上海市城市公园绿地景观格局分析

上海市城市公园绿地景观格局分析

城市绿地景观的基本构成是不同大小、形状的绿化景观单元。每个绿地景观单元都具有一定的结构、功能和相对独立性。绿地景观单元的空间分布称为绿地景观模型。绿地景观格局是城市诸多因素长期作用的结果,不同的绿地景观格局对景观的作用、功能差别很大。对组成城市绿地景观斑块的空间格局的定量描述是分析景观结构、功能的基础,是分析各种生态过程(包括自然演变过程、人为干预过程)的重要依据,同时,更是景观生态规划的重要依据和必要前提。城市公园绿地是城市绿地景观中最能体现城市绿地诸项功能的绿地类型,它的数量、面积、空间布局等直接影响到城市环境质量和城市居民游憩活动的开展,并且对城市景观文化的塑造和城市风貌特色的形成具有重要的影响,是城市绿地景观中最重要的组成部分。本文中城市公园指具备城市绿地主要功能的大型绿地,包括一般城市公园、风景名胜区(公园)、纪念园林、动、植物园、广场绿地、森林公园等。1研究内容和方法1.1tm数据和spet数据研究范围为上海市外环线内640km2,针对研究区域较广,研究尺度较大的特点,为取得真实实时性的数据,信息源采用卫星遥感数据,用1998年8月的TM数据和同期SPOT数据进行融合,最终得到每个像元(Pixel)为10m的分辨率。利用陆地卫星遥感方法解译绿地景观时,可用目视解译方法或计算机图像分类法,本文在分类过程中将两者结合起来,进行较多的人机对话,分别将公园中绿地景观分为林地、草地和林、灌、草综合体,绿地的分类者精度和使用者精度分别为86.19%和91.41%,满足了精度要求。1.2景观多样性指数nc针对上海城市公园绿地景观的特点和公园绿地景观生态规划和建设的需要,选择以下景观格局分析的相关指标进行分析讨论。景观构成研究景观的组成情况,包括景观类型数目、景观斑块数量、景观面积及比例。上海城市公园体系景观破碎度分析采用两类指标,一是景观斑块密度指数(C),一是景观斑块数破碎化指数(FN1、FN2)。斑块密度指数即斑块个数与面积的比值。比值越大,破碎化程度越高。计算公式为:Ci=ni/AiCi为景观i的破碎度,ni为景观i的斑块数,Ai为景观i的总面积。景观斑块数破碎化指数在自然界中直接反映了人类干预程度的大小,在城市绿地景观中,它不仅从一个侧面反映了人类干预的程度,还反映了城市居民的生活水平、居住环境质量和城市的生态水平。计算式为:FN1=(Np-1)/NcFN2=MPs(Nf-1)/Nc其中,FN1和FN2是斑块数破碎化指数,Nc是景观数据阵的方格网中格子总数,在计算中,采用研究区内最小的斑块面积去除总面积作为Nc值,也就是以最小斑块面积作为每一个网格的大小。Np为景观里各类斑块的总数,MPs是景观中各类斑块的平均面积,这里以最小斑块数目为单位,Nf是景观中某一景观类型斑块总数。度量景观多样性的指标称为景观多样性指数,由景观类型的丰富度和均匀度组成。景观类型多样性指数按Shannon-Weaver公式计算:H=−∑i=1nPilog2PiΗ=-∑i=1nΡilog2Ρi式中H为景观多样性指数(单位为bit),Pi是第i种绿地景观类型占总面积的比。n是绿地景观类型总数。多样性指数越大,表示景观多样性越高。景观斑块最小距离指数是指用景观间的距离来构造的指数。最小距离指数用来检验景观斑块是否服从随机分布。同时,也可用来反映景观斑块集聚程度和分离程度,是用来测度景观空间格局的重要指数之一。NNI=MNND/ENND式中NNI是最小距离指数,MNND是斑块与其最近相邻斑块间的平均最小距离,ENND是在假定随机分布的前提条件下MNND的期望值。MNND和ENND的计算式如下:MNND=∑i=1nNND(i)/NENND=1/(2D−−√)d=NDΜΝΝD=∑i=1nΝΝD(i)/ΝEΝΝD=1/(2D)d=ΝD式中,NDD(i)是斑块i与其最近相邻斑块间的最小距离,d是景观里给定斑块类型的密度,N是给定斑块类型的斑块数,A是景观总面积。若NNI的取值为0,则格局为完全团聚分布;若NNI的取值为1,则格局为随机分布;若NNI取其最大值为2.149,则格局为完全规则分布。景观连接度是研究景观中各元素在功能上和生态过程上的联系。通常认为,相互联系较多的相似景观元素组成的景观单元与相互联系较少的景观元素组成的景观单元相比,其景观连接度具有较高水平。景观连接度指数的计算公式为:PX=∑i=1n⎡⎣⎢⎢⎢⎢⎢Ai/NNDi∑i=1nAi/NNDi⎤⎦⎥⎥⎥⎥⎥2ΡX=∑i=1n[Ai/ΝΝDi∑i=1nAi/ΝΝDi]2式中PX是连接度指数,Ai是斑块i的面积,NNDi是斑块i到其相邻斑块的最小距离。分维数(Fractaldimension)表示具有不规则形状对象的复杂性,用来测定形状的复杂程度。这类对象就是分形,分形一方面从整体上看,分形图形处处是不规则的,同时,图形在不同尺度上又有相同或相似的规则性。景观是由具有异质性的斑块组成的,斑块形状不规则,带有自相似性,具有分形的性质。分维几何中斑块面积和周长的关系被定义为。P=k(AD/2)D=2log(P/4)/log(A)式中D表示分维数,P为斑块周长,A为斑块面积,D的理论范围为1.0～2.0。2结果与分析2.1公园绿地景观构成上海外环线内共有77个公园绿地,内环线内有31个,内-外环线之间有46个,每个公园的绿地景观根据植物群落的外貌和结构特征分为3种类型,即林地景观、林、灌、草综合体景观和草地景观。根据遥感数据统计每个公园的绿地景观面积和绿地斑块数量,并分别对各个公园的林地、林灌草综合体、草地景观的面积、斑块数和所占面积比例进行了统计(表1、图1),统计结果表明:从所有公园平均绿地景观面积构成统计看,林地景观面积构成为59.09%,林、灌、草综合体景观平均面积构成为28.79%,草地景观的平均面积构成为12.12%,因此,上海公园内绿地景观构成的总体情况是以林地景观为主,林、灌、草综合体景观为辅,草地景观相补充的绿地景观格局。各个区总的公园绿地面积以杨浦区最高,其它依次是是浦东新区、长宁区和徐汇区;南市区和静安区最低。而各城区内每平方公里上平均的公园绿地景观面积则是以长宁区最高,杨浦区第二,其它依次是黄浦区、徐汇区、虹口区、卢湾区、闸北区、普陀区、浦东新区、南市区,静安区最低。无论绝对公园绿地景观面积还是单位面积上的公园绿地景观面积都是以南市区和静安区为最低,这也说明在上海老城区中,公园绿地景观相对贫乏,对改善中心城区的环境质量和提高居民生活水平有着很大的制约作用。上海城市公园由于公园的使用目的和性质、建设历史、始建年代的不同,它们的绿地景观组成也各不相同。草地景观面积构成大于30%的都是上世纪80年代末至90年代始建的,泾东公园(1989)、川杨河小游园(1996)、凉城公园(1995)等;比较老的公园草地景观面积构成普遍较低,如桂林公园、南园、静安公园等。由此可见,改革开放后,尤其是进入到上世纪90年代,出现了一股草坪热,使新建公园中草坪的比例大大提高,尽管草地景观是一种观赏性较强的绿地景观类型,但在上海,由于一般草地景观可参与性差,养护管理费用高,综合生态效益低,因此草地景观应该加以控制。2.2各公园中斑块数破碎化程度的比较根据每个公园分出的3类绿地景观,分别计算它们的斑块密度C,FN2值以及每个公园总体上的FN1值。由此来比较各个公园内3种绿地景观类型的破碎化程度,从而从景观生态学的角度探讨公园内绿地景观的状况。外环线内77个公园的3类绿地景观的斑块密度指数总的情况是:林地的斑块密度最小,除海宁公园只有林地一种绿地类型外,有67个公园中的林地斑块密度是最小的,3个公园林、灌、草综合体景观的斑块密度最小,6个公园中草地景观的斑块密度最小,45个公园中林、灌、草综合体的斑块密度最大,30个公园中的草地景观斑块密度最大,这说明公园中林地景观的斑块破碎化程度低,这有利于生物多样性的建立和维护,是公园内植物配置的方向;公园中平均斑块破碎化程度最高的是林、灌、草综合体景观,这说明此类景观斑块相对较小,斑块数量多,这和它们在自然界中的状况基本一致;由于各公园的面积和设计理念的不同,草地景观斑块密度在公园间变化比较大,在大桥花园、世纪公园、凉城公园等7个公园中斑块密度指数最低,说明这些公园中的草地景观斑块单体面积相对较大,斑块破碎化程度低。30个公园的草地景观斑块密度最大,草地景观斑块较破碎,一般无大面积的草坪存在。40个公园内的草地景观的斑块密度介于林地和林、灌、草综合体景观之间,相对于其他两种景观类型具有中等的斑块单体面积和斑块数量。斑块数破碎化指数FN1比较的是各个公园总体绿地景观斑块数量上的破碎化程度,FN1值居前几位的依次是:上南公园(0.4763)、蔓趣公园(0.4540)、水霞公园(0.5233)等11个公园,居后几位的是:共青森林公园(0.1493)、中山公园(0.1663)、世纪公园(0.1677)等14个公园。从以上统计数据可见,公园斑块数破碎化指数FN1的值基本上和公园的面积成反比,大型公园中的绿地斑块一般较大,斑块数相对降低,故FN1值较低,而小型公园,虽然面积较小,但绿地景观类型仍然较为全面,因此斑块数相对较高,FN1值随之提高。FN2值反映的是公园内每一类绿地景观类型的斑块数破碎化程度,林、灌、草综合体景观的FN2值最大的有69个公园,最低的有5个公园;林地景观FN2值最大的有9个公园,最低的有34个公园;草地FN2值最大有2个公园,最低的有40个公园。说明大多数公园中林、灌、草综合体的斑块数量相对较多,平均斑块数破碎化程度最高;草地景观相对斑块数量最少,平均斑块数破碎化程度最低,这和前面斑块密度指数分析的情况一致。由于城市公园完全是人为设计的绿地景观,其斑块破碎化程度受人为影响较大,通过分析公园绿地景观斑块的破碎化程度,不仅可以总结出公园绿地景观斑块的一般情况,提供公园景观格局的定量化数据,而且,为公园改造和公园规划设计和建设提供指导。2.3公园内绿地景观面积均匀度从上海城市各城区公园的景观多样性指数来看(表2),闸北区最高,为2.09,其次是浦东新区、虹口区、长宁区、普陀区和徐汇区,它们的多样性指数都相对比较高,这是由于这几个区内的公园数量较多造成的。闸北区虽然公园只有6个,但公园绿地景观面积分布比较均匀,因此,景观多样性最高。静安区和南市区由于公园数量少,且面积差别较大,故多样性指数很低,南市区仅为0.59。黄浦区虽然公园数量也很少,但由于公园面积分布较均匀,因此,其多样性指数比南市区和静安区明显升高。杨浦区虽然公园数量较多,但由于公园内绿地景观面积差别较大,导致景观多样性降低。优势度指数和均匀度指数是一个问题的两个方面,优势度高,其均匀度就低,在本项研究中,以杨浦区的优势度指数最高为2.42,其均匀度指数也是最低的,为16.64%,这是由于杨浦区公园绿地景观中既存在象共青森林公园这样的大型公园,也有象波阳公园、惠民公园这样的小型公园,个别公园的绿地景观面积优势显著造成的。优势度指数最低的是黄浦区,仅为0.02,其均匀度指数高达96.97%。同时,由统计数据还发现,老城区内公园的优势度指数一般都较低,如静安区为0.32,南市区为0.41,卢湾区为0.90,闸北区为0.63,黄浦区为0.02,这说明老城区内各公园绿地景观面积差别不大,公园绿地景观比较均匀,缺少占优势的大型绿地,这和老城区的发展历史和高密度的建筑空间有关,使得老城区内绿地景观单体面积小,没有形成上海中心城区的“绿心”。而位于中心城区周边的城区大多有一个或几个处于优势的公园绿地景观,如浦东新区的浦东中央公园、徐汇区的植物园、长宁区的动物园、中山公园、杨浦区的共青森林公园、普陀区的长风公园等,使得它们的优势度升高,而均匀度降低。由景观多样性指标看出,中心城区缺少大型绿地,区级大型公园和市级大型公园不足,是城市绿地景观规划中需解决的问题。2.4公园连接度分布从上海城市公园景观最小距离指数看(图2),除南市区外(因南市区只有两个公园,分布在南市区的两端,斑块间距离和MNND的期望值差距较大),卢湾区和虹口区内的公园趋向于规则分布,黄浦区内的公园趋向于团聚分布,其它各区都不同程度地趋向于随机分布;从整个研究区域内的公园分布情况看,最小距离指数为0.81,内环线内为1.27,相比较而言,外环线内公园比内环线内趋向于团聚分布,内环线内公园趋向于规则分布,但总体上都更趋向于随机分布。PX值统计结果表明(图3),南市区、静安区和黄浦区由于都只有两个公园,导致了它们的PX值较高,除它们之外,区内公园连接度最好的是卢湾区和杨浦区,分别为0.76和0.55,其它区内公园连接度较好的还有虹口区和徐汇区,浦东新区、长宁区和普陀区内公园的景观连接度相对较差;从整个研究区域看,公园的的平均连接度只有0.06,内环线内公园的连接度也只有0.10,说明上海城市公园的平均连接水平较低,公园间在功能和生态过程上的联系较少。2.5绿地景观斑块的分维数各公园总的平均分维数中比较高的有济阳公园(1.31),龙华烈士陵园(1.34)、长风公园(1.33)等,平均分维数比较低的有兰溪公园(1.08)、昆山公园(1.06)、海宁公园(1.05)等。尽管不同公园内绿地景观斑块的分维数有所不同,但差别不是太大,大多数在1.1～1.3之间,总体上讲,公园绿地景观斑块的分维数较低,绿地景观斑块边界较为简单。从各个公园内3种绿地景观类型的斑块分维数指数来看,林、灌、