謝宏全,高祥偉

(淮海工學(xué)院 測繪工程學(xué)院,江蘇 連云港 222005)

土地利用/覆蓋變化(LUCC)是全球變化的重要組成部分和驅(qū)動因子之一,國內(nèi)學(xué)者對其研究方法和我國土地利用/覆蓋變化進行了許多研究[1]。在中國,沿海城市海岸帶資源的開發(fā)和利用大大加速了海岸帶土地利用/覆蓋變化,不同地區(qū)由于經(jīng)濟發(fā)展方式和規(guī)模不同其土地利用模式不盡相同[2]。本文運用 3個不同時期的遙感影像提取連云港海岸帶土地利用/覆蓋相關(guān)數(shù)據(jù),對連云港海岸帶的土地利用/覆蓋結(jié)構(gòu)變化和土地利用景觀格局變化進行詳細分析,采用主成分分析方法對連云港海岸帶 LUCC驅(qū)動力進行定量分析,為連云港海岸帶開發(fā)提供輔助決策。

1 研究區(qū)概況與研究方法

連云港海岸線南起灌河口,北至銹針河口,大陸標準海岸線161.58 km,她擁有江蘇省唯一的基巖海岸40 km和沙質(zhì)海岸30 km。東西長129 km,南北寬約132 km,土地總面積約7 444 km2,水域面積約1 759.4 km2。轄東海、贛榆、灌云、灌南4縣和新浦、海州、連云、云臺、開發(fā)區(qū)5區(qū),總?cè)丝诩s490萬(2009年)。近海水域和內(nèi)陸水域主要生產(chǎn)對蝦、海帶及淡水魚類,沿海分布有5個鹽場。

選擇三景時相接近的 TM/ETM遙感影像,分別為1987年9月21日、2000年9月16日、2009年7月15日。另外還收集了1987～2009年社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)。本研究海岸帶范圍以1987年影像為基準(重采樣為30 m分辨率),海岸線兩側(cè)外延,陸地一側(cè)離海岸線大約15 km,海域一側(cè)離海岸線大約2 km,南北位置以行政界線確定邊界。在 ENVI4.4軟件環(huán)境下建立感興趣區(qū),分別對3期影像進行裁剪,以543波段組合為基礎(chǔ),導(dǎo)出JPEG格式文件。依據(jù)研究區(qū)域內(nèi)土地利用類型,參考相關(guān)分類標準,確定了9種類型(見表1)。在ArcGIS9.3軟件環(huán)境下參考相關(guān)資料完成目視解譯[3],可獲取 3期土地利用/覆蓋分類面積數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上進行連云港海岸帶土地利用/覆蓋變化分析,利用1987～2009年社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù),采用DPS軟件進行統(tǒng)計分析。

2 土地利用/覆蓋變化分析

2.1 土地利用/覆蓋結(jié)構(gòu)變化分析

依據(jù)分類結(jié)果,按照不同地類與年份進行分類統(tǒng)計,研究區(qū)的總面積為 2 006.372 km2,各類面積和比例計算結(jié)果見表1。依據(jù)表1可做如下分析: 鹽田的面積從1987年到2009年呈現(xiàn)下降的趨勢,面積減少到65.960 km2,占總面積的0.03 %。水產(chǎn)養(yǎng)殖的面積從1987年的0 km2增加到2009年的311.960 km2,占總面積量從1987年的零增加到2009年的0.16%。其他地類的總體情況見表1所示。

表1 土地利用/土地覆蓋結(jié)構(gòu)Tab.1 Structure of land use/land cover

2.2 土地利用景觀格局變化分析

2.2.1 景觀類型水平分析

在景觀類型層次下,選擇斑塊面積、斑塊面積比重、斑塊數(shù)量、平均斑塊分維度4個景觀指數(shù),對連云港市海岸帶景觀類型的動態(tài)變化規(guī)律進行分 析[4-5]。根據(jù)計算結(jié)果(表2),1987～2009年的22 a間景觀格局發(fā)生了顯著變化。耕地、鹽田、面積呈降低趨勢,填海造地、建筑用地、園林草、水域、水產(chǎn)養(yǎng)殖、未利用土地面積呈增加趨勢。

建筑用地面積增加了186.58 km2,面積比重由6.67%增加至15.97%,斑塊數(shù)量由329個下降至308個。建筑用地面積增加的原因主要是交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和城市的擴展,斑塊數(shù)量變化不大。水域面積增加了29.16 km2,面積比重由3.87%增加至5.32%,斑塊數(shù)量由136增加至155個。水域主要是水庫與河流的面積,特別是海水的大水面區(qū)域,增加的原因主要是在原鹽田的基礎(chǔ)上改造成海水水庫,斑塊數(shù)量增加不多。水產(chǎn)養(yǎng)殖變化較大,從1987年的零增加到2009年的311.960 km2,面積比重占15.55%。水產(chǎn)養(yǎng)殖面積的增加主要原因是經(jīng)濟利益的驅(qū)動,由原鹽生產(chǎn)用地改造成海水(混合水養(yǎng)殖)養(yǎng)殖,斑塊數(shù)量增加到93個。水產(chǎn)養(yǎng)殖面積的增加主要原因是鹽田用地被征用后暫時未利用的區(qū)域,道路基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)基本完成,出讓與建設(shè)速度緩慢,斑塊數(shù)量增加到28個。

從平均斑塊分維度來看,園林草、耕地、水域、鹽田、海域平均斑塊分維度都有不同程度的上升,主要是由于用地類型的變化以及城市的建設(shè),土地的斑塊形狀不規(guī)則,趨于復(fù)雜化。填海造地、水產(chǎn)養(yǎng)殖、未利用地平均斑塊分維度是由零到有的突變,主要是此類型用地由無到有的變化造成的。建筑用地基本不變,建筑用地的面積增加較大,但是復(fù)雜程度方面變化不大。

2.2.2 景觀水平分析

在景觀水平層次上選擇多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)和優(yōu)勢度指數(shù)3個指標來分析連云港市海岸帶整體景觀格局的動態(tài)變化規(guī)律[6-7]。由表3得出,1987～2009年間均勻性呈下降趨勢,表明連云港市海岸帶土地利用景觀類型趨于單一化和不均勻化,反映出人類活動對土地利用影響程度不斷加強。優(yōu)勢度持續(xù)增加,說明少數(shù)景觀類型支配整個景觀的能力在增強,這也可以由景觀類型水平分析結(jié)果看出,其中水產(chǎn)養(yǎng)殖面積比重從1987～2009年大幅上升,支配整個景觀的能力增強,同時各個景觀類型面積比重差異增大,也導(dǎo)致了均勻性的減少。景觀多樣性指數(shù)呈上升趨勢,景觀異質(zhì)性增加,由于新增加3個地類使得景觀多樣性得到增加。

3 土地利用/覆蓋變化驅(qū)動力分析

土地利用/覆蓋變化驅(qū)動力分析一般有定性與定量二個方面,本研究主要從定量角度分析連云港海岸帶土地利用/覆蓋變化的驅(qū)動力。

3.1 驅(qū)動因子的選取

選取 LUCC驅(qū)動力因子原則主要包括: (1)主要選取社會經(jīng)濟因子; (2)數(shù)據(jù)資料的可獲取性和一致性; (3)因子能定量化表達; (4)與研究區(qū)土地利用變化的相關(guān)因子選擇; (5)在研究區(qū)內(nèi)部存在空間差異性。按照驅(qū)動因子的選取原則,在可能的情況下盡量多的選擇因子,可利用統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理。主成分分析是綜合處理這種關(guān)系的一種強有力的方法,適用于連云港海岸帶LUCC與驅(qū)動因子的相互關(guān)系。

根據(jù)主成分分析方法的要求以及連云港市現(xiàn)有資料統(tǒng)計水平,在1987年后的系列資料的影響因子中選取11個分析因子:X1為第一產(chǎn)業(yè)(億元),X2為第二產(chǎn)業(yè)(億元),X3為第三產(chǎn)業(yè)(億元),X4為常住人口(萬人),X5為全市地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)(億元),X6為原鹽產(chǎn)量(萬t),X7為港口貨物吞吐量(萬t),X8為水產(chǎn)品總產(chǎn)量(萬t),X9為固定資產(chǎn)投資完成額(萬元),X10為房屋建筑面積(萬 m2),X11為住宅建筑面積(萬 m2)。選取了1987～2009年的數(shù)據(jù)為分析樣本(表4)。

表3 景觀水平指標Tab.3 Indexes of landscape

3.2 統(tǒng)計計算與分析

在確定了樣本數(shù)據(jù)后,運用浙江大學(xué)統(tǒng)計分析軟件DPS9.5中主成分分析方法,計算得出相關(guān)系數(shù)矩陣見表 5,特征值及各個主成分的貢獻率與累計貢獻率見表6。由表6可知,第一、第二主成分的累計貢獻率已達 93.623 9%,完全達到分析要求,故只需求出第一、二主成分即可。根據(jù)主成分載荷計算公式,計算各變量在各主成分上的載荷得到主成分載荷矩陣見表7。

表4 樣本數(shù)據(jù)Tab.4 The swatch data

表5 相關(guān)系數(shù)矩陣Tab.5 Correlation coefficient matrix

主成分載荷是主成分與變量之間的相關(guān)系數(shù)。從表 7 可以看出,第一主成分與X6呈負相關(guān),其他因子呈正相關(guān),從數(shù)值上來看,大于0.3 有8個因子,分別是X1,X2,X3,X4,X5,X7,X8,X9,而這些因子與各產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值、人口、港口貨物吞吐量、水產(chǎn)品總產(chǎn)量、固定資產(chǎn)投資完成額有關(guān),因此,第一主成分可以被認為主要是經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r、人口增加、港口貨物吞吐量與水產(chǎn)品總產(chǎn)量增加的影響。第二主成分與X11有較大的正相關(guān),而這個因子與住宅建筑面積有關(guān),因此第二主成分可以被認為主要是住宅建筑面積增加的影響。

根據(jù)主成分載荷分析結(jié)果表明: 各產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值、人口、港口貨物吞吐量、水產(chǎn)品總產(chǎn)量、固定資產(chǎn)投資完成額因子所起作用基本相同,由此可知,影響連云港海岸帶 LUCC的社會經(jīng)濟驅(qū)動力主要是經(jīng)濟發(fā)展、人口、港口貨物吞吐量、水產(chǎn)品總產(chǎn)量。

表6 特征值及各個主成分的貢獻率與累計貢獻率Tab.6 The eigenvalues and principal component cumulative ratios

表7 主成分載荷矩陣Tab.7 The principal component load matrix

4 結(jié)語

建筑用地的面積從 1987年到2009年呈現(xiàn)上升的趨勢,鹽田的面積從1987年到2009年呈現(xiàn)下降的趨勢,水產(chǎn)養(yǎng)殖的面積從 1987年的 0 hm2增加到2009年的31 195.98 hm2。

1987～2009年的22 a間景觀格局發(fā)生了顯著變化。耕地、鹽田、面積呈降低趨勢,填海造地、建筑用地、園林草、水域、水產(chǎn)養(yǎng)殖、未利用土地面積呈增加趨勢。均勻性呈下降趨勢,優(yōu)勢度持續(xù)增加,景觀多樣性指數(shù)呈上升趨勢,景觀異質(zhì)性增加。

結(jié)合社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)情況,選擇了11個分析因子,計算了主成分分析方法的相關(guān)數(shù)據(jù),第一主成分與X6呈負相關(guān),其他因子呈正相關(guān),主成分載荷分析結(jié)果表明: 各產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值、人口、港口貨物吞吐量、水產(chǎn)品總產(chǎn)量、固定資產(chǎn)投資完成額因子所起作用基本相同。

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