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土地资源是人类赖以生存和发展的物质基础,是生产过程中最基本的生产资料。随着人口、资源与环境问题日益突出,土地利用/覆被变化(LUCC)已经成为全球环境变化及区域可持续发展研究领域的前沿热点问题。遥感技术以其实时、宏观和快速等优点,已成为土地利用/覆被变化研究的重要监测手段。
近十多年来武汉市经济的高速发展,加速了城市化进程,城市规模的不断扩大,导致土地利用/覆被空间格局发生了显著的变化。本文运用遥感手段,研究武汉市土地利用/覆被空间格局的变化规律及其驱动机制。首先,采用决策树分类的方法,提取武汉市1999、2005和2009年三个时期土地利用/覆被状况;然后,运用土地利用动态度(单一和综合)、土地利用综合程度指数(及变化量与变化率)、土地利用/覆被转移矩阵等多种数学模型,分析了土地利用/覆被的幅度、速度和程度变化,以及变化方向;最后,结合武汉市的社会经济统计数据,从自然因素和社会经济因素两方面分析影响武汉市土地利用/覆被变化的主要驱动因素,运用SPSS和Excel的数理统计分析功能,定量分析建设用地变化与相关驱动变量间的关系。主要结论如下:
(1)通过不同地物样本光谱特征、归一化指数及多光谱变化分量的统计分析,建立决策树规则,基本能将地物区分。水体特征较为突出,通过改进型归一化差异指数和反射值随波长增大而急剧降低的特点,可以较高精度的与其他地类区分;建设用地通过归一化植被指数与归一化建筑指数相结合可以区分其他地物,结果混有极少的未利用地。
(2)从三期分类结果统计可知:1999年各土地利用/覆被类型所占比例大小顺序为:耕地>建设用地>水域>林草地>未利用地,2005年和2009年面积大小顺序均为:建设用地>耕地>水域>林草地>未利用地。整个研究阶段内耕地减少8563.44ha;建设用地增加了19035.38ha,增幅达到76.95%;林草地减少6223.98ha;水域面积减少2586.43ha。从中发现随着城镇化程度不断增强,建设用地而积大量增多,其他类型面积相应的减少。
(3)通过土地利用动态度可知,2005~2009年间土地利用/覆被类型变化的速度快于1999~2005年间的速度;而由土地利用程度综合指数分析可知,该指数从1999年的287.47增长为2005年的297.75,再到2009年的320,可以看出武汉市在研究时间段内均处于发展阶段,并且后期速度加快,土地利用程度不断加深。
(4)土地利用/覆被类型转移矩阵分析可知,武汉市在研究时间段内土地利用/覆被变化显著,多种类型都发生了较大的变化。其中建设用地增加主要占用的土地利用/覆被类型为大量的耕地和少量的林草地,从1999~2009年土地利用/覆被变化转移矩阵分析可知耕地与林草地在此期间转变为建设用地的面积分别达到14892.55ha和4605.80ha;同时由两时段内各地类转为建设用地情况分布图可知,武汉市新增建设用地变化的总体特征为向郊区扩张,同时城市交通网与开发园区对建设用地的扩张导向作用明显。
(5)通过对自然和社会经济驱动因素的分析可知,在研究时段内社会经济因素对土地利用/覆被变化的影响起主导作用;建设用地与各驱动变量间的相关分析及因子分析可知,所选取的驱动变量与建设用地之间均存在显著相关性,通过因子分析将驱动相关变量分为人口因素、经济因素、投资政策和农业因素,其中农业因素与建设用地面积间存在显著负相关,其余因素与其存在显著正相关,并运用多元线性回归模型,采用逐步分析法得到建设用地的面积与各驱动因素相关变量的回归模型为:Y=26538.463+0.019X4(R=0.999,R2=0.998,X4代表财政收入)。
由于LUCC是一个多学科、多领域的复杂系统,加之,其本身非线性、动态性、多态性和自组织行等特点,本文虽对研究区土地利用/覆被变化情况及驱动机制做了深入的研究,但该研究目前仍存在一些问题有待进一步的解决。如土地利用/覆被信息提取精度、变化模型空间差异性分析、以及驱动力机制相关变量信息获取及模拟土地利用与驱动变量之间关系模型上存在一定不足,有待后期更加深入的分析探讨。