观指数是利用ArcGIS地统计分析模块与FRAGSTATS景观指数统计软件计算得到的。其中整体景观多样性指数值为0.508 7，景观最大多样性指数值为1.609 4，其他指数值如表2所示。近年来，乌鲁木齐市的基础设施、交通条件不断改善，加速了土地利用景观的城市化，影响着城市绿地景观。本研究从以下5个方面对绿地景观进行分析。

表2 景观指数计算结果Tab.2 The results of landscape indexes

4.2.1 斑块的数量与大小。从表2和图3可知，单位附属绿地斑块数量最多，其绿地景观面积仅次于公共绿地，主要是由于市区内企事业单位相对集中，绿化水平较高;生产防护绿地和居住绿地的斑块数量虽多，但斑块面积较小，主要是由于斑块呈小而零散状态分布。其他绿地斑块数量少，但面积较大，主要由于它们是分布在城市外围的农田菜地。农田菜地成片分布，多为大型斑块，斑块个数少，面积较大;公共绿地斑块数量最少，但绿地景观面积最大，这是由于公共绿地大多成片分布，如雅玛里克山、水磨沟公园、鲤鱼山和植物公园等。这种成片分布的绿地生态效应较高，对改善城市的生态环境起着重要作用。

图3 景观斑块数量和斑块面积百分比Fig.3 The numbers and percentage of landscape patch areas

4.2.2 绿地景观分维数分析。从表2和图4可知，在所有的绿地景观类型中生产防护绿地的分维数最高，为1.898 9，说明生产防护绿地斑块边界复杂。虽然生产防护绿地是人工干扰之后发育而成，但人对其形成的斑块形状干预相对较少，故其分维数值比其他景观类型要高。居住绿地和单位附属绿地的分维数相近，因为居住区绿地景观和单位附属绿地景观受规则的房屋建筑影响，绿地斑块大多为规则式。其他绿地斑块的分维数较低，主要是因为它们受人为干扰大，斑块较规则，斑块形状较为简单的原因。公共绿地斑块的分维数最低，因为它们更多地只是满足观赏的需要，绿地规划设计大多模式化，斑块边界简单，因此公共绿地斑块的分维数普遍低。

4.2.3 绿地景观破碎度分析。乌鲁木齐市5种绿地景观类型破碎化指数在0.120 6～0.891 5之间，如表2和图4，各个类型破碎化指数由小到大分别是:公共绿地＜其他绿地＜生产防护绿地＜居住绿地＜单位附属绿地。其中单位附属绿地的破碎化指数最大，表明其破碎化程度最高，其次是居住绿地，因为它们受人类的影响较大，形状相对多样、不规则，故破碎度较高。公共绿地因成片分布，所以其破碎化指数最小，破碎化程度最低。

4.2.4 绿地景观分离度分析。乌鲁木齐市的分离度指数在0.296 3～1.198 1之间，如表2和图4，居住绿地景观的分离度指数最大为1.198 1，居住绿地景观斑块数量较多，分布较分散而且面积较小，故分离度高;生产防护绿地分布较广，如主要干线道路两侧的防护绿带，大多呈带状分布，因此其分离度也较大;单位附属绿地的斑块数目最多，景观面积较大，因此其分离度指数较小;其他绿地，如耕地景观面积较大，分布较集中，故分离度值较小;公共绿地景观的斑块数量少，但是单个斑块面积大，故分离度最小。

图4 景观分离度、破碎度和分维数Fig.4 Landscape separation index，fragmentation and the fractal dimensions

4.2.5 绿地景观多样性分析。景观多样性是指景观在结构、功能以及时间变化方面的多样性，它揭示了景观的复杂程度。经计算可知，乌鲁木齐市绿地景观多样性指数值为0.508 7，仅为绿地最大景观多样性指数值1.609 4的31.6%，因乌鲁木齐市城区内公共绿地和单位附属绿地景观占支配地位，各类绿地景观面积差异较大，所占比例不均匀，从而导致绿地景观类型多样性指数较低。

5 结论与建议

利用乌鲁木齐市2009年的ALOS数据，借助GIS和RS技术，运用景观生态学理论和方法，定量分析了乌鲁木齐市的绿地景观格局，结果表明:乌鲁木齐市绿地景观类型分布不均匀，公共绿地的斑块数量最少，但斑块面积最大，单位附属绿地的斑块数量最多，斑块面积较大，它们构成了乌鲁木齐市绿地景观基质;单位附属绿地的破碎化程度最高，其次是居住绿地，因为它们受人类的影响较大，形状相对多样、不规则;公共绿地因成片分布，所以其破碎化指数最小，破碎化程度最低;绿地景观总体多样性程度不高，丰富度较小。

在发展城市绿化、注重城市绿地均衡布局、提高公共绿地和单位附属绿地在绿地面积上的比重的同时，也要提高生产防护绿地和居住绿地面积上的比重;进一步提高景观多样性，提高绿地系统结构的复杂程度，增加景观的异质性。维持和发展城市生态的良性循环，除了城市自身环境的改善外，也必须以城市外围区域生态稳定为背景，不断加强乌鲁木齐市周边荒山的植树造林，早日把乌鲁木齐市建设为“城在林中，林在城中”的国家园林城市。

[1]易文斌，蒋卫国，国巧真，等.基于ALOS数据的城市景观格局信息提取研究——以北京市海淀区为例[J].遥感应用，2008，4(8):33-38.

[2]陈颖彪.遥感与GIS支持下的城市绿地信息提取方法研究——以深圳市为例[J].生态环境，2004，13(3):362-364.

[3]玉丽荣，李贞，管东生，等.广州城市绿地系统景观生态学分析[J].城市环境与城市生态，1998，11(3):26-29.

[4]周廷刚.基于GIS的城市绿地景观空间结构研究——以宁波市为例[J].生态学报，2003，23(5):901-907.

[5]李静.高分辨率卫星影像催生卫星摄影测量时代[J].遥感信息，2007，2(3):89-90.

[6]徐波，李金路，赵锋，等.城市绿地分类标准[M].北京:中国建筑工业出版社，2002:15-20.

[7]王宪礼，布仁仓，胡远满.辽河三角洲湿地的景观格局分析[J].生态学报，1997，17(3):317-323.

[8]崔世鹏，姜永根.论延吉市生态建设[J].延边大学农学院学报，2004，26(4):290-294.