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今后30-50年，在全球范围内，尤其在发展中国家，将经历一场前所未有的城市化过程。城市化过程虽然极大的推动了人类的发展，但也导致许多生态环境问题。而城市化的显著标志是以土地覆盖/利用为代表的景观格局的变化，进而影响城市生态系统的过程、功能。研究城市生态系统的景观格局特征，对深入认识城市生态系统的过程、功能，揭示生态环境问题产生的根源具有重要意义。
本研究以北京城区为案例，以TM和SPOT影像为主要数据源，探讨了利用遥感影像的光谱特征因子发展地表硬化度指数的新方法，研究了城市地表硬化度的空间分布格局特征；探讨了利用景观特征指数识别城市土地利用类型的新方法，研究了城市居住用地和非居住用地的格局特征；分析了城郊过渡区域景观格局特征及其驱动机制，研究了城市扩张的特征和大型绿化控制带的发展潜力。主要结论包括：
(1)系统总结和分析了城市生态系统格局-过程-功能之间的动态机制，以及国内外的研究进展；探讨了遥感技术在研究城市景观格局方面的进展以及存在的主要问题，揭示了如何从不同空间尺度下分析城市景观格局特征仍然是研究中的难点和挑战。
(2)城市发展的重要特征是地表的硬化，识别地表硬化程度对认识城市建设密度和土地覆盖格局具有重要意义。本研究利用不同遥感影像(TM和SPOT)的多光谱特征，发展了城市地表硬化度的遥感分析方法，提出了地表硬化度指数。结果表明：遥感影像的光谱特征因子，如归一化植被指数(NDVI)、归一化建设用地指数(NDBI)、各波段总亮度平均值指数(Brightness)、亮度级差指数(MaxDiff)、亮度标准差指数(StdDev)、亮度比率指数(Ratio)等，可以有效地拟合了地表硬化度指数(RTM＝0.851，p<0.001；RsPor＝0.818，p<0.001)。经统计检验：基于TM拟合的地表硬化度和真实的地表硬化度的相关性(R＝0.91)高于对应的SPOT影像(R＝0.81)。
(3)应用地表硬化度指数和基于目标分割的遥感分类方法，研究了北京市城区地表硬化度和建设密度的空间格局。结果表明：北京市城区中等(地表硬化度在50～70％之间)和高密度建设用地(地表硬化度大于70％)总体大于70％，占绝对优势，而且斑块平均面积大、异质化、破碎化程度高，说明城市建设用地已经趋于饱和；极低密度建设用地(地表硬化度<30％)斑块平均面积小，分散、破碎化程度高，表明各类非建设用地比例很低，发展的空间小。同时，不同环带具有明显差别，如高空间分辨下(SPOT影像)高密度建设用地类型比例从2环带的84.6％降低5环带的35.18％。比较基于不同空间分辨率下(TM和SPOT影像)建设密度的空间分布格局发现：高空间分辨率下建设密度格局特征比低空间分辨率下破碎化程度高，异质性程度高；基于高空间分辨率提取的高密度建设用地和极低密度建设用地(地表硬化度<30％)的比例分别为51％和16％，高于对应的TM影像，46％和7％，而基于SPOT提取的中等密度建设用地和较低密度建设用地(地表硬化度在30～50％之间)比例低于对应的TM影像。
(4)根据城市相同土地利用类型具有相似景观格局特征的原理，探讨了应用景观格局特征指数识别城市土地利用的新方法。研究发现，在斑块类型水平和景观水平上，居住用地和非居住用地内景观斑块的大小、形状、边缘特征、空间连接度、核心区面积特征、多样性、均匀性等特征都有极显著(P<0.001)的差异。在研究中，应用上述指数提取了北京市居住用地和非居住用地类型，并研究了不同空间分辨率下的格局特征，结果表明，对应于低空间分辨率(TM影像)的分类精度达79.7％，对应于高空间分辨率(SPOT影像)的分类精度达85.9％。而且，基于低空间分辨率的居住用地比例高于基于高空间分辨率提取的居住用地比例。
(5)根据城市扩张趋势，结合北京市城郊过渡区域(5～6环)景观格局特征和自然、社会、经济等因素分析了城市景观格局形成的驱动机制。研究发现：5～6环城郊过渡区域的城市化程度已经较高，各类建设用地达52.3％。路网密度、人口密度和产业结构与城市化及景观格局特征存在显著相关性，对城郊过渡区域景观格局的形成具有十分重要的影响和决定作用。
(6)针对北京“摊大饼”式的城市扩张格局和日益严峻的生态环境状况，探讨了规划大型绿化控制带的必要性和可行性。分析结果表明：城乡建设用地呈现出相互连通，放射性发展扩张的趋势，从城市中心向外延伸的主要交通干线构建了楔形绿带的基本骨架，在严格控制建设用地扩展和有效的调整现存的建设用地格局情况下，各类“绿色”景观要素的具有一定的发展潜力。