遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用

1、Application of remote sensing technology in the research of landscape ecology遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用自然地理自然地理 引言引言Contents1 遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析2 遙感技術應用的優(yōu)勢特征分析遙感技術應用的優(yōu)勢特征分析3 遙感技術應用的主要問題與未來的努力方向遙感技術應用的主要問題與未來的努力方向4文章編號文章編號:1007-4619 (2002 ) 03-0233-08:1007-4619 (2002 ) 03-

2、0233-08自然地理自然地理遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用摘要摘要: : 景觀生態(tài)學是一門新興的宏觀生態(tài)學分支學科，自景觀生態(tài)學是一門新興的宏觀生態(tài)學分支學科，自2020世紀世紀8080年代年代以來，其研究內容和方法論的發(fā)展與遙感以來，其研究內容和方法論的發(fā)展與遙感, GIS, GIS等現(xiàn)代對地觀測等現(xiàn)代對地觀測技術的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。對近年來遙感技術在景觀生態(tài)學中技術的發(fā)展緊密聯(lián)系在一起。對近年來遙感技術在景觀生態(tài)學中的運用，從景觀結構研究、功能研究、動態(tài)研究、尺度研究以及的運用，從景觀結構研究、功能研究、動態(tài)研究、尺度研究以及景觀生態(tài)學應用研究五個方而

3、加以總結，進而分析遙感技術在景景觀生態(tài)學應用研究五個方而加以總結，進而分析遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用優(yōu)勢特征和口前存在的主要問題，并對未觀生態(tài)學研究中的應用優(yōu)勢特征和口前存在的主要問題，并對未來遙感技術在景觀生態(tài)學研究的應用發(fā)展方向提出意見和建議。來遙感技術在景觀生態(tài)學研究的應用發(fā)展方向提出意見和建議。關鍵詞關鍵詞: 景觀生態(tài)學，遙感，景觀生態(tài)學，遙感，GISGIS1 1- -引言引言景觀生態(tài)學景觀生態(tài)學是以景觀結構、功能和動態(tài)為主要研究內容的一門新興宏觀生態(tài)學分支學科，其研究對象一般為幾平方公里至幾百平方公里的中尺度異質性地表區(qū)域。對于這種跨度范圍較大的宏觀生態(tài)學研究單元，由于涉及到復

4、雜的自然和人為過程的影響，景觀組分的數量較多，時空格局和動態(tài)變化過程復雜，因此在具體研究過程中，需要采集采集和處理處理的數據量非常龐大，僅僅依靠傳統(tǒng)的調查、分析方法進行研究，往往受到人力、物力和自然條件等多方面的限制。這種限制主要表現(xiàn)在基礎資料的基礎資料的收集難度大收集難度大、覆蓋面不全、定量化程度不高、管理困難覆蓋面不全、定量化程度不高、管理困難等方面，這在一定程度上影響了景觀生態(tài)研究水平的提高。 1-引言引言近年來，生態(tài)學家們越來越多地將大量地面樣地調查大量地面樣地調查與遙感遙感和地理地理信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)等方法結合起來作為景觀生態(tài)研究中基礎數據基礎數據獲得的重要技術手段。遙感是一種以物理手

5、段、數學方法和地學分析為基礎的遙感是一種以物理手段、數學方法和地學分析為基礎的綜合性應用技術綜合性應用技術，其最大優(yōu)勢在于強大的數據獲取能力強大的數據獲取能力。通過該方法可以及時獲得大范圍、多時相、多波段的地表信息，為不同時序上從局域到全球各種現(xiàn)象的綜合分析創(chuàng)造了條件。自八十年代初期以來，遙感技術迅速成為景觀生態(tài)學研究的重要技術支撐手段，極大地促進了景觀定量研究的發(fā)展和景觀結構、格局及動態(tài)分析的不斷深入，為各種景觀模型的建立與發(fā)展提供了堅實的資料基礎。本文旨在回顧回顧和分析分析近年來遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)應用現(xiàn)狀狀、特征特征和存在存在的主要問題，并就今后的發(fā)展發(fā)展提出具體的意見和建

6、議。自然地理自然地理2 2- -遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析2. 12. 1景觀結構研究景觀結構研究景觀結構景觀結構是指景觀的組分構成及其空間分布形式，包括景觀的空間空間特征特征(如景觀組分的大小、形狀及構架等)和非空間特征非空間特征(如景觀元素的類型、面積比重等)研究兩部分內容;景觀格局景觀格局一般是指景觀組分的空間分布和組合特征。景觀結構與格局研究的目的景觀結構與格局研究的目的是剖析異質性地表不同景觀組分的組成情況和構建特點，總結景觀異質性的內在規(guī)律，從表面上無序的景觀中發(fā)現(xiàn)潛在有意義的有序性，從而深入了解景觀空間結構的基本特點。在景觀結

7、構與格局研究中，需要大量的基礎數據來全面描述景觀組分的屬性特征，并為進一步的數量分析方法的使用奠定堅實的資料基礎，因而成為遙感技術應用最為廣泛的一個研究領域。景觀結構、格局遙感研究首先需要根據研究目的，結合各種地面調查數據或其它歷史資料，對獲得的遙感數據進行影像合成與分析處影像合成與分析處理理;然后把經過分類處理的影像數據進行結構簡化影像數據進行結構簡化，將其轉換成可用于具體分析過程的基礎數據或圖件基礎數據或圖件;最后以面向用戶的原則將其引入景觀結構和格局模型中，借助數量分析手段數量分析手段進行景觀結構或格局規(guī)律的探討。 自然地理自然地理2 2- -遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析遙感

8、技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析2. 22. 2景觀功能研究景觀功能研究景觀功能研究目前還主要集中在景觀內部景觀內部和景觀之間景觀之間的能流能流、物流物流和物種流物種流研究上。盡管與景觀結構與格局研究相比，遙感在景觀功能研究中的應用還相對較少，但有限的研究報道表明，遙感技術是景觀內各種生態(tài)流研究的一個可靠的工具。從現(xiàn)有的研究報道看，Quattrochi和Luvall探討了熱紅外遙感在景熱紅外遙感在景觀生態(tài)過程研究中的方法及其應用觀生態(tài)過程研究中的方法及其應用，證明熱紅外遙感數據對景觀流以及景觀組分間再分配的了解有著重要的作用，可用于景觀表面溫度測量、能量交換、景觀流的理解、以及地球表面現(xiàn)象

9、能量平衡模型的優(yōu)化等問題研究。不過，熱紅外遙感數據還沒有被廣泛的運用于景觀結構、功能以及變化的研究上，Quattrochi將其歸結于三個三個原因原因，首先首先，在理論以及應用上，景觀生態(tài)研究人員對熱紅外遙感數據還不夠理解;其次其次，對于不熟悉這些數據特征和屬性的人來說，熱紅外遙感數據的獲取與利用是困難的;最后最后，從衛(wèi)星上獲取的熱紅外遙感數據空間分辨率太大，為得到景觀熱能流而進行數據校準，還沒有能夠有效消除誤差的成熟技術工藝過程。自然地理自然地理2 2- -遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析2. 32. 3景觀動態(tài)研究景觀動態(tài)研究作為一個宏觀生態(tài)學

10、研究單元宏觀生態(tài)學研究單元，景觀動態(tài)研究的時間跨度時間跨度通常較長，而景觀結構和功能方面的詳細歷史資料積累很少，因此，以往不少景觀動態(tài)研究采用地理相關法和經驗判斷，大致地恢復景觀中部分組分類型的中長期變化過程，存在著很大程度上的不確定性。遙感技術遙感技術為景觀動態(tài)分析工作開辟了一條全新的途徑，地表大范圍遙感信息的積累已有幾十年的歷史，各類遙感資料客觀地記錄了覆蓋區(qū)域內景觀結構的歷史特征。利用這些資料，結合各種自然、社會、經濟和歷史資料，來恢復景觀的動態(tài)變化過程，可以大大提高分析精度，并有利于進一步發(fā)現(xiàn)景觀動態(tài)變化過程的內在驅動機制和規(guī)律性。自然地理自然地理2 2- -遙感技術在景觀生態(tài)學研究中

11、的應用現(xiàn)狀分析遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析2. 42. 4景觀尺度效應研究景觀尺度效應研究尺度效應尺度效應是景觀生態(tài)研究的核心問題之一，也是遙感技術應用比較廣泛的一個研究領域。景觀現(xiàn)象的尺度差異可以直觀地利用時空分時空分辨率水平辨率水平來表達，遙感技術的應用無疑可以為這類研究( (特別是空間特別是空間尺度效應尺度效應) )提供了便利的機助實驗條件，因為不同傳感器本身的分辨率水平就是空間尺度效應研究的重要素材，而某些高分辨率遙感資料具有對地表特征的細節(jié)覆蓋面全細節(jié)覆蓋面全的特點，可以通過合理的重采樣實驗設計進行連續(xù)的尺度變化效應分析。利用遙感資料進行景觀尺度效應研究工作中，一個比較有

12、特色的研究領域是關于景觀分析方法的尺度靈敏性關于景觀分析方法的尺度靈敏性研究，國內的相關研究表明，在快速城市化的珠江三角洲地區(qū)，景觀格局隨分辨率的不斷降低出現(xiàn)了顯著的變化，其中斑塊數量、周長、景觀整體破碎度及斑塊形狀等景觀指數為分辨率敏感指數，而斑塊面積比例、景觀多樣性、優(yōu)勢度和組分碎裂化指數為分辨率弱敏感指數，這一分析結果可以作為不同尺度條件下景觀分析方法的篩選依據。 斑塊：斑塊：是景觀格局的基本組成單元，是指不同于周圍背景的、相對均質的非線性區(qū)域。自然地理自然地理2 2- -遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析2.52.5景觀生態(tài)學應用研究景觀生

13、態(tài)學應用研究 2. 5. 12. 5. 1景觀尺度的生物多樣性保護研究景觀尺度的生物多樣性保護研究生物多樣性保護問題自九十年代初成為一個全球性熱點問題后，生態(tài)學家們逐漸認識到人類活動導致生境喪失是對生物多樣性的最大威脅，相關的保護和恢復問題應從更大的尺度上來進行研究，這就給景觀生態(tài)學與生物多樣性保護問題的結合提供了一個機遇。由于景觀結構及其組分景觀結構及其組分與生物多樣性生物多樣性(包括景觀元多樣性、物種多樣性和遺傳多樣性)之間存在著密切的相關關系，因此，遙感手段遙感手段成為最適合于景觀尺度的生物多樣性監(jiān)測和物種多樣性調查的工具之一。目前，遙感數據與地面調查數據結合，用地理信息系統(tǒng)進行空間模擬

14、與分析，已成為景觀生物多樣性保護研究中的主要方法。自然地理自然地理2 2- -遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析遙感技術在景觀生態(tài)學研究中的應用現(xiàn)狀分析2.52.5景觀生態(tài)學應用研究景觀生態(tài)學應用研究 2. 5. 22. 5. 2景觀規(guī)劃研究景觀規(guī)劃研究景觀規(guī)劃景觀規(guī)劃是景觀生態(tài)學的另一個重要應用研究領域。景觀規(guī)劃的最最基礎性工作基礎性工作就是將傳統(tǒng)調查方法與現(xiàn)代技術(包括航空相片判讀、計算機圖像處理等)相結合，從微觀到宏觀的不同層次上充分搜集景觀信息，為進一步的問題辨識和規(guī)劃方案論證提供盡可能多的基線信息。遙感技術在景觀規(guī)劃中的應用集中體現(xiàn)在景觀評價、景觀模擬輔助決策等主要環(huán)節(jié)上，并且

15、通常是與GIS或其他數量分析技術共同使用。景觀評價景觀評價是景觀規(guī)劃中問題辨識的核心環(huán)節(jié)，也是形成合理景觀規(guī)劃方案的重要基礎。遙感技術在景觀評價中主要作為基礎數據供給基礎數據供給環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)，并且在與其他數據處理方法和工具的結合中，形成合理的景觀評價模式。 3 3- -遙感技術應用的優(yōu)勢特征分析遙感技術應用的優(yōu)勢特征分析從上述分析中不難發(fā)現(xiàn)，遙感技術的應用已經涵蓋了現(xiàn)代景觀生態(tài)學的幾乎所有研究領域，并且與其他景觀生態(tài)學研究方法和技術手段緊密銜接，成為促進景觀生態(tài)學發(fā)展的重要動力來源。從景觀生態(tài)學自身的發(fā)展需求看，推動遙感技術大量應用的主要原主要原因因主要有兩個方面: 1.1.景觀的時空過程研究中，

16、只有定位、定量、定時地描述不同景觀組分之間景觀的時空過程研究中，只有定位、定量、定時地描述不同景觀組分之間的生態(tài)學聯(lián)系，才能較好地揭示各種景觀現(xiàn)象的內在規(guī)律性的生態(tài)學聯(lián)系，才能較好地揭示各種景觀現(xiàn)象的內在規(guī)律性; ; 2.2.傳統(tǒng)生態(tài)調查方法無法滿足定量分析方法對大量景觀特征數據的需求。傳統(tǒng)生態(tài)調查方法無法滿足定量分析方法對大量景觀特征數據的需求。3 3- -遙感技術應用的優(yōu)勢特征分析遙感技術應用的優(yōu)勢特征分析從上述分析中不難發(fā)現(xiàn)，遙感技術的應用已經涵蓋了現(xiàn)代景觀生態(tài)學的幾乎所有研究領域，并且與其他景觀生態(tài)學研究方法和技術手段緊密銜接，成為促進景觀生態(tài)學發(fā)展的重要動力來源。從景觀生態(tài)學自身的發(fā)

17、展需求看，推動遙感技術大量應用的主要原主要原因因主要有兩個方面: 1.1.景觀的時空過程研究中，只有定位、定量、定時地描述不同景觀組分之間景觀的時空過程研究中，只有定位、定量、定時地描述不同景觀組分之間的生態(tài)學聯(lián)系，才能較好地揭示各種景觀現(xiàn)象的內在規(guī)律性的生態(tài)學聯(lián)系，才能較好地揭示各種景觀現(xiàn)象的內在規(guī)律性; ; 2.2.傳統(tǒng)生態(tài)調查方法無法滿足定量分析方法對大量景觀特征數據的需求。傳統(tǒng)生態(tài)調查方法無法滿足定量分析方法對大量景觀特征數據的需求。 利用遙感方法作為景觀生態(tài)研究的基本數據獲取手段具有以下幾個利用遙感方法作為景觀生態(tài)研究的基本數據獲取手段具有以下幾個方面的顯著優(yōu)勢方面的顯著優(yōu)勢: :3

18、 3- -遙感技術應用的優(yōu)勢特征分析遙感技術應用的優(yōu)勢特征分析(1)利用遙感技術，可以方便地獲取區(qū)域尺度的時空信息資料方便地獲取區(qū)域尺度的時空信息資料，大大提高了景觀研究中的數據獲取能力，特別是某些遙感平臺在獲取地面資料時，不受天氣和地形條件的影響，可以有效地克服地面調查中可能遇到的各種限制。另外遙感數據易于管理易于管理、更新周期快更新周期快、更更新費用低新費用低的特點也是其他數據獲取方法所無法比擬的。(2)不同類型、不同分辨率和多時相的遙感資料，可以滿足不同研究不同類型、不同分辨率和多時相的遙感資料，可以滿足不同研究工作的需要。工作的需要。例如，航空相片具有較高的分辨率，通常被用于進行土地利

19、用結構研究;TM和MSS衛(wèi)星遙感數據常用于區(qū)域性的景觀格局和動態(tài)研究;而NOAA-AVHRR資料雖分辨率低，但重復性好，可以用于大尺度景觀動態(tài)監(jiān)測研究。利用遙感信息，還可以在由計算機和各種應用軟件構成的實驗系統(tǒng)中進行多種時空尺度、多種專題的景觀分析，這一點僅僅通過傳統(tǒng)調查方法顯然難以達到目的。3 3- -遙感技術應用的優(yōu)勢特征分析遙感技術應用的優(yōu)勢特征分析(3)在野外景觀生態(tài)調查和采樣野外景觀生態(tài)調查和采樣方法還沒有規(guī)范化的今天，利用遙感分析來確定工作區(qū)或實驗區(qū)，輔以必要的地面調查，無疑可以為景觀分析建立更加扎實的資料基礎。此外，利用遙感資料進行景觀調查方法的優(yōu)化分析，可以建立起更加科學的景觀

20、數據采集方法景觀數據采集方法。(4)景觀生態(tài)研究所涉及的現(xiàn)象通常具有較大的空間和時間跨度較大的空間和時間跨度，要弄清這些現(xiàn)象一方面需要有足夠的景觀特征數據，另一方面還必須借助各種數量分析方法來描述景觀的空間過程和時間過程。遙感數據具有多時相、高密度和區(qū)域性特點，為空間分析方法和多種統(tǒng)計學分析方法在景觀生態(tài)研究中的應用提供了可能。(5)隨著景觀生態(tài)學理論和應用問題日趨復雜，區(qū)域性景觀生態(tài)分析對于普適性分析模型和專用分析系統(tǒng)的要求越來越迫切。這些模型和系統(tǒng)的建設、驗證和使用環(huán)節(jié)均需要大量與之相匹配的數據支持。與傳統(tǒng)生態(tài)調查相比，遙感信息無疑能夠更好地滿足上述景觀生態(tài)學方法論發(fā)展的需要，因而成為各種景觀分析模式和專用分析系統(tǒng)建設研究工作中的主要數據供給來源。4 4- -遙感技術應用的主要問題與未來的努力方向遙感技術應用的主要問題與未來的努力方向盡管在過去二十年的時間里，遙感技術以其他數據獲取方法無法比擬的優(yōu)勢成為景觀生態(tài)學理論、應用和方法論研究不斷發(fā)展的重要推動因素，但兩者之間的組合優(yōu)勢和潛力還遠遠沒有得到充分的發(fā)沒有得到充分的發(fā)揮。其原因揮。其原因一方面一方面是由于遙感技術本身還有很多缺陷，