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土地利用/覆被变化(简称LUCC)是当前全球环境变化研究领域的前沿课题,而开展典型地区LUCC案例研究是认识全球变化的重要途径之一。作为中国人口最密集、经济增长最快的区域,长江三角洲既是土地集约化利用程度最高的地区,又是我国土地利用变化剧烈的少数地区之一。本文选择土地利用/覆被变化剧烈的无锡市作为典型案例研究区,揭示土地利用变化的过程和空间差异,不仅可为该地区的土地资源管理和利用提供决策依据,也可为国内其它经济发达地区的同类研究提供借鉴。
本文利用四期landsatTM/ETM卫星遥感数据和相关的地面统计资料,以RS和GIS为研究手段,运用地理学、统计学、小波分析和神经网络等多种方法进行了无锡市土地利用/覆被变化遥感信息的提取及其时空演变研究。在全面分析和总结前人研究成果的基础上,围绕着精确地物分类,采用目前比较前沿的遥感图像分析处理方法进行了系统的探索研究和比较分析。并从时间和空间2个层面上,系统分析了无锡市土地利用/覆被变化的时空演变特征及其驱动机制。
通过研究,得出如下结论:
(1)基于多时相遥感数据和相关辅助数据,采用多种遥感技术手段对无锡市土地利用/覆被变化信息进行提取,建立了一套具有高精度地物分类的信息提取方法和技术指标体系。在精确地物分类的基础上,利用GIS和多种统计分析手段,以“时间过程”与“空间格局”为主线,系统分析了无锡市土地利用/覆被变化的时空演变特征及其驱动机制。
(2)以小波分析和GMRF模型提取的遥感地物像元的空间纹理信息和光谱信息为基础,提出基于DistributedARTMAP神经网络模型的无锡市土地利用/覆被变化信息的提取,将无锡市土地利用/覆被的自动分类精度提高到86%左右,比传统的BP神经网络分类精度86.08%和最大似然法分类法分类精度73.71%均有较大提高。
(3)无锡市土地利用/覆被变化十分显著,在16年期间,耕地表现为持续快速减少的趋势,建设用地表现为慢速——快速——稳步增加的趋势。1984~1991年,耕地面积年平均减少0.94%,1991~1997年年平均减少1.24%,1997~2000年年平均减少1.35%。耕地以流向建设用地(包括城镇、农村居民点和交通工矿用地)为主,转移量约占其转移总量的80.10%,远远高出耕地流向其它的用地类型;1984~1991年建设用地面积年平均增加0.92%,1991~1997年年平均增加1.46%,1997~2000年年平均增加1.29%。在16年内建设用地共占用其他土地利用类型总面积达24923.23hm2,其中91.06%的面积来自对耕地,共计22695.3hm2。其次,7.15%为来自对水域的占用,共计1781.19hm2。林地和水域各时相的土地利用面积比例变化不大,总体表现为林地面积和水域面积比例有略微增加的趋势。
(4)无锡市土地利用/覆被变化空间差异显著,总体上每个乡镇耕地都呈减少的趋势,建设用地都呈快速增长趋势,西部乡镇的建设用地增长速度明显高于东部的乡镇,尤其是主城区周围的乡镇。对比耕地的动态度和建设用地的动态度可以发现,耕地流失快的地方基本上为建设用地增长快的地方,而耕地流失慢的地方基本上为建设用地的增长慢的地方,二者空间分布上存在明显的相关性;以综合土地利用动态度衡量土地利用的数量变化和土地利用程度变化综合指数衡量土地利用程度的变化,通过K-mean聚类,并利用GIS的空间叠加分析功能,将无锡市土地利用结构演化划分为5种类型;从1984-2000年,无锡市耕地重心总体上表现为持续向东南方向偏移,建设用地重心总体上表现为向北偏移,再向东南方向偏移。建设用地重心在纬度上偏移幅度明显大于耕地重心的偏移幅度,在经度上偏移的幅度小于耕地重心的偏移幅度;在斑块类型水平上,无锡市景观格局的变化主要表现为耕地斑块数量迅速增加,平均斑块面积快速下降,破碎度指数呈明显增加的趋势。在景观水平上无锡市土地利用/覆被的形状指数和优势度指数都呈上升的趋势,多样性和聚集度都呈下降的趋势。
(5)除了自然条件的制约外,国家和地方政策、经济发展和人口增长等社会人文因素决定了土地利用变化的基本趋势。应用典型相关分析模型将土地利用与社会经济的因子的关系定量地描述为3对典型变量。耕地数量变化主要受农业机械化程度和农村总人口的影响,建设用地的扩张主要源于以第二产业为主的经济发展的需要,林地的变化主要受人口密度的制约。