南京江北新区地表覆盖监测与分析

南京江北新区地表覆盖监测与分析摘要：地表覆盖是自然环境要素的重要组成部分，其空间分布信息能反映人类社会经济活动的过程。以南京江北新区地理国情监测数据和基本统计成果为基础，采用地表覆盖转移矩阵、地表覆盖净变化与交换变化、变化动态度等方法对地表覆盖变化情况进行监测分析，综合评估江北新区目前的建设进程、效果和规划实施情况。关键词：地表覆盖；地理国情监测；转移矩阵；净变化；交换变化；变化动态度Keywords:LandCover；NationalGeographicalConditionsMonitoring；LandCoverTransferMatrix；NetChanges；ExchangeChanges；ChangesDynamics1引言地表覆盖是自然环境要素的重要组成部分，是地球表面各种物质类型及其自然属性的综合，其空间分布信息能反映人类社会经济活动的过程，因此，科学准确地监测地表覆盖空间分布与动态变化意义重大[1-2]o地表覆盖信息的获取是地理国情监测的首要任务，也是地理国情监测的基础131。南京江北新区位于江苏省南京市长江以北，包括南京市浦口区、六合区的部分街道和栖霞区八卦洲街道，是中国第13个、江苏省首个国家级新区。南京江北新区处在东部发达地区与中西部地区的交会处，是华东面向内陆腹地的战略支点，拥有便捷的公路、铁路、水路和航空枢纽，是南京都市圈、宁镇扬同城化的核心区域之一，同时也是长江经济带与东部沿海经济带的重要交会节点，长三角辐射中西部地区的综合门户，南京北上连接中西部的重要区域。本文以南京江北新区2017年与2018年2期监测数据集和基本统计成果为基础，采用地表覆盖转移矩阵、地表覆盖净变化与交换变化、变化动态度等方法对江北新区地表覆盖变化情况进行监测分析综合评估江北新区目前的建设进程、效果和规划实施情况。2江北新区地表覆盖分类及变化2.1地表覆盖分类现状江北新区地表覆盖包含种植土地、林草覆盖、房屋建筑（区）、铁路与道路、构筑物、人工堆掘地、荒漠与裸露地及水域共八大类，面积如表1所示。南京江北新区2017年、2018年2期地表覆盖数据主要利用分辨率优于1m的正射遥感影像进行内业采集，并结合外业检查获取，数据现势性分别为2017年6月30日和2018年6月30日，数据采集空间精度优于5个像素，分类精度优于99.7%。从2期面积占比情况看，除荒漠与裸露地外，其他地表覆盖类型占比均没有太大差距，说明江北新区各资源占比相对均衡。从空间分布来看，江北新区2018年地表覆盖分布（见图1）的特点是各类型地表覆盖在不同的街道都有集中连片分布，与其发展定位相适应。耕地除了老山林场外，主要集中分布在桥林、八卦洲、龙袍、马鞍、雄州街道，江浦街道的南部长芦街道的东南部也有耕地片区。图12018年江北新区地表覆盖分类分布Fig.1LandCoverClassificationandDistributionofJiangbeiNewDistrictin2018园地主要分布在桥林街道西南部、汤泉街道、永宁街道、江浦街道西部、泰山街道与永宁街道交界处，雄州街道东北部有成片的园地分布，其他均为零散分布。林地除老山国家森林公园和六合国家地质公园是成片集中分布外，在其他区域均为零散分布;草地主要在桥林、江浦、顶山、盘城、长芦街道分布较为密集。表12017—2018年江北新区地表覆盖面积及变化统计Tab.1StatisticsofLandCoverAreasandTheirChangesinJiangbeiNewDistrictin2017and2018地表类型2017年2018年-面积变化/km2占比变化/%总面积/km2占比/%总面积/km2占比/%种植土地193.2924.49187.1723.71-6.12-0.78林草覆盖272.7334.55277.4535.154.730.60房屋建筑（区）97.3112.3393.1211.80-4.19-0.53道路与铁路48.276.1149.106.220.830.11构筑物56.047.1055.407.02-0.64-0.08人工堆掘地49.886.3254.376.894.490.57荒漠与裸露地1.550.200.980.12-0.57-0.07水域70.278.9071.759.091.480.19房屋建筑主要在江浦、泰山、沿江、大厂、葛塘、龙池、雄州有集中连片分布，尤其是泰山、沿江、大厂3个街道的房屋建筑分布十分密集，开发强度较高。道路与区域开发建设是密不可分的，江浦街道作为江北新区重点规划建设的街道，其道路建设也十分密集，而龙袍、八卦洲、长芦街道东南部、雄州街道南部、横梁、马鞍、永宁、汤泉等以农业为主,道路建设相对稀疏。构筑物主要分布在大厂、长芦和八卦洲街道，其中，大厂和长芦街道是江北新区化工产业聚集区，工业设施多，而八卦洲街道是我国著名的芦蒿之乡，用于蔬菜种植的温室大棚分布十分密集。人工堆掘地主要分布在桥林、江浦、顶山、泰山、沿江、葛塘、盘城、龙池、长芦街道，尤其是桥林和江浦街道，正在进行大规模的开发建设，是新区发展的重点区域。水域分布主要集中在桥林、江浦、八卦洲、长芦、盘城、雄州街道，水资源十分丰富，濒临长江,拥有马叉河、八百河等多条河流，有绿水湾湿地等大型水库和湿地。2.2地表覆盖变化2017-2018年期间，江北新区地表覆盖有一定的变化，如表1所示。从面积变化情况看，减少最多的是种植土地，其次是房屋建筑，而林草覆盖、人工堆掘地和水域均有不同程度的增加，其中林草覆盖面积增加量最大，其次是人工堆掘地。房屋建筑是反映新区建设发展的重要指标，2017-2018年间，江北新区的房屋建筑面积减少了4.19km2。从地表覆盖增加空间分布看，2017-2018年增加的地表覆盖在江北新区呈现零散分布的特点，但是从街道的变化差异看，差异较大。桥林街道和江浦街道是新增地表覆盖分布最密集的街道，其次是顶山、泰山、沿江、盘城、葛塘、龙池、雄州、长芦等街道，龙袍街道、大厂街道和老山林场新增的地表覆盖分布较少。从地表覆盖类型空间分布看，新增的人工堆掘地在桥林、江浦、顶山、龙池等街道有显著分布；新增的房屋建筑在桥林、江浦、顶山、沿江、龙池、雄州等街道有显著分布；新增的林草类在桥林、江浦、顶山、泰山、沿江、盘城、长芦等街道有显著分布;新增的构筑物主要在八卦洲街道有显著分布，主要是八卦洲街道的温室大棚变化较大。从空间分布上，减少的地表覆盖图斑的空间分布与增加的地表覆盖的空间分布是相对应的。从地表覆盖类别的空间分布上，减少的房屋建筑在桥林、江浦、雄州街道有显著分布，主要为房屋拆迁；减少的人工堆掘地在桥林、江浦、顶山、沿江、盘城、雄州等街道有显著分布；减少的林草类在桥林、江浦、长芦、龙池街道有显著分布；减少的园地在桥林、汤泉、江浦街道有显著分布；减少的构筑物在八卦洲街道有显著分布，其中温室大棚变化较大。3地表覆盖监测分析基于南京江北新区2017年和2018年2期地理国情普查数据成果，综合利用地表覆盖转移矩阵、地表覆盖净变化与交换变化、变化动态度等方法，对地表覆盖变化情况进行监测分析，以期能更好地为政府管理与决策提供依据，从而推广地理国情普查成果的应用。3.1地表覆盖转移矩阵转移矩阵来源于系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述。使用转移矩阵及衍生的变化量，能较好地分析区域地表覆盖变化的数量结构特征与各用地类型的变化方向⑶。2017—2018年江北新区地表覆盖转移矩阵如表2所示，其中，行表示幻时点地表覆盖类型，列表示E时点地表覆盖类型，心表示T1-T2期间地表覆盖类型，转移为地表覆盖类型j的面积，Pu表示T-T期间地表覆盖类型，保持不变的面积，表示T1时点地表覆盖类型i的总面积，P+j表示T2时点地表覆盖类型/的总面积,P+-Pu表示T—T期间地表覆盖类型i减少的面积,P+j-Pjj表示T—T期间地表覆盖类型j增加的面积。表2地表覆盖转移矩阵Tab.2LandCoverTransferMatrixA1A2 …An-Pi+减少A1P11P12 …P1nP1+P1+-P11&T1P21P22 …P2nP2+P2+-P22AnPn1Pn2 …PnnPn+P_Pn+ nnP+j新增P+1P+1-P11P+2 …P+2-P22 …P+nP_P+nnn3.1.1净变化量Dj根据净变化量计算公式计算的结果见表《，净变化量计算公式：Dj=max(Pj+-Pjj，P+-Pj-min©%,P+j-P)=IP+j-P+I ⑴从净变化量角度来说，种植土地的净变化量最大，其次是林草覆盖，再其次是人工堆掘地；净变化量最小的是荒漠与裸露地，其次是构筑物。说明2017—2018年间，江北新区从面积变化的角度来说与生态相关的地表变化较大，与建设相关地表变化相对较小。3.1.2交换量Sj根据交换量计算公式计算的结果见表4,交换量计算公式：NmWH-Pj ⑵从交换量角度来说，林草覆盖与其他地表覆盖类型间交换比重最大，其次是人工堆掘地、种植土地、构筑物、房屋建筑；交换量小于1%的地表覆盖 类型有铁路与道路、水体和荒漠与裸露地。Tab.3LandCoverTransferMatrixofJiangbeiNewDistrictin2017and20182017年表32017-Tab.3LandCoverTransferMatrixofJiangbeiNewDistrictin2017and20182017年地表覆盖 竺年 面积新增/%类型 种植土地林草覆盖房屋建筑铁路与道路构筑物人工堆掘地荒漠与裸露地水域占比/%'日种植土地22.650.370.010.000.620.040.000.0223.711.06林草覆盖0.7132.390.360.090.071.370.000.1535.152.76房屋建筑0.050.1111.280.000.040.310.000.0111.800.52铁路与道路2018年0.020.050.015.970.010.160.000.006.220.25构筑物0.310.190.060.016.220.220.000.027.020.80人工堆掘地0.611.150.610.040.134.200.010.136.892.69荒漠裸露地0.000.000.000.000.000.000.100.020.120.02水域0.130.280.000.000.010.030.088.569.090.53面积占比/%24.4934.5512.336.117.106.320.208.90100.00—减少/%1.842.161.050.150.882.120.090.35——3.1.3总变化量Cj总变化量等于净变化量加上交换量，也等于新增量加上减少量。根据总变化量计算公式计算的结果见表4,总变化量计算公式：C=D.+S.=max(p,,Pf+mMfPf⑶

从总变化量的角度来说，无论是转入还是转出，总变化量最大的地表覆盖类型是林草覆盖，其次是人工堆掘地、种植土地、构筑物和房屋建筑;铁路与道路、水域、荒漠与裸露地的总变化量均小于1%。表42017-2018年江北新区地表覆盖变化统计Tab.4StatisticsofChangesofLandCoverinJiangbeiNewDistrictin2017and2018地表覆盖类型种植土地林草覆盖房屋建筑铁路与道路构筑物人工堆掘地荒漠与裸露地水域净变化量/%2.134.331.040.291.594.240.040.69交换量/%0.780.600.530.110.080.570.070.19总变化量/%2.914.921.570.401.674.810.110.883.2地表覆盖程度指数地表覆盖程度指数用于分析区域地表覆盖强度与强度变化情况。地表覆盖程度指数计算公式：nz=100x£axc'T (4)ZE[100,400]式中，z为地表覆盖程度指数，A为区域内第'级地表覆盖程度分级指数，C'为区域内第'级地表覆盖分级面积百分比，n为程度分级数。Lb_a=Lb-L表示研究区监测时段末期，地表覆盖程度综合指数&与监测时段初期La的差值,即监测时段内地表覆盖程度综合指数变化量。若

Lb_>0,则表示该区域地表覆盖处于发展期，否则处于调整期或衰退期。2017—2018年江北新区地表覆盖程度统计结果见表5。由表5的统计结果可知，2017年江北新区地表覆盖程度综合指数为288.02%,2018年的地表覆盖程度综合指数稍有减少，为287.44%,变化量为-0.58%，表明江北新区的地表覆盖目前处于调整期。虽然林草覆盖、铁路与道路、人工堆掘地和水域分别有0.6%、0.32%、1.17%和0.19%的占比增加，但是种植土地、房屋建筑、构筑物均有相对较大的占比减少，因此地表覆盖程度指数有一定的减少。地表覆盖类型种植土地林草覆盖房屋建筑铁路与道路构筑物人工堆掘地荒漠与裸露地水域分级指数324444122017年面积占比/%24.4934.5512.336.117.106.320.208.902018年面积占比/%23.7135.1511.806.227.026.890.129.09表52017-2018年江北新区地表覆盖程度统计Tab.5StatisticsofLandCoverageinJiangbeiNewDistrictin2017and20182017年地表覆盖程度指数/% 288.02287.44-0.5820182018年地表覆盖程度指数/%

地表覆盖程度综合指数/%3.3地表覆盖变化动态度指数地表覆盖变化动态度指数是定量描述地表覆盖变化速度的指标，能很好地反映监测时段内区域地表覆盖变化的总体态势。地表覆盖变化动态度指数计算公式：£”]Sn-i+AL" 1LCs= 1 x——x100%⑸Zn T,=1LU式中，LU”为监测起始时间第i类土地覆盖类型的面积，T为监测时间段，ALU为监测时间段T内第i类土地覆盖类型转变为非i类土地覆盖类型的面积之和，AL为监测时间段T内非i类土地覆盖类型转变为第i类土地覆盖类型的面积之和，n为土地覆盖类型数。2017—2018年江北新区地