王鈺

（哈爾濱師范大學，黑龍江 哈爾濱 150025）

1 概述

不透水面是指天然的或人工的能阻斷或消弱地表水向地下滲透到土壤層中的表面[1,2]。國內方面，不透水面已成為監(jiān)測城市空間的通用指標，遙感技術因具有空間連續(xù)、高效等優(yōu)勢成為不透水面研究的首選技術手段[3,4]。計算機自動解譯是目前主流提取方法，光譜和幾何特征的結合是不透水面信息提取的發(fā)展趨勢[5]。國外方面，Ridd[6]提出的植被-不透水層-土壤(VIS)模型成為定量獲取不透水面信息主要的技術手段。Weng 等利用不透水面指數和植被覆蓋度指數，定量分析了不透水面與熱島效應的關系[7]。Hanson 對城市不透水面、地表溫度進行了定量分析，結果表明不透水面是引發(fā)城市熱島效應最主要的因素[8]。因此，本研究利用遙感技術獲取1987 年-2016 年近30 年時間的城市不透水面，分析其景觀格局時空變化，為哈爾濱地區(qū)的城市規(guī)劃提供了參考。

2 研究區(qū)概況與數據處理

2.1 研究區(qū)概況

本文研究區(qū)為哈爾濱市南崗、香坊、道里、道外、松北、平房這幾個區(qū)。經過改革開放，研究區(qū)經濟快速發(fā)展，建成區(qū)面積擴大，城市不透水面增加。

2.2 數據來源與處理

所 需 遙 感 影 像 為1987、1997、2007、2017 四 個 年 份 的Landsat 衛(wèi)星影像，影像軌道編號為118/28，來源于地理空間數據云網站(http://www.gscloud.cn/)。基礎地理數據為一個行政區(qū)劃，來源于國家基礎地理信息中心(http://ngcc.sbsm.gov.cn/)。輻射光線通常在經過大氣層時會被散射和吸收，遙感影像不能真實記錄地表信息，這對本研究所做出的反演不透水面具有較大干擾，需要及時進行大氣糾正[9]。在ENVI 軟件中，運用FLAASH 模塊對其進行糾正。通過研究區(qū)邊界的裁剪，最后保存為橫軸墨卡托投影（見表1）。

表1 橫軸墨卡托投影參數

3 不透水面時空演變分析

在ENVI 環(huán)境中利用波段計算器進行基于NDISI 指數的計算，提取的哈爾濱中心城區(qū)不透水面信息，各年份哈爾濱中心城區(qū)不透水面不同級別面積及百分比如表2 所示。不透水面被劃分為7 個級別：極低、低等、較低、中等、較高、高等、極高（圖1至圖4）。

圖4 2016 年不透水面信息

圖1 1987 年不透水面信息

結果表明：1987 年和1997 年，研究區(qū)周邊地帶以極低和低等兩個級別為主，中等以上的不透水面主要分布在香坊和南崗在東北處的交界地帶，不透水面變化不大，主要是因為這一時期哈爾濱經濟發(fā)展困難，以已有建成區(qū)內部密度的增加為主，城市擴展緩慢。2007 年，整個研究區(qū)中等以上不透水面分布范圍明顯加大，香坊和南崗在東北處的交界地帶由以前的中等以上不透水面為主變成高等以上不透水面為主。松北南部和平房西北部形成有一定規(guī)模的高等級不透水面。2005 年，哈爾濱市政府搬遷到松北南部，帶動此處城市發(fā)展，平房工業(yè)園區(qū)也進行了大規(guī)模建設，城市化率在這一時期快速提升。2007 年和2016 年的不透水面分布，相比前兩個年份，中心地帶的高等及以上不透水面有向南、西、東三個方向的擴展趨勢，松花江限制了向北的發(fā)展。

景觀格局指數表征地物空間結構，通常組合選取多種指數來描述景觀特征。本研究主要選取了斑塊數量(NP)、最大斑塊指數(LPI)、香農多樣性指數(SHDI)、香農均勻度指數(SHEI)、聚集度(AI)、景觀形狀指數(LSI)、散布與并列指數(IJI)這7 個景觀指數[10]。

圖2 1997 年不透水面信息

在Fragstats 軟件下進行景觀指數計算（見表3）。結果顯示：研究區(qū)不透水面的斑塊數量在1987 年至1997 年間大幅增多，破碎的程度也開始上升，1997 年至2007 年間大幅度地有所減少，2016 年也仍然維持著下降的趨勢，漸漸地趨于穩(wěn)定。1987 年至1997 年間最大斑塊指數主要呈現出增加，1997 年至2016 年主要呈現下降的趨勢。

表3 不透水面景觀指數

圖3 2007 年不透水面信息

1997 年之前，景觀形狀指數一直呈現上升的變化趨勢，隨后開始持續(xù)地下降，表明1997 年之前，研究區(qū)不透水面的斑塊復雜程度及曲折程度是逐漸趨向上升的，1997 年之后復雜程度及曲折程度開始逐漸趨向下降。散布與并列指數在1987 年至1997 年間呈現逐漸上升趨勢，說明各個不透水面類型間相鄰的不透水面類型不斷增多，不透水面景觀分布趨于分散，在1997年至2016 年間開始逐漸下降，說明不透水面類型間相鄰的不透水面類型逐漸明顯減少。

從景觀尺度來看，景觀多樣性指數在1.49-1.59 之間，景觀均勻度指數在0.72-0.76 之間，表明研究區(qū)受到人為活動干擾，景觀多樣性水平很低，斑塊類型分布較均勻，不透水面優(yōu)勢景觀類型較少。

4 結論與討論

4.1 1987 年至2016 年間，不透水面的總體變化趨勢表現為高等、較低級別的不透水面積的占比持續(xù)增長，說明哈爾濱的城市化建設進程仍然是正在持續(xù)、更好地推進中。極低層次級別的不透水面迅速減少，說明在城市工程建設和規(guī)劃擴張的過程中，不透水面級別分布特征發(fā)生了變化，一些農田等自然用地已轉變?yōu)楣δ懿煌某鞘薪ㄔO用地。

4.2 哈爾濱市景觀格局演變與哈爾濱市城市化的發(fā)展相關。在城市規(guī)劃建設的過程中，交通路網等設施的建設和完善是提升不透水面景觀銜接性的一個重要因素。經濟發(fā)展使得土地資源綜合利用的需求量增加，哈爾濱市對周邊地區(qū)的輻射影響也在城市化進程中起到了重要推動作用。本研究對不透水面景觀格局變化的定量分析為今后分析研究不透水面所帶來的環(huán)境效應奠定了良好基礎。