楊麗媛, 陳洋波

(中山大學(xué) 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院, 廣東 廣州 510275)

不透水表面是指能夠自然或人為隔離地表水滲入土壤的表面。不透水面會(huì)改變洪水徑流和物質(zhì)沉淀，它是評(píng)價(jià)城市進(jìn)程和生態(tài)環(huán)境的重要指標(biāo)[1]。研究表明，不透水表面的不斷增長(zhǎng)對(duì)水循環(huán)有諸多影響，地表的不透水性導(dǎo)致降雨難以滲入地下，從而降低了雨水的下滲率，下滲減少而地表徑流增多，城市被大量不透水面覆蓋，地表徑流的流速和流量都大大增加，無(wú)疑加大了城市排水的壓力和洪澇的風(fēng)險(xiǎn)[2]。不透水面作為研究城市的一個(gè)重要指標(biāo)，其面積大小、增長(zhǎng)變化趨勢(shì)、所占總研究區(qū)域的比例等，可以對(duì)城市的發(fā)展變化適宜程度、人與自然和諧共處程度進(jìn)行評(píng)估，對(duì)探究現(xiàn)階段城市發(fā)展的問(wèn)題、對(duì)城市未來(lái)發(fā)展的規(guī)劃及海綿城市的建設(shè)具有重要的意義。

不透水面的提取方法是近年來(lái)的研究熱點(diǎn)，它在城市規(guī)劃設(shè)計(jì)、智慧城市建設(shè)、城市水文監(jiān)測(cè)和水環(huán)境管理等方面都有所應(yīng)用。近20 a中城市不透水面提取技術(shù)有了明顯進(jìn)步，針對(duì)各種情況探究出了多種方法[3]，大批量的衛(wèi)星遙感影像解譯主要采用遙感影像自動(dòng)分類算法[4]，如決策樹(shù)法[5]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[6]、支持向量機(jī)法(SVM)[7]、AP聚類算法[8]等。以上分類方法雖然有著解譯效率高、可以獲取大范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)的優(yōu)點(diǎn)，但是在對(duì)像元進(jìn)行分類時(shí)，僅將像元的地表覆蓋類型分成一種類型，僅能判斷一個(gè)像元是否為不透水面，并沒(méi)有對(duì)像元的不透水率進(jìn)行表示。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外開(kāi)始研究計(jì)算像元不透水率的方法，Ridd提出了著名的V-I-S模型(vegetation-imperviousness-soil)的亞像元分解方法[9]；Wu等[10]基于Landsat ETM+對(duì)地表覆被的分類有了進(jìn)一步的劃分，分為了高反照率地物、低反照率地物、植被和土壤，實(shí)現(xiàn)了可操作的混合像元光譜分解。在LSMA的基礎(chǔ)上，針對(duì)固定端元的問(wèn)題，后續(xù)發(fā)展了多端元光譜混合分析法(MESMA)[11]。除此之外中外學(xué)者也從光譜波段入手，探尋一種直接的提取方法。Xu基于不透水面地類在熱紅外、中紅外、近紅外和可見(jiàn)光波段的反射率特征，構(gòu)建了不透水面指數(shù)NDISI[12]。Deng等[13]基于不透水面、植被和土壤在纓帽變換分量上的差異，提出了BCI指數(shù)(biophysical composition index)，在實(shí)際應(yīng)用中不透水面與土壤的區(qū)分度欠佳，同時(shí)該方法需要預(yù)先掩膜水體。然而，城市不透水面的精確提取仍然面臨多種挑戰(zhàn)，例如在實(shí)際應(yīng)用中純凈像元較少并較難提取，單個(gè)像元往往包含多種地物類型成為混合像元，混合像元的增多會(huì)導(dǎo)致提取地物類型的復(fù)雜度上升，如何更精準(zhǔn)高效的提取不透水面的問(wèn)題亟需解決。

本文以深圳市作為研究區(qū)，基于30 m空間分辨率的Landsat影像采用完全約束最小二乘算法的混合像元分解方法提取不透水面，解譯得到深圳市1979—2020年的不同不透水面比例數(shù)據(jù)集，并應(yīng)用不透水面數(shù)據(jù)計(jì)算其平均中心、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓，將不同比例的不透水面進(jìn)行景觀格局分析。并根據(jù)深圳市不透水面的空間格局變化，總結(jié)41 a來(lái)城市發(fā)展的規(guī)律并對(duì)深圳市水土保持與環(huán)境保護(hù)和綠色可持續(xù)發(fā)展提供參考意見(jiàn)。

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究區(qū)概況

深圳，簡(jiǎn)稱“深”，是廣東省副省級(jí)市，位于東經(jīng)113°43′至114°38′，北緯22°24′至22°52′之間，占地面積1 997.47 km2，地勢(shì)東南高，西北低，大部分為低丘陵地，是粵港澳大灣區(qū)中心城市之一。1980年被國(guó)務(wù)院確定為經(jīng)濟(jì)特區(qū)、經(jīng)過(guò)快速的城市化進(jìn)程發(fā)展為全國(guó)性經(jīng)濟(jì)中心城市和國(guó)際化城市。

1.2 數(shù)據(jù)源及預(yù)處理

本文選用Landsat影像為主要數(shù)據(jù)源。Landsat是20世紀(jì)70年代早期唯一可用的衛(wèi)星圖像[14]，此前的歷史遙感資料大多為航空影像和偵察衛(wèi)星。深圳土地利用/覆被遙感監(jiān)測(cè)選用1979—2020年的逐年高質(zhì)量無(wú)云Landsat系列影像作為分類提取底圖數(shù)據(jù)。深圳處于常年多云區(qū)，因此盡量選擇冬季影像以避免云量和植被生長(zhǎng)對(duì)土地利用/覆被分類精度的影響，并且2景影像選擇相近成像時(shí)間。收集到的各期影像都已經(jīng)進(jìn)行了幾何配準(zhǔn)和大氣校正等預(yù)處理，精度控制在2～3個(gè)像元以內(nèi)，基本滿足本研究的精度要求。

2 研究方法

2.1 完全約束最小二乘算法的線性光譜混合分解方法

線性光譜混合分解方法適合中分辨率的遙感影像，但是由于無(wú)約束最小二乘混合像元分解算法即線性光譜混合模型(linear spectral unmixing)只有一個(gè)約束條件，即解譯所得不同地表覆被的蓋度圖結(jié)果的和設(shè)為1，所以得到的不透水面蓋度圖經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)負(fù)值的情況，很顯然這是不合理的。針對(duì)此算法提取地物端元豐度出現(xiàn)的局限性，通過(guò)完全約束的最小二乘混合像元分解算法(FCLS spectral unmixing)完成對(duì)研究區(qū)典型地物端元豐度的提取。該方法較好地解決了提取的端元豐度信息出現(xiàn)負(fù)值的情況，直接獲得每個(gè)像元內(nèi)各種端元的蓋度圖，DN值在0～1之間，很好的表示了單元間不透水面的程度，并且和為1。公式如下：

(1)

式中：Riλ為第i個(gè)像元在波段λ上的反射率;fki為第k個(gè)端元類型在第i個(gè)像元中所占的比例;Ckλ為第k個(gè)端元類型在波段λ上的反射率;ε為殘差項(xiàng)。

2.2 精度評(píng)估

精度驗(yàn)證使用Google高分辨率影像作為參考數(shù)據(jù)。在Arcmap中隨機(jī)生成100個(gè)以1 km為直徑的圓，為樣本單元，分別統(tǒng)計(jì)解譯的每個(gè)樣本的不透水面比例;將樣本進(jìn)行矢量化并加載到谷歌高分辨率影像上，采用目視解譯的方法人工提取不透水面并計(jì)算不透水面比例。通過(guò)均方根誤差(RMSE)來(lái)計(jì)算提取精度，計(jì)算公式如下：

(2)

式中：Yi為在高分辨率影像上提取的不透水面比例;Xi為混合像元分解提取的不透水面比例,n為樣本數(shù)。RMSE可以計(jì)算混合像元分解不透水面比例和原始影像不透水面比例之間的差異,并且隨著兩者的差異減小RMSE值下降,所以RMSE值越小意味著混合像元分解的精度越高[15]。

2.3 平均中心和標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

不透水面平均中心的計(jì)算可以揭示城市遷移和擴(kuò)張的方向。計(jì)算公式為:

(3)

(4)

式中：x和y分別為不透水面平均中心的經(jīng)緯度;X和Y為算術(shù)平均中心;n為不透水面斑塊的個(gè)數(shù)。計(jì)算出每年的深圳市不透水面平均中心,分析深圳市不透水面整體變化方向。

本文采用標(biāo)準(zhǔn)差橢圓(standard deviation ellipse， SDE)衡量城市擴(kuò)張的方向和時(shí)空發(fā)展趨勢(shì)[16]。其方位角計(jì)算公式為:

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

方位角可以表示不同時(shí)期不透水面的變化方向，長(zhǎng)軸與短軸之間的比例表示不透水面的聚集或破碎程度。比值大于1時(shí)橢圓扁率較大，此時(shí)的不透水面分布具有明顯的方向性，分布較為分散;等于1時(shí)橢圓扁率小，此時(shí)的不透水面分布幾乎沒(méi)有方向性，分布較為聚集。

2.4 景觀格局指數(shù)

本文選擇景觀格局指數(shù)來(lái)定量分析不同密度等級(jí)的不透水面的變化特征[17]。其中蔓延度指數(shù)(CONTAG)和香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)可以用來(lái)探究景觀的擴(kuò)散程度和異質(zhì)性，香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHEI)表示各斑塊組成類型均等分布的程度即斑塊多樣性程度。同時(shí)應(yīng)用斑塊密度(PD)和景觀形狀指數(shù)(LSI)來(lái)描述不同密度水平下不透水地表的空間破碎度和形狀復(fù)雜度，應(yīng)用斑塊類型所占景觀面積的比例(PLAND)來(lái)確定不同時(shí)期占優(yōu)勢(shì)的不透水面類型，應(yīng)用斑塊聚集指數(shù)(AI)來(lái)描述不同密度不透水表面的聚集程度。

3 結(jié)果與分析

3.1 不透水面時(shí)空分布提取結(jié)果及其變化分析

以1979—2020年Landsat遙感影像為數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)預(yù)處理，最小噪聲分離變換，純凈像元提取及端元選擇的研究方法，根據(jù)完全約束的最小二乘混合像元分解算法對(duì)深圳市長(zhǎng)時(shí)間序列不透水面進(jìn)行了提取，隨后利用高分辨率Google影像對(duì)提取得到的不透水面進(jìn)行精度評(píng)估，精度驗(yàn)證結(jié)果表明，估算結(jié)果均方根誤差(root mean squar eerror，RMSE)為8.94%～13.26%，表明混合像元分解解譯具有較好的精度，能夠較準(zhǔn)確地反映不透水面的空間分布。圖1是提取結(jié)果及其時(shí)空分布。

1979—2020年深圳市不透水面比例快速增長(zhǎng)，表1和表2是研究區(qū)1979—2020年不透水面面積、面積占比、變化速率Ⅴ及變化強(qiáng)度AGR的計(jì)算結(jié)果。由表1—2和圖1—2可知研究區(qū)近41 a不透水面的面積不斷增加，占總研究區(qū)的比例逐漸增長(zhǎng)，但是其增長(zhǎng)速度不是均勻的。在1990—2010年間增長(zhǎng)速率和增長(zhǎng)強(qiáng)度分別在2005年和1995年達(dá)到最高，后逐漸變緩，但還是保持著增長(zhǎng)的趨勢(shì)。最終不透水面面積由1979年的18.64 km2增長(zhǎng)至2020年的949 km2，不透水面占整個(gè)深圳市的比例也由0.94%增至47.51%。

圖1 1979-2020年深圳市不透水面信息提取結(jié)果

表1 研究區(qū)不透水面面積及其變化統(tǒng)計(jì)情況

圖2 深圳市不透水面面積變化和不透水面比例變化

表2 深圳市各區(qū)不透水面變化速率和變化強(qiáng)度

根據(jù)不透水面擴(kuò)張強(qiáng)度和變化速率的公式計(jì)算得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)(表1)，按陳龍乾等[18]研究將年均擴(kuò)張變化速率劃分為：高速擴(kuò)張(>10 km2/a)，快速擴(kuò)張(6～10 km2/a)，中速擴(kuò)張(2～6 km2/a)，低速擴(kuò)張(<2 km2/a)。由表1可以看出，研究區(qū)在1979—1990年期間擴(kuò)張速率較低，為中速、快速擴(kuò)張，在1990—2020年期間均為高速擴(kuò)張，其中1990—2010年期間增長(zhǎng)速度最快，到了2010—2020年增長(zhǎng)速度放緩。同時(shí)由表1可以看出，擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)前中后時(shí)間段強(qiáng)度差異較大，前期擴(kuò)張強(qiáng)度指數(shù)逐漸升高，至1995年達(dá)到最高后逐漸下降，并整體呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。整體來(lái)看擴(kuò)張強(qiáng)度較后期擴(kuò)張強(qiáng)度大，前后相差3倍有余，這與不透水面擴(kuò)張速率的變化相符。

研究區(qū)內(nèi)各區(qū)的增長(zhǎng)有所不同，為了方便研究，根據(jù)研究區(qū)的變化速率，將8個(gè)時(shí)間段劃分為4個(gè)時(shí)間段，分別計(jì)算在這4個(gè)時(shí)間段內(nèi)各個(gè)區(qū)的城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張相關(guān)指數(shù)，從表2可以看出各區(qū)城鎮(zhèn)用地的擴(kuò)張速率、程度等變化不盡相同，分異明顯。整體來(lái)看各區(qū)擴(kuò)張變化也存在明顯差距：經(jīng)濟(jì)發(fā)展較早的地區(qū)如福田區(qū)、羅湖區(qū)，整體的擴(kuò)張強(qiáng)度和變化速率前后差距較小，鹽田區(qū)和南山區(qū)因?yàn)榈匦蜗拗苿t前段時(shí)間為快速擴(kuò)張，很快速度轉(zhuǎn)為慢速，其他區(qū)在前期也是快速的擴(kuò)張，2000年以后還保持著較大的增長(zhǎng)趨勢(shì)，2010年以后速度下降。

由上分析可以發(fā)現(xiàn)，不透水面的變化速率與擴(kuò)張強(qiáng)度變化總趨勢(shì)是一致的，均呈現(xiàn)逐漸加快后又放緩的趨勢(shì)，表明了研究區(qū)不透水面面積、變化速率和擴(kuò)張程度呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，即面積增長(zhǎng)快的同時(shí)變化速率和擴(kuò)張強(qiáng)度相應(yīng)較高。通過(guò)分析深圳市的城市發(fā)展影響因素也不難發(fā)現(xiàn)這一變化規(guī)律：在1979—1986年期間，由于經(jīng)濟(jì)特區(qū)剛剛建立，經(jīng)濟(jì)條件落后的深圳還沒(méi)有迅速崛起的能力，土地變化不是短時(shí)間內(nèi)可以劇烈變化的，是一個(gè)逐漸增長(zhǎng)的過(guò)程，所以擴(kuò)張剛剛起步速率較慢；隨著國(guó)家政府的政策支持下開(kāi)始了招商引資、工業(yè)區(qū)大量建設(shè)、房地產(chǎn)投資的快速增長(zhǎng)期，大大增加了土地的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，1986年后城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，直至1990—1995年變化速率達(dá)到最大，擴(kuò)張強(qiáng)度也較前期有了巨大的增長(zhǎng)；2000—2010年，深圳市制定和修訂了一系列優(yōu)惠政策來(lái)吸引外國(guó)投資，第二、三產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)率大大提高，該階段的不透水面變化速率達(dá)到了最高。而隨著后期適宜開(kāi)發(fā)的土地基本開(kāi)發(fā)完畢，基礎(chǔ)設(shè)施也逐漸完備，盲目的擴(kuò)張城市用地導(dǎo)致了土地供需矛盾的升級(jí)以及環(huán)境的惡化，在2010—2020年時(shí)期，深圳新一輪的城市總體規(guī)劃頒布，放慢城市發(fā)展速度，重視土地資源的浪費(fèi)問(wèn)題，使得此后的擴(kuò)張強(qiáng)度在逐漸下降，變化速度放緩。

3.2 城市遷移、擴(kuò)張方向與空間變化分析

本文利用9期不透水面比例數(shù)據(jù)計(jì)算不透水面平均中心(圖3)，探究城市遷移和擴(kuò)張的方向。1979—2000年，深圳市的不透水面變化具有明顯方向性，持續(xù)向著東北方向移動(dòng)，原因是在此期間光明、龍崗、龍華、坪山區(qū)以及寶安區(qū)的北部城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展，其中坪山區(qū)的發(fā)展強(qiáng)度非常高，使得不透水面重心不斷向北偏東偏移。2000—2010年，西部沿海地區(qū)填海造陸擴(kuò)大城市面積，同時(shí)政策“三軸兩帶”溝通了深圳市東西地區(qū)的聯(lián)系，全市城鎮(zhèn)用地重心向西方向遷移。2010年后，隨著大鵬新區(qū)的建立，惠深沿海高速連接西東，大大促進(jìn)了深圳北部的發(fā)展，發(fā)展速度快于中部和西部，使得不透水面重心在此時(shí)期向東偏移。但是由于東部的地形原因，城市擴(kuò)張到一定程度后就變化很小，而西部已經(jīng)發(fā)展成熟的寶安、南山區(qū)等填海造陸擴(kuò)張了城市面積，并且在原有基礎(chǔ)上發(fā)展為更為高密度的不透水面，所以在2015年后不透水面重心又向西偏移。

圖3 深圳市不透水面平均中心點(diǎn)和標(biāo)準(zhǔn)差橢圓

本文利用9期的不透水面數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差橢圓，分析城市的空間變化。1979—1990年，深圳市的不透水面發(fā)展方向變化明顯，由表3和圖3可知，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓的方位角在1979—1990年期間由116.86°下降到83.26°，1990年之后開(kāi)始上升，到2015年上升至95.74°，表明1979—1990年深圳市不透水面長(zhǎng)軸先由西北—東南指向向東—西指向移動(dòng)，1990年之后不透水面長(zhǎng)軸主要沿著東—西方向延伸。

表3 不同時(shí)期標(biāo)準(zhǔn)差橢圓參數(shù)

整體來(lái)看東—西剖面是深圳市不透水面發(fā)展的主要方向。1979—2000年，標(biāo)準(zhǔn)差橢圓長(zhǎng)短軸差距逐漸變大，長(zhǎng)軸從23 237.47 m增長(zhǎng)到31 608.38 m，短軸從11 543.35 m增長(zhǎng)到12 601.71 m，比率變化為總體上升，橢圓扁率逐漸增大，表明不透水面分布的方向性逐漸明顯，且分布由小面積的聚集變?yōu)榇蠓秶姆稚ⅰ?000—2020年，除2010—2015年深圳東部大鵬新區(qū)的發(fā)展導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)差橢圓擴(kuò)大外，總體呈現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差橢圓的長(zhǎng)軸持續(xù)縮小，短軸逐漸增大，長(zhǎng)軸從31 608.38 m下降至28 912.37 m，短軸從12 601.71 m增長(zhǎng)到13 193.58 m，長(zhǎng)軸與短軸的比率變化為波動(dòng)下降，表明深圳各地不透水面發(fā)展的聚集趨勢(shì)慢慢增加。

3.3 不透水面景觀格局分析

表4為深圳市1979—2020年期間的不透水面景觀格局指數(shù)。由表4可以看出，深圳市的不透水面斑塊個(gè)數(shù)(NP)呈不斷增加的趨勢(shì)，在1979—1990年期間變化較慢，在1990—2010年期間變化迅速。整體不透水面斑塊密度(PD)由1979—1990年期間快速增長(zhǎng)后逐漸下降，說(shuō)明前期發(fā)展零散而迅速，不透水面景觀破碎程度高，后期隨著斑塊數(shù)量不斷增長(zhǎng)，城市發(fā)展不斷擴(kuò)大，斑塊相互連接，不透水面景觀破碎程度逐漸降低，團(tuán)聚程度提高。同時(shí)斑塊聚集指數(shù)(AI)顯示除1979年團(tuán)聚程度較高外，此后聚合度呈不斷上升趨勢(shì)最終聚合度達(dá)到了79.29，相比一開(kāi)始的86.61還是有所降低的。1979年的不透水面范圍小而聚集，聚合度高，隨著全市范圍的不斷發(fā)展，擴(kuò)大到現(xiàn)在的面積，聚合度較高，結(jié)構(gòu)連通性較好。香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)增大，說(shuō)明各拼塊類型在景觀中呈均衡化趨勢(shì)分布且景觀趨于豐富多元化；香農(nóng)均勻度指數(shù)(SHEI)其值趨近于1時(shí)說(shuō)明景觀中沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)類型且各斑塊類型在景觀中均勻分布，由表4可以看出1979—2015年香農(nóng)均勻度指數(shù)逐漸上升趨近1，各斑塊類型在景觀中的均衡化趨勢(shì)增加。由表4及圖4可知，深圳市不透水面景觀的蔓延度CONTAG指數(shù)總體呈現(xiàn)波動(dòng)下降，不透水面SHDI與SHEI總體呈現(xiàn)波動(dòng)上升，說(shuō)明各等級(jí)的不透水面景觀整體仍呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，不同不透水面類型的多樣性呈增加趨勢(shì)，異質(zhì)化程度增加，逐漸趨于均衡化。

表4 1979-2020年深圳市不透水面景觀格局指數(shù)

圖4 1979-2020年深圳市不透水面CONTAG指數(shù)與SHDI指數(shù)變化

組分空間構(gòu)型分析(圖5)表明，1979年不透水面的AI指數(shù)較高，說(shuō)明其聚集程度高，但是同時(shí)PD和LSI指數(shù)可以看出不透水面密度與形狀復(fù)雜度較低，此時(shí)不透水面少而聚集。低、中低密度不透水面景觀在1979—1986年有了較大幅度的增長(zhǎng)，特別是低密度不透水面PD指數(shù)突然增大，斑塊密度達(dá)到最大，同時(shí)AI顯示1979—1986年聚集度劇烈下降，說(shuō)明此時(shí)低、中低密度不透水面成為密度等級(jí)中最為破碎的景觀，之后PD開(kāi)始逐漸下降，AI波動(dòng)上升，表明不透水面景觀不斷發(fā)展，聚集程度也在不斷提高。中高、高密度不透水面景觀的PD保持穩(wěn)定，小幅度增加，破碎化程度變化?。怀呙芏炔煌杆婢坝^外其他等級(jí)不透水面的LSI保持增長(zhǎng)的趨勢(shì)，表明這4種密度不透水面景觀形狀的復(fù)雜性逐漸增長(zhǎng)，但是高不透水面景觀的LSI以2005年為轉(zhuǎn)折點(diǎn)前期增長(zhǎng)后期下降，表明高密度不透水面景觀的形狀逐漸變得復(fù)雜后又轉(zhuǎn)為簡(jiǎn)單。PLAND指數(shù)顯示在1979—1986年中低密度不透水面比較大幅度增長(zhǎng)，在不透水面總體中占到51.07%，隨后逐漸下降，高密度不透水面占比在波動(dòng)中逐漸上升，在2020年達(dá)到39.75%，其他密度不透水面的占比在小范圍內(nèi)浮動(dòng)，總體變化并不大。從斑塊連接情況來(lái)看，高密度不透水面AI保持較高水平且緩慢增長(zhǎng)并在2020年達(dá)到88.86，其他蓋度不透水面的AI隨有階段性的小幅度上升，但總體指數(shù)不高，表明高密度不透水面景觀聚集度在不斷增強(qiáng)，其他密度不透水面景觀的聚集度變化不大，只有小幅度的波動(dòng)，聚集度以及連通性較高密度不透水地表景觀弱。

圖5 1979-2020年深圳市不透水面景觀格局變化

4 結(jié) 論

本文運(yùn)用完全約束最小二乘算法混合像元分解得到深圳市不透水面比例數(shù)據(jù)集，并應(yīng)用不透水面數(shù)據(jù)計(jì)算其變化速率與強(qiáng)度，利用平均中心、標(biāo)準(zhǔn)差橢圓景觀格局指數(shù)的方法進(jìn)行了深圳市不透水面發(fā)展變化分析。

(1) 1979—2020年深圳市不透水面不斷擴(kuò)張，但整體擴(kuò)張呈逐漸加快又變緩的趨勢(shì)，1990—2010年增長(zhǎng)速率和增長(zhǎng)強(qiáng)度最高，后逐漸變緩。

(2) 1979—2000年，深圳市不透水面發(fā)展具有明顯方向性，持續(xù)向著東北方向移動(dòng)，隨后2000—2020年，全市城鎮(zhèn)用地重心延?xùn)|西方向移動(dòng)，變化較前期較小。不透水面分布由小面積的聚集變?yōu)榇蠓秶姆稚ⅲ箅S著不透水面密度逐漸增加而聚集度上升。

(3) 1979—2020年，深圳市不同不透水面類型的多樣性呈增加趨勢(shì)，異質(zhì)化程度增加，逐漸趨于均衡化；低、中低密度不透水面景觀逐漸從最為破碎的且占較大比例的景觀開(kāi)始逐漸變得較為團(tuán)聚，并且面積逐漸不占優(yōu)勢(shì)；中、中高密度不透水面景觀形狀變得越來(lái)越復(fù)雜，聚集度不高；高密度不透水面景觀面積不斷增長(zhǎng)，連接性在逐漸增強(qiáng)。

研究結(jié)果表明，高密度不透水面聚集度逐漸增長(zhǎng)，但高聚集度不透水面與地表徑流有顯著的相關(guān)性[19]，中高密度區(qū)和高密度區(qū)不透水面對(duì)城市熱環(huán)境影響最大[20]，故未來(lái)在城市發(fā)展中要。本文從不透水面比例的時(shí)空變化分析了深圳市的發(fā)展變化規(guī)律，面向?qū)嶋H的應(yīng)用還存在一些不足，將來(lái)需要對(duì)不透水面與其他生態(tài)環(huán)境的關(guān)聯(lián)性方面展開(kāi)深入研究。