湘江流域土地利用變化的地表水熱環(huán)境響應(yīng)研究.pdf

1、土地利用/覆被變化（Land use and cover change，LUCC）是人類影響全球變化的主要途徑之一。從上世紀(jì)90年代開始，學(xué)者從過程、格局、機制及環(huán)境效應(yīng)等方面對LUCC進行了大量研究，取得了豐碩成果，但中小區(qū)域尺度和局地尺度的研究案例仍需進一步補充。湘江流域既是全國重要的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基地，又是城市化發(fā)展較快和水旱災(zāi)害較為嚴(yán)重的地區(qū)；近年來，隨著工業(yè)化、城市化的快速發(fā)展，土地利用格局發(fā)生了急劇變化，土地利用變化的環(huán)境效應(yīng)亟

2、待探究；本文在整體把握區(qū)域土地利用變化特征與規(guī)律的基礎(chǔ)上，從局地尺度出發(fā)，探討了1985-2007年湘江流域土地利用變化對地表水熱環(huán)境的影響過程和機理；該研究對深化LUCC理論與方法及保障湘江流域土地資源持續(xù)利用具有一定的理論與實踐意義，也能為長株潭“兩型社會”建設(shè)的具體決策提供科學(xué)依據(jù)。
　　論文以土地利用變化數(shù)據(jù)、TM遙感數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù)和各種社會經(jīng)濟統(tǒng)計數(shù)據(jù)等為數(shù)據(jù)源，從數(shù)量、結(jié)構(gòu)和形態(tài)3個方面定量分析湘江流域土地利

3、用變化的時空變化規(guī)律；然后以歸一化植被指數(shù)NDVI、改進的歸一化水體指數(shù)MNDWI、歸一化建筑指數(shù) NDBI和歸一化裸土指數(shù) NDBaI等地類遙感特征指數(shù)作為下墊面類型和性質(zhì)的量化指標(biāo)，將地表水分（Land surface moisture, LSM）與地表溫度（Land surface temperature, LST）作為水熱環(huán)境的具體響應(yīng)因子，通過對系列地類遙感特征指數(shù)與LSM及LST進行回歸分析，以期找到地表水熱時空分布特征與土

4、地利用類型變化的關(guān)系。研究得出的主要結(jié)論如下：
　　研究期內(nèi)，湘江流域土地利用變化的總體趨勢是：耕地、林草地和未利用地面積減少，建設(shè)用地和水域面積增加；其中，耕地面積減少、建設(shè)用地面積增加是土地利用變化的主線；湘江流域土地利用變化總量為602174.44 hm2，占流域總面積的6.94％；在所有的變化圖譜類型中，林草地轉(zhuǎn)化為耕地、耕地轉(zhuǎn)化為林草地和耕地轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地是3個最主要變化類型，占變化面積的60.25%；長株潭、衡陽市及永

5、州市的城鄉(xiāng)交錯帶是主要的變化區(qū)域。湘江流域土地利用綜合動態(tài)度呈上升趨勢，土地利用類型動態(tài)度排序為：未利用地>建設(shè)用地>水域>耕地>林草地。在結(jié)構(gòu)上，湘江流域土地利用景觀之間的連接性增加，景觀形狀復(fù)雜度降低，景觀格局朝均勻化和多樣化的方向發(fā)展。在形態(tài)上，邊界分形維數(shù)先增后減、總體減少，穩(wěn)定性指數(shù)持續(xù)增加，表明研究期內(nèi)土地利用景觀由破碎到整合的變化格局。
　　研究期內(nèi)，在長株潭中心城區(qū)、衡陽市區(qū)和永州市區(qū)等局地尺度上，歸一化建筑指數(shù)N

6、DBI和歸一化裸土指數(shù)NDBaI與地表溫度LST正相關(guān)，歸一化植被指數(shù)NDVI和改進的歸一化水體指數(shù)MNDWI與地表溫度LST有負(fù)相關(guān)，研究期末LST與各地類遙感特征指數(shù)間相關(guān)性較研究期初有所提高；其中，NDBI與LST相關(guān)性最為顯著且穩(wěn)定。在類型尺度上，不同值域間隔選取對NDBI和MNDWI影響不大，對NDVI和NDBaI影響明顯。土地利用變化會導(dǎo)致地表溫度發(fā)生變化，不同土地利用類型之間地表溫度存在明顯差異，表現(xiàn)為建設(shè)用地地表溫度最高

7、而水域最低，相同土地利用現(xiàn)狀類型也會因為變化圖譜過程信息的差異而不同。
　　研究期內(nèi)，湘江流域土壤水分SM與歸一化植被指數(shù)NDVI、改進的歸一化水體指數(shù)MNDWI、歸一化建筑指數(shù)NDBI、歸一化裸土指數(shù)NDBaI等地類遙感特征指數(shù)存在多元線性關(guān)系，且相關(guān)性呈上升趨勢；不同土地利用變化圖譜類型的地表水環(huán)境響應(yīng)存在較大差異，主要表現(xiàn)為自然地類的地表水環(huán)境量化指標(biāo)高于人為景觀，林草地的地表水環(huán)境量化指標(biāo)高于耕地；耕地非農(nóng)化是影響城市及其