哈尔滨市实证的空间格局关系分析与优先尺度识别

基于哈尔滨市实证的空间格局关系分析与优先尺度识别

 

 

选取哈尔滨市域为研究对象，根据《哈尔滨市城市总体规划(2011—2020年)》(以下简称《总规》)，全市总面积为5.3万km2，其中规划区面积为7086km2，2020年市域常住人口控制在1050万人，城镇化水平达到65%[25]。研究采用的时间节点为2000、2005、2010、2015和2020年，涉及的基础数据及获取途径包括以下几方面。

 

1)城市生态用地整合与提取的数据基础来源于中国科学院空天信息创新研究院发布的1985—2020年全球30m精细地表覆盖动态监测产品(GLC_FCS30)[26](https://data.casearth.cn/)。该数据以每5年为一个周期，数据总体精度较高[27-29]。

 

2)CO2浓度预测模型数据均来源于NASA提供的MODI产品系列。其中，LST数据来源于MOD11A12，为空间分辨率1km的8天合成数据；EVI和NDVI数据来源于MOD13A2，为空间分辨率1km的月合成数据；FPAR和LAI数据来源于MOD15A2H，为空间分辨率500m的8天合成数据；GPP数据来源于MOD17A2H，

为空间分辨率500m的8天合成数据；NPP数据来源于MOD17A3HGF，为空间分辨率500m的月合成数据。以上数据均利用美国地质勘探局开发的数据平台AppEEARS获得。

 

 

 

使用GLC_FCS30数据提取哈尔滨市2000—2020年城市生态用地空间分布情况发现：

1)哈尔滨城市生态用地面积广阔，以旱地、林地为代表的基础性生态用地在5个年份中占比均达到80%，总面积达4万km2以上，呈现出明显的主导优势地位；

2)2000—2020年城市生态用地面积由51259km2减少到50751km2，但变化幅度不大，整体基本保持稳定状态，其中，2010—2015年减少速率较快，2015—2020年速率减缓；

3)从细分各类生态用地类型来看，旱地、林地呈整体减少趋势，但林地在2020年较2015年有所增加，草地、水域和湿地面积自2015年开始，较前期有大幅提升。总体而言，哈尔滨市社会发展过程中生态用地规模持续减少，建设用地规模持续增加，但整体趋势减缓，生态用地利用率提升仍是缓解哈尔滨城市生态用地与城乡建设活动矛盾的有效途径之一。

 

 

基于ArcGIS10.6平台处理MODI产品数据因生产过程中受云雪、雨水土壤背景和传感器自身等影响出现的异常值或缺失数据，采用CO2浓度预测模型计算并提取哈尔滨市域范围内的CO2浓度，使用自然断点法对计算结果分级。空间分布结果(图2)显示：

1)高和较高浓度区域在2000—2015年占比超过49%，2020年下降至36%，主要集中在研究区域西北和东北角，结合城市土地利用类型来看，除去不透水面，主要为大面积的旱地与水田；

2)低与较低浓度区域占比呈波动趋势，研究期间分别为18%、36%、26%、33%和41%；

3)规划区内高和较高浓度区域占比达60%以上，其中2000—2015年占比高达80%，低与较低浓度区域主要集中在规划区东南角，而这里集中分布着大面积林地。

 

 

相关研究表明，大部分景观格局指数间相关关系在3km×3km后随着研究幅度增加发生质变且逐渐不相关[30]。因此，结合研究所用数据分辨率与斑块数量，将哈尔滨市2000—2020年的城市生态用地数据，以每5km为分段逐步划分为5km×5km至30km×30km的网格，通过Pearson相关系数探索CO2浓度影响因素的多尺度显著相关性。

 

为避免对景观格局指数计算的边缘影响，提取完全包括在哈尔滨市域边界内的网格单元进行分析。由于数据为非正态分布，且LPI_F在所有年份的全样本及各尺度上都与CO2浓度具有最高的相关性，因此，参照bootstrap检验，并使用偏相关分析对LPI_F的影响进行了控制。

 

根据计算结果，剔除在各尺度或全样本分析中相关性不显著的景观格局指数，针对剩余的16个指数，在所有年份的计算结果中显示(图3)：

 

1)景观水平各指数在5~30km内的相关性变化整体呈上升趋势，并分别在15~25km范围内存在转折点，第一尺度域为5~15km；

 

2)各类斑块类型水平的指数变化呈波动趋势，尽管没有一个明确的空间范围使景观格局指数计算结果趋于稳定，但随着网格单元空间范围的扩大，指标与CO2浓度间的相关性表现出增加趋势，并在5~10km区间上表现出相对规则的变化趋势。根据实际计算情况，考虑5km网格上存在较多遗漏的斑块信息，这会造成各年份分析结果的不可比性。

 

因此，将整体相关性结果较好、绝大多数指数可预测的10km×10km网格作为类型单元划分、特征指数筛选与规划优化策略研究的优先尺度。