（土壤学专业论文）基于RS和GIS的安顺市城市发展及环境变化分析.pdf

基于r s 和g i s 的安顺市城市发展及环境变 化分析 土壤学专业硕士研究生杨毅 指导老师刘洪斌研究员 摘要 我国城市在2 0 世纪9 0 年代以后进入了一个高速发展时期，特别是随着西部大开发计划 的提出与实施，西部城市发展迅速，而与此同时，城市的扩张，耕地和绿地的缩小，土地的 退化，又直接影响和改变着该地区的生态环境和社会经济的可持续发展。遥感技术为城市化 发展所带来的土地利用覆被变化和环境变化检测提供了一个方便快捷的手段。 本文采用两个时相的l a n d s a tt m 影像通过遥感和g i s 技术，以贵州安顺市市区1 9 9 3 年到2 0 0 1 年的城市发展和环境气候变化作为研究对象，对该地区的城市化进程和气候环境变 化做出了动态监测和分析。 首先对安顺市区的原始遥感影像进行几何校正、辐射校正和去噪处理，运用了直方图均 衡化等方法对图像做出了加强，消除部分阴影，均取得了良好的效果。再依据土地利用覆盖 分类原则，结合安顺市土地利用覆盖特征，采用最大似然法的监督分类分别提取t m 、e t m 遥感影像中的安顺市景观类型，分别为水田、旱地、林地、草地、水域、居民点及工矿用地、 未利用地7 种类型。 研究表明，贵州省安顺市在进入9 0 年代以后，随着经济发展和城市化进程加快，土地利 用覆盖方式发生了较大的变化。从1 9 9 3 到2 0 0 1 年，安顺市区水田、林地、草地、未利用地 不断减少。而早地，建设用地不断增加。增加幅度最大的是早地，8 年之间增加了1 7 9 5 ， 而减少幅度晟大的是水田，8 年间减少了9 9 6 ，林地减少幅度也很大，达到了每年1 4 5 9 7 3 b i 铲。 主城区范围不断向外扩张，在这8 年之间，安顺市的城市空间扩展速度较快，2 0 0 1 年城 市用地规模比1 9 9 3 年扩大了近l ，3 ，安顺市用地扩展主要是侵占周围的耕地。由此导致了安 顺市周边水田菜地不断减少；而经济的发展带来了另外一个问题，由于城市人口增加，对蔬 菜和水果的需求不断加大，导致了在水田不断减少的同时，早地面积却在不断增加。 由于城市土地利用类型产生了变化，导致城市下垫面改变，通过对安顺市4 0 年来的气候 变化分析发现，安顺市气候变化趋势整体上和全国的相近，4 0 年来总体气温变化幅度不大， 年平均气温为1 4 0 6 1 2 ，应用线性拟合分析，安顺市平均每1 0 年气温增长率约0 1 1 7 1 2 ，远高 于临近的贵阳市( o 0 4 5 ( 2 ) 。而降水呈下降趋势，特别是在进入9 0 年代以后，下降趋势变化 较前3 0 年明显，出现了干旱和洪涝年。通过对4 0 年气候变化和进入9 0 年代以后的气候变化 i 两南大学硕士学位论文 对比分析，发现了安顺市区气候在9 0 年代以后，气候环境变化加快，气温上升，降水下降趋 势更加明显。 城市热岛效应能从一个方面反映该城市环境变化，本研究通过对安顺市主城区的热力场分 布图发现，城市扩张以及企业的增加，造成了安顺市区热中心向西北移动的趋势。结合安顺 诈r n d v l 分布图可以看到，随着城市向西北方向的扩张，造成了植被覆盖的减少，通过热岛效 应空间分布图可以发现，在1 9 9 3 年，植被覆盖高的地方，城市温度普遍较低，而到了2 0 0 1 年， 随着主城区植被覆盖的下降，热岛中心开始向安顺市内转移，特别是到2 0 0 1 年以前的城市扩 张区域，亮温上升明显。 安顺市在1 9 9 3 至2 0 0 1 的8 年内，土地利用变化较快，部分土地利用类型产生了很大的变化， 城市扩张迅速，熟中心向城市扩张区扩展，环境气候变化明显。 关键词：遥感城市扩张城市热岛气候变化 i i a b s t r a c t a n a l y s i so f u r b a nd e v e l o p m e n ta n de n v i r o n m e n tc h a n g ei n a n s h u nb a s e do ng i sa n dr s s p e c i a l i t y ：s o i ls c i e n c e c a n d i d a t e ：y a n g y i s u p e r v i s o r ：p r o f e s s o rl i uh o n g b i n a b s t r a c t c i t i e so fo u t c o u n t r yh a v ee n t e r e dap e r i o do fh i g hs p e e dd e v e l o p si n1 9 9 0 。s ，e s p e c i a l l yw i t h t h es u g g e s t i o na n di m p l e m e n to f t b ew e s t e r nd e v e l o p m e n tp r o j e c t , t h ec i t yi sd e v e l o p i n gv e r yf a s t ， b u tm e a n w h i l e ，t h ed i l a t i o no f t h ec i t y , t h ec o n t r a c t i o no f c u l t i v a t e dl a n da n dt h eg r e m n b e l t , t h el a n d s d e g e n e r a t i o n , h a v eb e e nd i r e c t l yc h a n g e dt h ee c o l o # c a le n v i r o n m e n ti nt h ea r e aa n dt h e na l s o a f f e c t e dt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to ft h es o c i e t ye c o n o m y t h er e m o t es e n s i n gt e c h n i q u eh a s p r o v i d e dac o n v e n i e n ta n dr a p i dm e a t bf o rd e t e c t i n gc o v e r e dl a n du t i h z a t i o n c h a n g e sa n d e n v i r o n m e n tc h a n t sf o ru r b a n i z a t i o nd e v e l o p s t h i sr e s e a r c ha d o p t e dt h el a n d s a tt mp a s s e sar e m o t es n s o ft w ot i m e sa n dt h eg i s t e c h n o l o g y , a n dt ot a k et h ec i t yd e v e l o p m e n ta n de n v i r o n m e n tc h a n g e s 丘_ 0 m1 9 9 3t o2 0 0 1i n g u i z h o ua ns h u nc i t ya r e aa st h eo b j e c to f t h er e s e a r c h , h a v ed y n a m i c a l l ym o n i t o r e da n da n a l y s e d f o rt h eu r b a n i z a t i o np r o c e s sa n de n v i r o n m e n tc h a n g e s f i r s t l yt oh a v eg e o m e t r ya d j u s t e d , r a d i a t i o nr e c t i f i e da n dn o i s ed i s p o s e di na ns h u n d o w n t o w na l x ! af o rp r i m i t i v er e m o t es e t l s ep o r t r a i t , a n dh a v eu s e dh i s t o g r a mt oe m p h a s i st h ei m a g e ， a n dt h e nh a v ee l i m i n a t e ds o m ep a r to f s h a d o w , a l lt h o s eh a v eg o t t e ng r e a te f f e c t b yt h ep r i n c i p l eo f c o v e r i n gc l a s s i f i c a t i o n l a n du t i l i z a t i o n c o m b i n i n gw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i co f c o v e r s l a n du t i l i z a t i o n i na ns h u ne i t y ，t oh a v ee x t r a c t e dak i n do fl a n d s c a p ed a t af o r mt b la n de t m b yt h em e t h o do f m a x i m u ml i k e l i h o o d a l lt h el a n d s c a p et y p e sh a v e b e e nd i 、r i d e dt o7k i n d st y p e s ，s u c ha st h ep a d d y f i e l d , d r yl a n d ，f o r e s t ，g r a s s p l o t ，w a t e ra r ，r e s i d e n t i a la r e aa n dau s ej i i d l 吲一a la n dm i n i n gf i e l d t h er e s e a r c hi n d i c a t e dt h a t , a f t e rg i l j 加p r i v i n c oa n s h u nc i t y t e dt h en i n e t i e s b i g g e r c h a n g eh a p p e n e di nl a n du t i l i z a t i o n c o v e r i n gw a yw i t ht h ef a c tt h a te c o n o m i cg r o w t ha n dt h e c o u r ：s e o fu r b a n i z a t i o na c c e l e r a t i n g f r o m1 9 9 3t d2 0 0 1 ，t h ed o w n t o w no fa n s h u n sp a d d yf i e l d 。f o r e s t l a n d ，g r a s s p l o t ，u n u df i e l dh a v ed e c r e a s e du n c e a s i n g l y , b u td r yl a n d ，c o n s t r u c t i o nu s ef i e l d i n c r e a s e d t h ed r yl a n di n c r e a s e dm o s t ，h a si n e a s e db y1 7 9 5 b e t w e e n8y e a r s ，b u tp a d d yf i e l d d e c r e a s e dm o s t ，h a sd e c r e a s e db y9 9 6 d u r i n gt h e8 y e a r s f o r e s tl a n da l s od e c r e a s e dv e r ym u c h , h a sr e a c h e d1 4 5 9 7 3h e c t a r ee v e r yy e a r i i l 两南大学硕十学付论文 t h er a n g eo f u r b a na r e ae x p e n d so u t s i d eu n c e a s i n g l yi nt h i s8 ) , c a r s ，t h es p a c eo f a ns h u nc i t y e x p e n d sv e r yf a s t i n2 0 0 1t h es c a l eo ft h ec i t yu s i n gf i e l dh a v i n ge x p a n d e db ya l m o s t1 3t h a ni n 1 9 9 3 ，t h a te x p a n d e ds h u nc i t yf i e l d - u s e si sm a i n l yt oi n v a d ee n do c c u p yc u l t i v a t e dl e n d0 1 1e a c h s i d e t h a th a v el e dt ot h ea n s h u nc i t yp e r i p h e r yv e g e t a b l ef i e l dd e c r e a s e du n c e a s i n g l y ；h o w e v e r , d e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m yh a sb r o u g h ta b o u ta n o t h e rp r o b l e m , i n c r e a s eo fu r b a np o p u l a t i o n t h en e e dt ov e g e t a b l ee n df r u i ti se n l a r g e du n c e a s i n g l y , t h a tl e dt ow h i l et h ep a d d yf i e l df a l l so f f , d r y l a n da r e ai si n c r e a s i n g b e c a u s ec i t yl a n du t i l i z a t i o nt y p e sh a v eb e i n gc h a n g e d ，l e a dt ot h ec h a n g e so ft h ef a c eu n d e r t h ec i t y , b ya n a l y s i so f t h ec l i m a t ec h a n g e s d u r i n gt h ep a s t4 0y e a r si na ns h u nc i t y , w eh a v ef o u n d t h a tt h et r e n do f a ns h u nc i t yc l i m a t ec h a n g e si so v e r a l lc l o s et ot h ec o u n t r y w i d e ，t h ee x t e n to f a i r t e m p e m t u r ec h a n g ei sn o tn o t a b l ed u r i n gt h ep a s t4 0y e a r s t h ea n n u a la v e r a g ea i rt e m p e r a t u r ei s 1 4 0 6 c ，a p p l yt h ea n a l y s e so f t h el i n e a r i t yd r a f t ，t h em e a ng r o w t hr a t ew a s0 1 1 7 。i ne v e r y1 0 y e a r so fa ns h u nc i t y , g r e a th i g h e rt h a ng u iy e n gc i t y ( 0 0 4 5 ) b u tt h et r e n do fp r e c i p i t a t i o n c o m e sd o w n ，e s p e c i a l l ye n t e r e dt h en i n e t i e s ，d e c r e a s i n gt r e n dc h a n g ei sg r e a t e rt h a n3 0y e a r sa g o ， w i t hf l o o de n dw a t e r l o g g i n gy e a r b yt h ec o m p a r a t i v ea n a l y s i so f t h e4 0y e a r sc l i m a t ec h a n g e sa n d e n t e r e dt h en i n e t i e sc l i m a t ec h a n g e s ，h a v ed i s c o v e r e dt h a ta f t e rt h en i n e t i e st h ea ns h u nd o w n t o w n a r e ac l i m a t ee n v i r o n m e n tc h a n g ew a sa c c e l e r a t e d ，t h ea i rt e m p e r a t u r er i s e d t h et r e n do f p r e c i l c i i t a t i o n w a s e s p e c i a l l yo b v i o u s i ne n n ea s p e c t , t h ec i t yh e a ti s l a n de f f e c tc a nr e f l e c tt h eu l b e ne n v i r o n m e n tc h a n g e ，t h i ss t u d y f r o mt h ep i c t u r eo f t h eh e a t i n gp o w e rf i e l dd i s t r i b u t i o nb yu r b a na r e ao f a ns h u nc i t yf i n d st h a tt h e c i t yd i l a t i o na n dt h ee n t e i p r i s ei n c r e a s i n gh a v eb r o u g h ta b o u tt h et r e n do f t h eh o tc e n t r eo f a ns h u n d o w n t o w na r & dm o v i n gt on o r t h w e s t c o m b i n et h en d v ld i s t r i b u t i o np i c t u r eo fa ns h u nc i t yw e c a nm t h a t ，a l o n gw i t ht h ed i l a t i o no ft h ec i t yt on o r t h w e s t 击m c t i o l i t h ev e g e t a t i o nc a ) v e l 2 ； d e c r e a s e d s e ef r o mt h es p a c ed i s t r i b u t i o np i c t u r eo ft h eh e a ti s l a n de f f e c t , i n1 9 9 3 ，w h e r et h e v e g e t a t i o nh a sc o v e r e dh i g h e r , t h ec i t yt e m p e r a t u r ei sl o w e r , b u ti nt h ey e a ro f2 0 0 1 ，a l o n gw i t ht h e c o m i n gd o w no ft h ev e g e t a t i o no o v t o ft h ec i t y , t h eh e a ti s l a n dc e n t r eb e g i n st os h i f tt o w a r dt h e c e n t e ro fa ns h u nc i t y , e s p e c i a l l ye 】【p e n d sa r e ao ft h ec i t yb e f o r e2 0 0 1 ，t h et e m p e r a t u r eg o i n gu p o b v i o u s l y d u r i n g8y e a r sf r o m1 9 9 3t o2 0 0 1 ，l a n d - u s eo fa ns h u nc i t yc h a n g e dv e r yq u i c k l y , p a r to f l a n d - u e et y p e sh a db r i n gb i gc h a n g e ，t h ec i t yd i l a t e dr a p i d l y , h o tc e n t r ea r ee x p e n dt ot h ec i t yo f d i l a t i o n , e n v i r o n m e n t a lc l i m a t ec h a n g eo b v i o u s l y k e y w o r d s ：r e m o t es e n s ec i t ye x p a n d sc i t yh e a ti s l a n d c l i m a t ec h a n g e 1 v 独创性声明 学位论文题目：基王曼墨盘鱼! 墨的塞邀立撼立发展区氢堡变垡 金盘 本人提交的学位论文是在导师 指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中引用他人已经发表或出版过的研究成果， 文中已加了特别标注。对本研究及学位论文撰写曾做出贡献的老师、朋友、同仁在文中作了 明确说明并表示衷心感谢。 学位论文作者：球为丛签字日期：b 妒7 年6 月彦日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院( 筹) 可以将学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：口不保密，口 保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：求磊厶 导师签名形彳荔乏多， ff 签字日期：谢1 年b 月8 日签字日期：刊。7 年月i8 日 第1 章文献综述 第1 章文献综述 城市是一个空间地域系统是各组成部分在城市空间内形成的一个相互联系和制约的有 机体。英国学者巴顿l l ( k j b u t t o n ) i 人城市是一个坐落在有限空间内的各种经济市场一住 房，劳动力、天地、运输等相互交织在一起的网状系统。” 城市化是当今世界的主要趋势，城市化水平的商低是衡量一个国家经济发展水平的重要 标志。建国后，我国进人了现代工业化和城市化的发展时期，尤其是改革开放以来，城市化 的进程不断加快。近年来研究进一步发现，当一个国家的城市化水平超过3 0 时，将进入加速 城市化阶段。据此衡量，中国刚刚进人城市化中期阶段，而城市化进程进行的同时也影响了 城市环境。随着卫星技术与g i s 技术的不断发展，利用g i s 与r s 手段对城市化发展进行监测与分 析已经成为一种新的趋势。 1 1 城市化的基本概念 城市化一词源于英文u r b a n i z a t i o n 。其词头u r b a n 意为都市的其词尾i z a t i o n i t i z ( e ) + a t i o n 组 成，表示行为的过程，意为“化”。至于“城市化”一词，最早出现在1 8 6 7 年西班牙工程师 a s e r d a 的著作城市化基本原理中，二十世纪七十年代末，“城市化”的概念被引入我国o3 1 。 1 9 8 3 年，我国城市规划设计研究院主持了题为“若干经济较发达地区城市化途径和发展小城镇 的技术经济政策”的研究课题，该课题曾对“城市化”这一概念的内涵作了初步的界定。指出城 市化是一个国家社会经济发展到一定阶段必然出现的历史发展过程，是全球性的社会现象， 这种现象突出再现为农业入口向非农业人口、乡村人口向城市人口的转化与聚集。然而，由 于城市化过程本身的复杂性和城市化研究的多学科性，对城市化概念的界定，一直是众说纷 纭。从一般意义上讲。人们普遍接受“城市化是指农业人口向非农业人口转化并在城市集中的 过程j 吝一说法h 。 1 2 城市扩张研究 城市扩展研究一直是城市化研究的主要领域。也是衡量城市化水平的主要测度指标p 棚，我 国从上个世纪8 0 年代后期开始先后开展了城市形态分类、城市演变阶段、城市扩展方式和速 度、城市扩展影响因子，城市扩展预测和模拟等方面的研究。 早期采用的主要方法有：比较法、历史法、考古分析法和访问调查法i r l 。在这些方法中， 城市形态和城市扩展的信息主要来源于城市地图，如罗海江利用历史地形图和历史资料记载 勾勒出北京和天津的城市核心区范围，进而求得城市面积，通过不同时期城市面积的比较来 探讨城市扩展( 罗海江，2 0 0 0 ) 。刘盛和等利用三个时期的北京市土地利用图来研究北京市的城 市扩展模式i s 。但由于受城市地图和土地利用图更新周期长的限制，采用这两种图件进行城市 扩展和城市土地利用变化的研究不能满足边缘带迅速变化的需要，并且这两种图件在精度上 也难满足深入研究的需要，使城市形态、结构和城市扩展规律及扩展机制的定量研究很难进 两南大学硕十学位论文 行。 近年来，利用遥感( r s ) 和地理信息系统( g i s ) 等空间信息技术进行城市时空扩展监测 和动态模拟分析己成为研究城市扩展的主要手段。随着航天遥感技术的发展，传感器的时空 分辨率和光谱分辨率不断提高。卫星遥感影像已成为城市扩展和城市化研究的主要资料来源。 目前许多城市已经利用遥感影像进行城市扩展研究，且研究方法多种多样。黎夏和叶嘉安用 扩散理论来解释城市扩展，用熵来定量分析城市用地的分布和城市形态的特征，熵反映城市 用地的分布性，熵的变化( 差熵) 口l i j 反映了扩散过程，熵值的增加表示城市用地向外扩散，增加 的值越大，表示扩散越快，熵值的减少表示城市用地更趋于“紧凑”的使用 9 1 。汪小钦等通过城 市扩展面积、扩展百分比和年均扩展速率的变化从量上探讨城市扩展，通过图层叠加求各个 方向的城市扩展面积来研究城市实体扩展的方向性【。在城市化研究中，城市边界的准确确 定是至关重要的。但是由于城乡结合部的地类复杂，破碎程度大，影响了城市边界的确定。 对此，赵元洪等提出了基于领域像元的结构重分类方法，由计算机自动提取城市边界，精度 较高【l ”m a s e k , l i n d s a y 和g o w a r d ；在利用n d v i 差值法对华盛顿区进行城市扩展研究过程中， 利用了空间纹理信息，通过设定一定的限制条件剔除了农业用地变化信息，准确提取出城市 扩展区鲥”】。 1 3 城市遥感研究概述 1 3 1 国内外研究现状 遥感技术作为一种快速获取城市现状基础资料的重要手段，己经在城市调查、监测、城 市规划与管理中占有重要的位置( 1 ”5 i 。遥感应用于城市环境研究最早是从1 9 5 8 年法国用装载 在气球上的相机拍摄了巴黎市的像片开始的。到上世纪8 0 年代，随着传感技术和航天技术的 发展，应用航空像片和卫星影像进行城市专题研究也日趋成熟。大量的彩色、热红外遥感技 术被应用于城市扩展分析、城市环境监测与评价以及城市化进程评估等众多方面。 1 9 9 5 年国际地圈一生物圈计划( i g b p ) 和全球环境变化中的人文领域计划( i h d p ) 的“土地利 用和土地覆盖变化”( l u c c ) 研究计划的提出和1 9 9 8 年美国原副总统戈尔的“数字地球”概念的 提出后，世界许多国家也相继成立相关的组织机构进行“数字国家”的研究，在一些省、市区域 范围内，各地政府也纷纷配合“数字国家”，提出了“数字城市”的概念，并进行了大量的相关研 究工作，取得了一定的成效。在这种的宏观背景下，城市成为世界各国研究的重点，城市遥 感成为遥感领域中最为活跃最为敏感的领域。每年世界各国都开展了大量关于城市遥感的项 目研究。美国自1 9 9 6 年以来相继开展了u h i p p ( u r b a nh e a ti s l a n dp i l o tp r o j e c t ) 项目、 a t l a n t a ( a t l a n t al a n d - u s ea n a l y s i s ：t e m p e r a t u r ea n da i r - q u a l i t y ) 研究、u e m( u r b a n e n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n g ) - - g l o b a lu r b a nm o n i t o r i n gw i t ha s l e r 计划以及c a p l t e r ( c e n t r a l a r i z o n a - p h o e n i xl o n gt e r me c o l o g i c a lr e s e a r c h ) 等项目 1 6 j 其q a u h i p p 计划是由美国环境保护总局( e p a ) 和美国国家宇航局( n a s a ) 等一些机构于 2 第1 章文献综述 1 9 9 6 年共同组织的，该计划旨在通过对美国的一些城市( 包括s a l tl a k ec i t , ，s a c r a m e n t o ，和 b a t o n r o u g ) 的热岛效应以及热岛对城市环境的影响的研究，提出消减城市热岛负效应的措施， 并将结果推广应用到美国的其他城市。 a t l a n t a 研究项目也是由美国国家宇航局0 n a s a ) 0 e o s ( e a c h o b s e r v a t i o ns y s t e m ) 等机 构于1 9 9 6 年资助的项目。其主要的目标是研究亚特兰大城市自7 0 年代以来，城市扩展和城 市土地覆盖变化是如何对该区域的气候特征和大气质量产生影响的。主要内容包括：1 1 认识和 模拟亚特兰大城市扩展、城市土地利用变化和城市热岛三者素随时间变化在不同的空间尺度 ( 从局部到区域) 中的关系：2 ) 认识和模拟亚特兰大城市扩展、城市土地利用变化和大气环境质 量三者随时间变化在不同的空间尺度( 从局部到区域) 中的关系：3 ) 通过分析死特兰大城市的景 观来模拟不同的时间序列和空间尺度( 从局部到区域) 下，城市发展对城市地表能量平衡的总体 影响。通过以上的分析，最后得出城市化是怎样影响亚特兰大城市的气候和环境的结论 u e m 研究计划将主要利用装载在t e r r a 卫星上的a s t e r ( a d v a n c e ds p a c e b o m et h e r m a l e m i s s i o na n dr e f l e c t i o n 黜l d i t c r ) 传感器，对世界1 0 0 个，人口接近1 0 0 万且目前在处于快 速城市化阶段的城市中心进行城市环境监测，并将重点放在干早或半干旱地区的城市。监测 的主要内容包括城市扩展、土地利用变化、对周围环境的影响以及城市热岛现象等。目前己 经对p h o e n i x 的都市地区进行了相关的研究，研究方法和数据分析模型将被推广应用到其他的 城市。此外，u e m 计划还将在研究期限内每两年一次的获取所研究城市的a s t e r 数据以供 研究之用。 中国既是人口大国，也是城市发展很快的亚太地区国家。随着全球城市化的加速和沿海 特大城市的涌现，到了2 1 世纪，中国人口将由1 2 亿增长到1 6 亿，城市人口将由现有的2 9 7 上 升至1 j 3 9 ( 2 0 1 0 ) 乃至4 7 0 0 ( 2 0 5 0 ) 【”。水源危机、大气污染、垃圾处理等环境问题的治理及建设 规划和土地管理等决策需要，都在刺激和推进利用遥感监测用于分析城市化的历史、现状和 未来。 8 0 年代初，中国城市就开始谋求应用航空、航天技术监测环境、调查土地资源和应用于 规划、管理的尝试。1 9 8 0 奄z ，天津市率先进行航空遥感监测实验，利用假彩色红外摄影，编 制1 ：l 万土地利用与土地覆盖图。同时通过大气气溶胶采样及地面大气污染监测数据，对大气、 水源、飘尘和s o ：含量进行了环境质量评价，在5 0 0 m * 5 0 0 m 格网上，自主开发制图软件，编绘 出版了天津市环境质量图集i “。在1 9 8 3 年又利用n o a a 和m s s 卫星图像，扩大监测范围 编制了京津唐生态与环境图集1 1 9 1 。1 9 8 3 ，北京市交通、热岛的航空遥感 2 0 i ，应用于旅游、 土地资源调查监测获得更大成功。例如，查明北京市境内长城遗址由2 7 6 公里增加到6 7 3 公里， 为万里长城增设了7 个旅游观光点。对北京市的城市扩展作出了多次监测与历史分析，1 9 8 7 1 9 9 4 年间，北京市的建筑物面积扩增了3 9 。 1 9 8 5 1 9 9 5 年，我国先后在太原、大连、广州等9 0 多个大中城市陆续进行彩红外摄影的 航空遥感。对城市化与生态、环境问题进行了比较深入的调查研究【2 1 】。出版了一些图集和专 3 两南大学硕十学位论文 著。在上海市【2 “，利用t m 卫星图像分析城市土地利用变化、热岛效应和绿化率，在洛阳、宜 昌和常州等中等城市，也得到世界银行的资助，利用航空遥感及s p o t 卫星影像数据，为城市 规划和基础设施投资提供参考图件和数据。 进入9 0 年代以后，中国城市遥感开始向纵深发展。其趋势：一是追溯城市化的过程和演 变的历史，探索城市发展的动向，为制订城市发展规划提供科学依据；二是从遥感监测推进 到建立城市地理信息系统，遥感不仅作为城市信息系统的主要信息源，而且作为定期动态监 测，不断更新数据库的经常业务系统。1 9 9 9 年国土资源部对全国6 6 个城市的土地利用覆盖 进行了动态监测，摸清了各城市的土地利用，覆盖状况以及由于城市扩展而被侵占的耕地数量， 为今后我国城市的发展提供了有力的参考。 1 3 2 土地利用覆盖研究 土地利用覆盖监测( l a n d - u s ea n dl a n d - c o v e rc h a n g e - - l u c c ) 是城市遥感中最重要，也是 最基础的一部分，是深入研究城市各个方面的必不可少的环节。土地利用，覆盖变化的种类有 很多，但是，在这些变化中最引人注目的就是城市土地变化。 土地利用和土地覆盖是两个既有联系，又有区别的概念。土地利用是人类根据土地的特 点，按一定的经济与社会目的，采取一系列生物和技术措施，对土地进行的长期性或周期性 的经营活动它是一个把土地的自然生态系统变为人工生态系统的过程土地覆盖是指自然营 造物和人工建筑物所覆盖的地表诸要素的综合体，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼泽 湿地及各种建筑物( 如房屋、道路等) ，具有特定的时间和空间属性，其形态和状态可在多种时 空尺度上变化。土地利用侧重于土地的社会经济属性，土地覆盖侧重于土地的自然属性。土 地利用土地覆盖的变化可划分为两类：改造与变异，前者指由一种土地覆盖类型转变为另一类 土地覆盖类型，如由农业用地转变为非农业用地：后者指土地覆盖类型内部的变化，如工业用 地转变为商业居住用地的变化“。 自从1 9 9 3 年国际科学联合会与国际社会科学联合会联合成立了土地利用土地覆被变化核 心项目计划委员会后，一些国际组织和国家相继启动了各自的土地利用土地覆被变化研究项 目唧】。联合国环境署( u n e p ) 亚太地区环境评价计划于1 9 9 4 年启动了“土地覆被评价和模拟” ( l c a m ) 项目，旨在调查东南亚地区土地覆被的现状和变化，确定这种变化的热点地区，为 区域可持续发展决策服务。国际应用系统分析研究所( i i a s a ) 于1 9 9 5 年启动了“欧洲和北亚土地 利用土地覆盖变化模拟”项目。旨在分析1 9 0 0 年至1 j 1 9 9 0 年欧洲和北亚地区土地利用土地覆被 变化的空间特征、时间动态和环境效应，并预测在全球环境、人口、经济、技术、社会及政 治等因素变化的背景下，该区域未来5 0 年土地利用土地覆被的变化趋势，为制定相关对策服 务。 在9 0 年代以后，全球环境变化研究领域逐渐加强了对土地利用土地覆被变化的研究， l u c c 的研究主要围绕两大国际组织：“国际地圈与生物圈计划”( i g b p ；i n t e r n a t i o n a l 4 第1 章文献综述 g e o s p h e r e b i o s p h e m r op r o g r a m m e ) 和“全球环境变化人文计划”( i h d p ：i n t e r n a t i o n a lh u m a n d i m e n s i o n sp r o g r a m m eo ng l o b a le n v i r o n m e n t a lc h a n g e ) 倡导的3 个重点领域：( 1 ) 土地覆被的变 化机制。利用遥感技术监测土地覆被的空间变化过程，并将其与驱动因子相联系。建立解释 土地覆被时空变化及预测未来可测性变化的经验诊断模型。( 2 ) 土地利用的变化机制。通过区 域性案例的比较研究，分析土地利用管理方式变化的主要驱动因子，并建立区域性的土地利 用和土地覆被变化的经验模型。( 3 ) 区域和全球模型。建立宏观尺度上的，包括与土地利用有 关的各经济部门在内的土地利用与土地覆被变化动态机制模型。这3 个重点领域相互联系、相 互补充，共同构筑了土地利用与土地覆被变化研究的基本框架 2 5 , 2 6 。 同时各类以土地利用，土地覆被变化为中心议题的国际研讨会在世界各地纷纷召开，所涉 及的内容非常广泛，包括应用r s ，g i s 技术开展土地利用土地覆被变化监测、评价与制图；农 村与农业土地利用土地覆被变化分析；城市土地利用土地覆被变化分析；土地利用土地覆被 变化动力学；土地利用，土地覆被变化与生态环境等方面口”。这些会议主要综述了u j c c 研究成 果和进展，并对不同区域不同历史时期土地利用与土地覆被变化及其驱动力、土壤侵蚀和土 地退化等方面的研究现状和科学问题进行了广泛的探讨此外还对跨国家合作研究及与未来活 动相衔接上进行了构想和探讨1 2 8 - 3 5 1 。 从9 0 年代以来中国在l u c c 方面进行了大量的研究工作，从土地利用统计资料、遥感土地 覆盖，土地利用数据和模型等方面开展l u c c 的研究。国家成立了：国家自然科学基金委员并且 开展国家土地局中国土地利用祥查，中国科学院也对国家资源环境进行遥感宏观调查与动态 分析。中国学者也对我 亘l u c c 研究做出了巨大的贡献p 6 - 3 9 1 。 顾朝阳删利用7 0 年代、8 0 年代和9 0 年代3 个时段的s p o t 卫星数据和北京市土地利用资料 进行土地利用土地覆盖研究，分析其变化机制，分析表明：北京土地利用变化主要表现为农 用地向非农用地的转变，即：外城蔓延、轴向扩展和郊区城市化等3 种增长形式。葛全胜【4 l 】根据 民国时期的文献记载以及1 9 4 9 年以后的普查、调查与统计资料，分析2 0 世纪以来中国土地利 用变化状况。王秀兰1 4 2 1 对土地利用，土地覆盖变化研究中人口因素进行了分析喻梅”1 研究了 7 个大气环流模型( g f d l ，g i s s ，o s u ，l l n l ，m p i ，u k m l u k 和u k m h u k ) 在c o z 倍增条件 下的输出结果。作为气候变化的情景模式( s c e n a r i o ) ，基于现有的区域植被动态模型，研究中 国植被的分布和净第一性生产力的变化。模拟结果说明：温带常绿针叶林、亚热带山地常绿针 叶林、落叶阔叶林、常绿阔叶林、典型禾草草原的分布将显著增加，而落叶针叶林、亚热带 常绿针叶林、常绿灌木，禾草和半灌木草原、高寒禾草草甸的分布将有显著下降，其他植被 类型对全球变化的响应不太敏感。陈佑启 4 4 1 总结了国际上地利用土地覆盖变化的新进展， 研究了土地利用，土地覆盖变化主要内容，并提出了需要探索、创新的方面，如在全球范围内 如何实现土地利用土地覆盖分类指标的统一，数据的标准化与分析方法的规范化等。周广胜 m , 4 6 1 研究了土地利用土地覆盖变化对气候的反馈作用。基于地球表面的能量与水分平衡方程， 从理论上探讨了土地利用和土地覆盖对于气候的反馈作用。在土地利用的理论方面，刘纪远口8 l 5 西南大学硕十学何论文 提出了一套新的数量化土地利用程度分析方法，即将土地利用程度按照土地自然综合体在社 会因素影响下自然平