鄭州市綠色景觀連通性研究

朱素華

鄭州大學地球科學與技術學院 河南 鄭州 450000

引言

城市是人類生產生活的主要區域之一，但隨著城鎮人口增長、經濟發展水平提高、工業化進程的推進等，我國城市建設用地面積不斷擴張[1]，諸多生態問題開始出現，如城市熱島效應、自然生物群落種類減少、環境污染、城市內澇等[2]，這些問題嚴重影響了城市生態環境的穩定和協調發展。

通過研究城市綠色景觀連通性可以了解城市生態環境，評價城市生態穩定性，保護生物多樣性，為城市規劃提供重要的生態依據[3]。鄭州作為中部地區重要的城市，在短短20年內城市規模迅速擴張，城市建成區面積由1999年的124.5km2增長到2019年的580.8km2，人口規模由1999年的631.6萬人增長到2020年的1261.68萬人，是城市擴張的典型。綜合以上情況，本文將鄭州市區（除上街區）作為研究區域，基于Landsat系列遙感數據，引用形態學空間格局分析法（MSPA）分析鄭州城市化進程中綠色景觀連通性的演變過程。

1 研究數據和方法

1.1 研究數據

本研究選取2004年8月、2010年7月、2016年6月3個時相的衛星遙感影像數據，其中2004年遙感影像數據來自Landsat 5 TM；2010、2016年遙感影像數據來自Landsat 7 ETM+，兩種數據采用地理空間數據云網站的原始衛星數據（http://www.gscloud.cn/）。為數據處理過程順利進行，并將誤差控制在最小，本研究使用ENVl5.3對遙感數據進行圖像條帶去除、圖像裁剪、圖像融合等預處理。

1.2 研究方法

形態學空間格局分析法（Morphological Spatial Pattern Analysis）是Peter Vogt等人[4]在前人研究的基礎上提出的研究景觀連通性的新方法。它是在膨脹、腐蝕、閉合、開啟等常見的數學形態學原理的基礎上，識別出目標像元與結構要素（相鄰要素）之間的拓撲關系，將目標像元集合分為核心區（Core）、斑塊（Islet）、孔隙（Perforation）、邊緣區（Edge）、橋接區（Bridge）、環道（Loop）和支線（Branch）7種生態景觀類型[5]。其中，核心區是指前景像素點遠離背景像素點的距離大于指定大小的某個參數的像素集合；斑塊是未連接任何的前景區域的斑塊，并且面積小于核心區的最小閾值；孔隙是核心區域的內部邊界；邊緣區是指核心區域的外部邊界；橋接區是前景數據中連接兩個或兩個以上的核心斑塊的狹長區域；環道是指與核心區區域連接的前景數據；支線指從核心區域擴張的前景數據中，但不擴展連接到另一個核心區域[6]。

在進行MSPA運算時需考慮4個重要參數，分別是結構要素、邊緣寬度、過度參數、讀寫參數。本次研究選擇將綠色像元區（前景區）設置為8領域算法，非綠色像元區設置為4鄰域算法；本次研究，筆者輸入的圖像分辨率為30m，筆者希望得到一個分辨率為60m的MSPA圖像，所以邊緣寬度選擇2。過度參數是指核心區與環或橋相交的邊緣或穿孔的像素。本次研究選擇的過度參數為1。本次研究選擇的讀寫參數為1。

2 綠色景觀連通性分析

本研究使用ENVI軟件進行監督分類，得到鄭州市土地利用類型圖，如圖1；利用ArcGIS土地利用類型圖中四種土地類型進行重分類，將植被分為前景，其他用地類型當作背景，得到一幅二值圖像，如圖2；將重分類得到的二值圖像導入到Guidos軟件中，設置4種參數，進行MSPA分析，得到景觀類型原始圖；得到的景觀類型圖的分類是雜亂的，需要在ArcGIS10.6中進行重新整合賦值，得到七種景觀類型圖，見圖3。

圖1 2010年土地利用類型圖

圖2 2010年植被二值圖（綠色為前景區域）

3 結束語

使用Guidos軟件對植被二值圖進行處理，得到鄭州市（除上街區）2004、2010、2016年綠色景觀結構類型分布圖，如圖3所示。

圖3 2004-2016年鄭州市（除上街區）綠色景觀結構分類圖

由圖3、表1可知，2004年核心區所覆蓋的面積最廣，整體比重為31.58% ，隨著鄭州城市化進程不斷加速，2004-2016年，核心區的面積逐年下降，到2016年，核心區面積整體比重為12.43%，約為2004年的1/3；2004年至2010年核心區的面積減少的速度遠遠高于2010年至2016年核心區的面積減少的速度，引起這種現象的原因有：鄭州市城市化進程放緩和決策部門逐漸重視綠色植被的作用等。

表1 2004-2016年鄭州市（除上街區）綠色景觀結構類型信息匯總表

2004年至2010年核心區的斑塊數量逐年上升。這并不意味著大型綠地的數量增加，而是在核心區面積下降的同時其數量增加，這表明破碎化的趨勢，綠色景觀連通性下降。2004至2010年核心區斑塊數量增長速度為189.15%，2010至2016年核心區斑塊塊數量增長速度放緩非常明顯，僅為0.19%。

由表1可知，橋接區和環道作為生物遷徙的重要區域，相當于生態網絡中的生態廊道[7]，但在2004至2016年環道、橋接區的面積卻逐年下降，這表明在城市化進程中生態環境遭到破壞。