景觀生態(tài)學(xué)課件4景觀格局分析方法

1、第四章 景觀格局分析方法,新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,第四章 景觀格局分析方法,第一節(jié) 概念第二節(jié) 景觀格局分析的基本步驟第三節(jié) 景觀指數(shù)第四節(jié) 空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法第五節(jié) 景觀格局分析中的誤差問題,一、景觀格局(景觀空間格局)的概念 景觀要素在景觀空間內(nèi)的配置和組合形式。,第一節(jié) 概念,二、景觀格局的基本類型,1）規(guī)則或均勻分布格局2）聚集（團(tuán)聚）型分布格局3）線狀格局4）平行格局5）特定的組合或空間聯(lián)結(jié)格局,,1）

2、規(guī)則或均勻分布格局：指某一特定類型景觀要素間的距離相對(duì)一致的一種景觀。,美國(guó)華盛頓洲貝克山山坡針葉林中砍伐斑塊的規(guī)則分布格局,,2）聚集（團(tuán)聚）型分布格局,同一類型的景觀要素斑塊相對(duì)聚集在一起，同類景觀要素相對(duì)集中，在景觀中形成若干較大面積的分布區(qū)，再散布在整個(gè)景觀中。 如：在丘陵農(nóng)業(yè)景觀中，農(nóng)田多聚集在村莊附近或道路的一端。,,3）線狀格局,指同一類景觀要素的斑塊呈線性分布。 如：沿公路零散分

3、布的房屋，干旱地區(qū)（或山地）沿河分布的耕地。,,4）平行格局,指同一類型的景觀要素斑塊呈平行分布。 如：侵蝕活躍地區(qū)的平行河流廊道，以及山地景觀中沿山脊分布的林地。,,5）特定的組合或空間聯(lián)結(jié)格局,指不同的景觀要素類型由于某種原因經(jīng)常相聯(lián)結(jié)分布?？臻g聯(lián)結(jié)可以是正相關(guān)，也可以是負(fù)相關(guān)。 如：稻田總是與河流或渠道并存是正相關(guān)空間聯(lián)結(jié)的實(shí)例；平原的稻田區(qū)很少有大片林地出現(xiàn)是負(fù)相關(guān)的實(shí)

4、例。,,三、景觀格局分析概念 用來研究景觀結(jié)構(gòu)組成特征和空間配置關(guān)系的分析方法。 通過研究空間格局可以更好地理解生態(tài)學(xué)過程。,一 景觀格局研究的目的,確定產(chǎn)生和控制空間格局的因子及其作用機(jī)制；比較不同景觀鑲嵌體的特征和它們的變化；探討空間格局的尺度性質(zhì)；確定景觀格局和功能過程的相互關(guān)系；為景觀的合理管理提供有價(jià)值的資料。,第二節(jié) 景觀格局分析的基本步驟,二 景觀格局分析的基本步驟

5、,以研究目的和方案為指導(dǎo)，收集和處理景觀數(shù)據(jù)? 將真實(shí)的景觀系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為數(shù)字化的景觀，選用適當(dāng)?shù)母窬盅芯糠椒ㄟM(jìn)行分析,? 最后對(duì)分析結(jié)果加以解釋和綜合,柵格化數(shù)據(jù)矢量化數(shù)據(jù),,收集景觀數(shù)據(jù),野外考察、測(cè)量（獲得植被、森林、土壤等相關(guān)資料）遙感數(shù)據(jù)：航空遙感 衛(wèi)星遙感,,景觀格局分析圖示,在進(jìn)行景觀格局分析時(shí)，實(shí)際景觀首先要經(jīng)過取樣、數(shù)字化過程轉(zhuǎn)化為柵格型或矢量型數(shù)字地圖,第三節(jié) 景觀指數(shù),一、景

6、觀指數(shù),能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結(jié)構(gòu)組成和空間配置某些方面特征的簡(jiǎn)單定量指標(biāo)。,二、景觀要素斑塊特征分析,1 景觀要素斑塊規(guī)模,A: 斑塊面積B: 內(nèi)部生境面積,2 景觀要素斑塊形狀 A:景觀要素斑塊形狀指數(shù) B:景觀要素斑塊分維數(shù),A: 斑塊面積,類斑塊平均面積：景觀中某類景觀要素斑塊面積的算術(shù)平均值。,,式中：Ni——第i類景觀要素的斑塊總數(shù)；Aij——第i類景觀要素第i個(gè)斑塊的面積。,最大和最

7、小斑塊面積：指景觀中某類景觀要素最大和最小斑塊的面積。,,類斑面積標(biāo)準(zhǔn)差(Si)和變動(dòng)系數(shù)(Ci)：是指景觀中某類景觀要素斑塊面積的統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)差和變動(dòng)系數(shù)。,,,B: 內(nèi)部生境面積,類斑塊內(nèi)部生境總面積：該類生境全部斑塊內(nèi)部面積之和。,,式中 AIi——第i類生境的內(nèi)部生境總面積； Aij——第i類生境的斑塊平均內(nèi)部生境面積； EAij——第i類景觀要素第j斑塊的邊際帶面積；,平均內(nèi)部生境面積：該類生境全部斑塊

8、內(nèi)部面積算術(shù)平均值。,,,A: 景觀要素斑塊形狀指數(shù),斑塊形狀指數(shù)D：通過計(jì)算某一斑塊形狀與相同面積的圓或正方形之間的偏離程度來測(cè)量其形狀的復(fù)雜程度。 以圓為參照：,,,以正方形為參照： P為斑塊周長(zhǎng)；A為斑塊面積。斑塊的形狀越復(fù)雜或越扁長(zhǎng)，D的值就越大。,,B: 景觀要素斑塊分維數(shù),分形維數(shù)（fractal dimension）分形：不規(guī)則的非歐幾里德幾何形狀可通稱為分形。組成部分以某種方式與整體相似的形體稱分形

9、。分形維數(shù)或分維數(shù)：不規(guī)則幾何形狀的非整數(shù)維數(shù)。,對(duì)于單個(gè)斑塊： P是斑塊的周長(zhǎng)，A是斑塊的面積，D是分維數(shù)，k是常數(shù)。對(duì)于柵格景觀而言，k=4。一般地說，歐幾里德幾何形狀的分維為1，具有復(fù)雜邊界斑塊的分維則大于1，但小于2。,,,三 景觀異質(zhì)性指數(shù),1）景觀斑塊密度和邊緣密度A:景觀斑塊密度B:景觀邊緣密度2）景觀多樣性A: 多樣性指數(shù)與均勻度B: 景觀要素優(yōu)勢(shì)度,,A:景觀斑塊密度,,,式中:P

10、D——景觀斑塊密度 PDi——景觀要素的斑塊密度 M——研究范圍內(nèi)某空間分辨率上景觀要素類型總數(shù) A——研究范圍景觀總面積。,,B: 景觀邊緣密度（邊界密度）,,,,Pij——景觀中第i類景觀要素斑塊與相鄰第j類景觀要素斑塊間的邊界長(zhǎng)度。,A: 多樣性指數(shù)與均勻度,景觀多樣性指數(shù)Shannon多樣性指數(shù)：,,,,,Pk為斑塊類型k在景觀中出現(xiàn)的概率；m為景觀中斑塊類型總數(shù)。 Simpson多樣性指數(shù)：

11、,景觀均勻度指數(shù) 反映景觀中各斑塊類型在面積上分布的均勻程度。 以Shannon多樣性指數(shù)為例：,,,E<=1，當(dāng)E趨于1時(shí)，景觀斑塊類型分布的均勻程度也趨于最大。,B: 景觀要素優(yōu)勢(shì)度,描述景觀由少數(shù)幾類斑塊控制的程度。通常，較大的D（RD）對(duì)應(yīng)于一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)斑塊類型占主導(dǎo)地位的景觀。優(yōu)勢(shì)度指數(shù)D： D = Hmax – H相對(duì)優(yōu)勢(shì)度RD： RD = 1 - E = 1

12、—（H / Hmax）,景觀指數(shù)應(yīng)用舉例,通過計(jì)算一些景觀指數(shù)，可以比較兩個(gè)景觀的結(jié)構(gòu)特征（圖） 兩個(gè)具有不同空間格局的景觀及其相應(yīng)的一些景觀指數(shù),景觀指數(shù)可以用來定量地描述和監(jiān)測(cè)景觀結(jié)構(gòu)特征隨時(shí)間的變化（圖） 美國(guó)本土的原始森林由于人類活動(dòng)從1620年1990年間銳減的情形美國(guó)亞利桑那洲鳳凰城地區(qū)從1912年到1995年城市擴(kuò)張的情形,景觀格局變化的定量描述 以10個(gè)景觀指數(shù)

13、舉例說明美國(guó)鳳凰城地區(qū)從1912年至1995年土地利用變化的情形,第四節(jié) 空間統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,景觀格局的最大特征就是空間自相關(guān)性——被稱為是地理學(xué)第一定律，指在空間上越靠近的事物或現(xiàn)象就越相似，即景觀特征或變量在鄰近范圍內(nèi)的變化往往表現(xiàn)出對(duì)空間位置的依賴關(guān)系。,? 空間自相關(guān)分析,空間自相關(guān)分析：檢驗(yàn)?zāi)骋豢臻g變量的取值是否與相鄰空間上該變量的取值大小相關(guān)，以及相關(guān)程度如何。空間自相關(guān)系數(shù)：度量物理或生態(tài)學(xué)變量在空間上的分布特征及其對(duì)其鄰

14、域的影響程度。若某一空間變量的值隨著測(cè)定距離的縮小而變得更相似，則這一變量呈空間正相關(guān)；若所測(cè)值隨距離的縮小而更為不同，則這一變量呈空間負(fù)相關(guān)；若表現(xiàn)出任何空間依賴關(guān)系，則這所測(cè)值變量表現(xiàn)出空間不相關(guān)性或空間隨機(jī)性。,? 空間自相關(guān)分析的步驟,對(duì)所檢驗(yàn)的空間單元進(jìn)行取樣計(jì)算空間自相關(guān)系數(shù)（Moran的I系數(shù)和Geary的c系數(shù)）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn),,,? 景觀格局分析中誤差的來源,原始數(shù)據(jù)收集過程引入的誤差：技術(shù)方法本身和