城市景觀動態(tài)時空模擬的研究.pdf

1、作為景觀生態(tài)學研究的基本對象，景觀由不同的生態(tài)系統(tǒng)以斑塊鑲嵌形式構成，在自然等級系統(tǒng)中處于一般生態(tài)系統(tǒng)之上，具有特定的結(jié)構和功能，在系統(tǒng)中諸因素之間有機地相關聯(lián)和相互作用，并隨時間受自然和人類干擾而動態(tài)變化或相對穩(wěn)定，形成或組成有序的動態(tài)系列，最終向一定的目標方向演變，這些基本特征顯示了系統(tǒng)的復雜多樣性和不同層次的穩(wěn)定性。同時，景觀生態(tài)系統(tǒng)還是一個時空耦合系統(tǒng)，只有同時把時間及空間這兩大范疇納入某種統(tǒng)一的基礎之中，才能真正揭示其復雜系統(tǒng)

2、的本質(zhì)規(guī)律。因此，在景觀生態(tài)學研究中，必須把整體性、有機關聯(lián)性、動態(tài)性、有序性和目的性的認識論和系統(tǒng)觀貫穿始終，站在景觀生態(tài)學整體和全局高度去思考和研究問題，把這個系統(tǒng)作為一種不斷運動、發(fā)展、變化的客觀實體來研究，樹立系統(tǒng)的綜合性、整體性學科思想。然而，目前的景觀生態(tài)學研究，尤其是景觀生態(tài)建模中存在著時空分離的傾向，系統(tǒng)過程的動態(tài)模擬研究較為薄弱。論文旨在采用有關復雜系統(tǒng)的最新理論和方法開展景觀生態(tài)復雜系統(tǒng)的時空動態(tài)模擬研究。

3、 現(xiàn)代系統(tǒng)科學、非線性科學和復雜性科學等一系列復雜系統(tǒng)理論體系為復雜系統(tǒng)的研究提供了新的思維方法和現(xiàn)代化的技術系統(tǒng)。因此，應用復雜系統(tǒng)的現(xiàn)代理論方法，來研究和分析景觀生態(tài)復雜系統(tǒng)的動態(tài)行為具有科學的必然性。而空間復雜系統(tǒng)研究的核心和關鍵性問題是應用復雜系統(tǒng)的方法，建立空間復雜系統(tǒng)的科學模型，尤其是數(shù)理模型。本文工作的中心就是利用時空離散的局部動力學模型，結(jié)合地理系統(tǒng)的復雜性特征，構建時空動態(tài)模型，來模擬和預測地理過程。 本文以

4、復雜系統(tǒng)理論研究為背景，以景觀空間系統(tǒng)為研究對象，建立了研究空間復雜系統(tǒng)的GeoCA模型框架；在此基礎上，以城市復雜系統(tǒng)為研究對象，構建了城市動態(tài)演化模型對城市的內(nèi)部結(jié)構變化和空間擴展過程進行了分析研究，對城市動態(tài)發(fā)展的規(guī)律和特征進行了探索；最后，在3S技術系統(tǒng)的支持下，對珠江三角洲主要城市動態(tài)發(fā)展的過程進行了模擬和預測。在此基礎上提出地學數(shù)據(jù)多維屬性關聯(lián)、時空分割聚類、空間對比分析、空間組合分析等地學數(shù)據(jù)模型，進行探索性的研究。

5、 整個論文的工作可以總結(jié)為以下幾個方面： 1.以珠江三角洲主要城市廣州、深圳、珠海、中山、東莞1985年-2005年多期TM、ETM遙感影像、地形圖為主要信息源，在監(jiān)督分類和綜合分類的基礎上，應用GIS的空間分析功能建立和編制景觀類型影像圖分類模板和相應的屬性數(shù)據(jù)庫，對景觀類型斑塊影像分類，構建適用于研究區(qū)的綜合景觀分類體系。 2.在3S技術體系軟件和景觀格局分析軟件的支持下，應用景觀空間格局指數(shù)數(shù)量分析方法，研

6、究了景觀類型特征，景觀格局分異特征與時空變化。 3.以城市森林為研究對象，研究了不同立地條件下森林meta種群結(jié)構特征、群落物種多樣性、群落結(jié)構復雜性，通過黃牛木meta種群及其亞種群斑塊生境的形成說明城市森林在快速城市化過程中受到的影響，指出城市區(qū)域森林若任其發(fā)展將加劇闊葉林群落向次生灌木狀群落逆向演變進程，為城市化過程中森林生態(tài)恢復提供依據(jù)。 4.針對特殊的空間復雜系統(tǒng)—城市，在綜合前人研究的基礎上，利用模擬城市

7、景觀動態(tài)發(fā)展變化的城市動態(tài)演化模型—城市GeoCA，模擬城市范圍的空間擴展，在空間數(shù)據(jù)庫支持下，進行實際城市的動態(tài)模擬。作為一個層次性的空間模型與社會經(jīng)濟模型相結(jié)合的空間動力學模型，城市GeoCA模型將宏觀規(guī)律與微觀規(guī)律、整體指標與空間分布有機結(jié)合，增強了模型的實用性。 5.在城市GeoCA的支持下，對虛擬城市的動態(tài)變化與發(fā)展進行了研究，對城市發(fā)展的規(guī)律和特征進行了深入探索。在3S技術系統(tǒng)的支持下，對深圳市的城市增長進行了有效