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二十世纪以来,地球的自然环境发生了巨大的变化,其中包括与人类生存和发展息息相关的地球下垫面。据科学家估计,地球陆地表面近40%的土地已经被用于农业活动,而这些区域在过去主要是自然植被。土地利用/覆盖变化不仅会改变地表反照率和地表-大气间的能量交换,进而影响区域和全球气候,还会对生态系统物质和功能、生物多样性造成较大影响。因此,监测土地利用/覆盖变化、分析造成变化的驱动因素对地球系统研究和可持续发展具有重要意义。在人类活动出现以前,土地利用/覆盖变化主要是受自然因素的驱动。随着人口的增长及生产力的进步,人类活动逐渐成为驱动土地格局发生变化的重要因素,特别是工业革命后,人类对土地覆盖及景观格局的影响力和频率迅速增强,另一方面人类活动也受到了景观格局的制约。理解人类活动与地表景观格局的耦合关系显得尤为重要,已经成为一个研究热点。 研究人类活动对土地覆盖影响的前提是量测人类活动,以往学者们主要使用经济、社会和人文等方面的指标衡量人类活动。这种方法存在两方面问题:一是通过经济、社会因子构建的指标模型不能准确、直接地反映人类活动,而且由之衍生的人类活动指标只能精确到行政区划尺度,相对土地覆盖数据比较粗糙;二是由这些指标仅仅能反映人类活动的强度差异,无法提供人类活动多方面的信息,阻碍了深入分析人类活动与土地覆盖及景观格局的耦合关系。 本文针对当前研究存在的不足,提出了充分利用参与式感知数据特点,在粗略和精细两个尺度上分析人类活动与景观格局的相互关系的研究思路,以中国桂林漓江流域为研究区,首先使用GPS轨迹数据和社会经济统计数据,从两个尺度上分析人类活动,然后结合遥感数据得到的景观格局结果,研究人类活动与景观格局的相互作用。论文主要开展以下研究工作: (1)利用遥感技术分析漓江流域景观格局。使用漓江流域2009年和2013年两时期Landsat影像和DEM数据,利用多尺度分割方法和K最近邻分类法获得漓江流域的土地覆盖类型。在四年里,流域内水域面积略有减少,林地和建设用地的面积都在增长,城市扩张现象特别明显。在土地覆盖结果的基础上,分别从景观尺度和类型尺度上分析了流域的景观格局和变化过程。总体上,流域内景观变得越来越破碎,从类型上对比,建设用地的破碎度较高、而林地和水体的破碎度相对较低。 (2)提出了基于GPS轨迹数据的人类活动强度分析方法。区别于以往基于社会经济指标的人类活动强度定义,提出了基于GPS轨迹的精细尺度人类活动强度评价指标。以漓江流域的浮动车数据为数据源,采用核密度估计的方法由轨迹数据获得漓江流域的人类活动强度空间分布,并参照区域规划理论,将人类活动强度分为五个等级。另外获得了区域尺度上的人群流动信息。通过改进的DBSCAN聚类算法识别车辆的重要停留点(感兴趣区),按车辆在区县间的转换过程构建区域联系网络。结果表明三个旅游景点集中的区县(桂林市、阳朔县、灵川县)的对外联系排前三名,桂林市辖区充当着整个桂林市区域联系的中心,随着离桂林市辖区的距离增加,区域联系逐渐减弱。 (3)选取中国漓江流域为研究区,通过实验从人类活动的三个方面(活动强度、区域联系和人群类型)分析了流域内人类活动与景观格局的相互作用。在活动强度方面,结果表明人类活动与景观格局互为影响因子,人类活动对自然地类(林地、水体和其它地类)的作用以破碎化为主,且随着活动强度的增加破碎化程度增大,但人类活动对人造地类(如建设用地)的作用是集中化。城市里的人类活动与非城市的人类活动对景观格局的作用是不同的。在区域联系方面,结果表明区域联系度与林地和水体的相关性很大,且比人口的相关程度更高。在人群类型方面,从轨迹数据中得到居民和游客两类人群的活动强度分布图,发现其强度分布存在差异,另外对于同一类土地,人类活动对土地覆盖比例的总体影响不因人群类型而改变,但不同人群活动对于各种类型土地的影响在细节上有一定差异。 本研究揭示了人类活动与景观格局的相互作用和耦合关系,为合理调控人类活动对景观格局的影响和制定有效的生态保护政策提供科学依据。