1、第四章第四章 景观格局分析方法景观格局分析方法新疆大学资源与环境科学学院第四章第四章 景观格局分析方法景观格局分析方法第一节 概念第二节 景观格局分析的基本步骤第三节 景观指数第四节 空间统计学方法第五节 景观格局分析中的误差问题一、景观格局一、景观格局( (景观空间格局景观空间格局) )的概念的概念 景观要素在景观空间内的配置和景观要素在景观空间内的配置和组合形式。组合形式。 第一节第一节 概念概念二、景观格局的基本类型二、景观格局的基本类型1）规则或均匀分布格局规则或均匀分布格局2）聚集（团聚）型分布格局聚集（团聚）型分布格局3）线状格局线状格局4）平行格局平行格局5）特定的组合或空间联结
2、格局特定的组合或空间联结格局1 1）规则或均匀分布格局：）规则或均匀分布格局：指某一特定类型景指某一特定类型景观要素间的距离相对一致的一种景观。观要素间的距离相对一致的一种景观。美国华盛顿美国华盛顿洲贝克山山洲贝克山山坡针叶林中坡针叶林中砍伐斑块的砍伐斑块的规则分布格规则分布格局局2 2）聚集（团聚）型分布格局）聚集（团聚）型分布格局 同一类型的景观要素斑块相对聚集同一类型的景观要素斑块相对聚集在一起，同类景观要素相对集中，在景观在一起，同类景观要素相对集中，在景观中形成若干较大面积的分布区，再散布在中形成若干较大面积的分布区，再散布在整个景观中。整个景观中。 如：在丘陵农业景观中，农田多聚集
3、在村如：在丘陵农业景观中，农田多聚集在村庄附近或道路的一端。庄附近或道路的一端。3 3）线状格局）线状格局 指同一类景观要素的斑块呈线性分布。指同一类景观要素的斑块呈线性分布。 如：沿公路零散分布的房屋，干旱地区（或山地）沿如：沿公路零散分布的房屋，干旱地区（或山地）沿河分布的耕地。河分布的耕地。4 4）平行格局）平行格局 指同一类型的景观要素斑块呈平行分指同一类型的景观要素斑块呈平行分布。布。 如：侵蚀活跃地区的平行河流廊道，以及山地景观中沿山如：侵蚀活跃地区的平行河流廊道，以及山地景观中沿山脊分布的林地。脊分布的林地。5 5）特定的组合或空间联结格局）特定的组合或空间联结格局 指不同的景观
4、要素类型由于某种原因经指不同的景观要素类型由于某种原因经常相联结分布。空间联结可以是正相关，也常相联结分布。空间联结可以是正相关，也可以是负相关。可以是负相关。 如：稻田总是与河流或渠道并存是正相关空间联结的实如：稻田总是与河流或渠道并存是正相关空间联结的实例；平原的稻田区很少有大片林地出现是负相关的实例。例；平原的稻田区很少有大片林地出现是负相关的实例。三、景观格局分析概念三、景观格局分析概念 用来研究景观结构组成特征和空间配用来研究景观结构组成特征和空间配置关系的分析方法。置关系的分析方法。 通过研究空间格局可以更好地理解生态学过程。通过研究空间格局可以更好地理解生态学过程。 一 景观格局
5、研究的目的景观格局研究的目的o 确定产生和控制空间格局的因子及其作用机制；确定产生和控制空间格局的因子及其作用机制；o 比较不同景观镶嵌体的特征和它们的变化；比较不同景观镶嵌体的特征和它们的变化；o 探讨空间格局的尺度性质；探讨空间格局的尺度性质；o 确定景观格局和功能过程的相互关系；确定景观格局和功能过程的相互关系；o 为景观的合理管理提供有价值的资料。为景观的合理管理提供有价值的资料。第二节第二节 景观格局分析的基本步骤景观格局分析的基本步骤二二 景观格局分析的基本步骤景观格局分析的基本步骤 以研究目的和方案为指导，以研究目的和方案为指导，收集收集和处理景和处理景观数据观数据 将真实的景观
6、系统转换为数字化的景观，选将真实的景观系统转换为数字化的景观，选用适当的格局研究方法进行分析用适当的格局研究方法进行分析 最后对分析结果加以解释和综合最后对分析结果加以解释和综合栅格化数据栅格化数据矢量化数据矢量化数据收集景观数据收集景观数据o 野外考察、测量（获得植被、森林、土壤等相关资料）o 遥感数据：航空遥感 卫星遥感景观格局分析图示景观格局分析图示 在进行景观格局分析时，实际景观首先要经过取样、数字化在进行景观格局分析时，实际景观首先要经过取样、数字化过程转化为栅格型或矢量型数字地图过程转化为栅格型或矢量型数字地图第三节第三节 景观指数景观指数 一、景观指数一、景观指数 能够高度浓缩景
7、观格局信息，反映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其结构组成和空间配置某些方面特征的简单定量指标。单定量指标。二、二、景观要素斑块特征分析景观要素斑块特征分析1 1 景观要素斑块规模景观要素斑块规模A: A: 斑块面积斑块面积B: B: 内部生境面积内部生境面积2 2 景观要素斑块形状景观要素斑块形状 A:A:景观要素斑块形状指数景观要素斑块形状指数 B:B:景观要素斑块分维数景观要素斑块分维数A: 斑块面积斑块面积o 类斑块平均面积：类斑块平均面积：景观中某类景观要素斑块面积景观中某类景观要素斑块面积的算术平均值。的算术平均值。式中：式中：N Ni i第第i
8、i类景观要素的斑块总数；类景观要素的斑块总数；A Aijij第第i i类景观要素第类景观要素第i i个斑块的面积。个斑块的面积。o 最大和最小斑块面积最大和最小斑块面积：指景观中某类景观要素最：指景观中某类景观要素最大和最小斑块的面积。大和最小斑块的面积。o 类斑面积标准差类斑面积标准差(Si)和变动系数和变动系数(Ci)：是指景观是指景观中某类景观要素斑块面积的统计标准差和变动系中某类景观要素斑块面积的统计标准差和变动系数。数。B: 内部生境面积内部生境面积o 类斑块内部生境总面积：类斑块内部生境总面积：该类生境全部斑块内部该类生境全部斑块内部面积之和。面积之和。式中式中 AIAIi i第第
9、i i类生境的内部生境总面积；类生境的内部生境总面积； A Aijij第第i i类生境的斑块平均内部生境面积；类生境的斑块平均内部生境面积； EAEAijij第第i i类景观要素第类景观要素第j j斑块的边际带面积；斑块的边际带面积；o 平均内部生境面积：平均内部生境面积：该类生境全部斑块内部面积算术平均值。 A: 景观要素斑块形状指数景观要素斑块形状指数o 斑块形状指数斑块形状指数D：通过计算某一斑块形状与相：通过计算某一斑块形状与相同面积的圆或正方形之间的偏离程度来测量其同面积的圆或正方形之间的偏离程度来测量其形状的复杂程度。形状的复杂程度。 以圆为参照：以圆为参照： 以正方形为参照：以正
10、方形为参照： P P为斑块周长；为斑块周长；A A为斑块面积。斑块的形状为斑块面积。斑块的形状越复杂或越扁长，越复杂或越扁长，D D的值就越大。的值就越大。 B: 景观要素斑块分维数景观要素斑块分维数o 分形维数（分形维数（fractal dimension）o 分形分形：不规则的非欧几里德几何形状可通称为分：不规则的非欧几里德几何形状可通称为分形。组成部分以某种方式与整体相似的形体称分形。组成部分以某种方式与整体相似的形体称分形。形。o 分形维数或分维数分形维数或分维数：不规则几何形状的非整数维：不规则几何形状的非整数维数。数。o 对于单个斑块：对于单个斑块： P是斑块的周长，是斑块的周长，
11、A是斑块的面积，是斑块的面积，D是分维是分维数，数，k是常数。对于栅格景观而言，是常数。对于栅格景观而言，k=4。一。一般地说，欧几里德几何形状的分维为般地说，欧几里德几何形状的分维为1，具有，具有复杂边界斑块的分维则大于复杂边界斑块的分维则大于1，但小于，但小于2。三三 景观异质性指数景观异质性指数1）景观斑块密度和边缘密度）景观斑块密度和边缘密度A:景观斑块密度景观斑块密度B:景观边缘密度景观边缘密度2）景观多样性）景观多样性A: 多样性指数与均匀度多样性指数与均匀度B: 景观要素优势度景观要素优势度A:景观斑块密度景观斑块密度式中式中:PD:PD景观斑块密度景观斑块密度 PDPDi i景
12、观要素的斑块密度景观要素的斑块密度 M M研究范围内某空间分辨率上景观要素类型总数研究范围内某空间分辨率上景观要素类型总数 A A研究范围景观总面积。研究范围景观总面积。B: 景观边缘密度（边界密度）景观边缘密度（边界密度） P Pijij景观中第景观中第i i类景观要素斑块与相邻第类景观要素斑块与相邻第j j类类景观要素斑块间的边界长度。景观要素斑块间的边界长度。A: 多样性指数与均匀度多样性指数与均匀度o 景观多样性指数景观多样性指数o Shannon多样性指数多样性指数：PkPk为斑块类型为斑块类型k k在景观中出现的概率；在景观中出现的概率；m m为景观中斑块为景观中斑块类型总数。类型
13、总数。 Simpson多样性指数多样性指数：o 景观均匀度指数景观均匀度指数 反映景观中各斑块类型在面积上分布的均匀程反映景观中各斑块类型在面积上分布的均匀程度。度。 以以Shannon多样性指数为例多样性指数为例： E=1E=1，当，当E E趋于趋于1 1时，景观斑块类型分布的均匀程度也时，景观斑块类型分布的均匀程度也趋于最大。趋于最大。B: 景观要素优势度景观要素优势度 描述景观由少数几类斑块控制的程度。通描述景观由少数几类斑块控制的程度。通常，较大的常，较大的D（RD）对应于一个或少数几个斑）对应于一个或少数几个斑块类型占主导地位的景观。块类型占主导地位的景观。o 优势度指数优势度指数D
14、： D = Hmax Ho 相对优势度相对优势度RD： RD = 1 - E = 1 （H / Hmax）景观指数应用举例景观指数应用举例o 通过计算一些景观指数，可以比较两个景观的结构特通过计算一些景观指数，可以比较两个景观的结构特征（图）征（图） 两个具有不同空间格局的景观及其相应的一些景观指两个具有不同空间格局的景观及其相应的一些景观指数数 o景观指数可以用来定量地描述和监测景观结构特征随时间的变化景观指数可以用来定量地描述和监测景观结构特征随时间的变化（图）（图） o美国本土的原始森林由于人类活动从美国本土的原始森林由于人类活动从1620年年1990年间锐减的情形年间锐减的情形o美国亚
15、利桑那洲凤凰城地区从美国亚利桑那洲凤凰城地区从1912年到年到1995年城市扩张的情形年城市扩张的情形o景观格局变化的定量描述景观格局变化的定量描述o 以以10个景观指数举例说明美国凤凰城地区从个景观指数举例说明美国凤凰城地区从1912年至年至1995年土地利用变年土地利用变化的情形化的情形第四节第四节 空间统计学方法空间统计学方法o 景观格局的最大特征就是空间自相关性景观格局的最大特征就是空间自相关性被被称为是地理学第一定律，指在空间上越靠近的称为是地理学第一定律，指在空间上越靠近的事物或现象就越相似，即景观特征或变量在邻事物或现象就越相似，即景观特征或变量在邻近范围内的变化往往表现出对空间
16、位置的依赖近范围内的变化往往表现出对空间位置的依赖关系。关系。 空间自相关分析空间自相关分析 o 空间自相关分析空间自相关分析：检验某一空间变量的取值是否与相：检验某一空间变量的取值是否与相邻空间上该变量的取值大小相关，以及相关程度如何。邻空间上该变量的取值大小相关，以及相关程度如何。o 空间自相关系数空间自相关系数：度量物理或生态学变量在空间上的：度量物理或生态学变量在空间上的分布特征及其对其邻域的影响程度。分布特征及其对其邻域的影响程度。o 若某一空间变量的值随着测定距离的缩小而变得更相若某一空间变量的值随着测定距离的缩小而变得更相似，则这一变量呈似，则这一变量呈空间正相关空间正相关；若所
17、测值随距离的缩；若所测值随距离的缩小而更为不同，则这一变量呈小而更为不同，则这一变量呈空间负相关空间负相关；若表现出；若表现出任何空间依赖关系，则这所测值变量表现出任何空间依赖关系，则这所测值变量表现出空间不相空间不相关性或空间随机性关性或空间随机性。 空间自相关分析的步骤空间自相关分析的步骤o对所检验的空间单元进行取样对所检验的空间单元进行取样o计算空间自相关系数（计算空间自相关系数（MoranMoran的的I I系数和系数和GearyGeary的的c c系数）系数）o进行显著性检验进行显著性检验 景观格局分析中误差的来源景观格局分析中误差的来源o 原始数据收集过程引入的误差：技术方法本身和
18、与观察技术方法本身和与观察者有关的种种原因造成。者有关的种种原因造成。o 数据处理和分类过程引入的误差：o 空间分析过程本身所引入的误差：各种景观指数和空间各种景观指数和空间统计学方法的局限性和非确定性；采用这些方法的人的实际操作水平和对统计学方法的局限性和非确定性；采用这些方法的人的实际操作水平和对结果的解译能力。结果的解译能力。第五节第五节 景观格局分析中的误差问题景观格局分析中的误差问题景观空间分析中的误差景观空间分析中的误差 这些不同阶段所产生的误差还可能相互作用，不断放大，这些不同阶段所产生的误差还可能相互作用，不断放大，即所谓的即所谓的误差繁衍误差繁衍（error propagation）现象）现象。 多层空间数据分析的精确度多层空间数据分析的精确度人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。
