基于复杂网络分析方法的长时间序列邯郸市生态安全格局构建
邯郸市地处河北省南部，晋冀鲁豫四省交界，《京津冀协同发展规划纲要》及《中原经济区规划》均将其定位为“区域性中心城市”。重大的区域发展战略转向，必然会导致产业格局及土地利用的巨大改变，引起人类社会与自然生态系统之间的矛盾加剧，进而威胁区域生态安全和社会的可持续发展。基于此，本文选取邯郸市为研究区，以长时间序列遥感影像为主要数据源，采用格局演变分析、景观形态学分析、生态网络、复杂网络分析等研究方法，对邯郸市景观格局演变特征进行了研究。提取了长时间序列生态网络，并基于网络空间与拓扑结构特征识别了区域景观中关键的点、线、面，构建了区域生态安全格局，研究结果可为邯郸市生态安全格局优化、城市建设发展规划、国土空间开发保护提供参考。主要结论如下： （1）耕地、草地和建设用地是邯郸市主要的生态系统类型，三种土地利用类型的面积总和约占研究区总面积的90％，其中耕地主要分布于邯郸市东部的魏县、大名、广平、成安等平原地区，草地和林地主要分布于西部太行山区的涉县、武安、磁县等地域，建设用地则主要分布于邯郸市主城区及各县城及建制镇，呈辐射状分布；1997-2020年20多年间，耕地呈持续减少状态，特别是2004-2010年6年间，由8554.28km2减少为7917.91km2，年面积变化率为-1.24%，与耕地相反，建设用地面积呈持续增长特征，其面积由1997年的983.43km2,增加为2020年的2104.38km2，其年变化率为4.96%；林地面积的变化则主要发生在1997-2004年间，其面积由1457.79km2减少为254.14km2，年变化率为-11.80%，其他地类面积较少，变化相对较小。 （2）对邯郸市各年份土地利用数据进行形态学空间格局分析，结果显示7种景观组分按照核心区、空隙、边缘、支线、环岛、孤岛、连接区的顺序依次减少。各年份数据中，核心区面积约占研究区总面积的15%，主要分布在西侧太行山麓，向东迅速减少。选取各年份面积大于1km2且斑块重要性指数大于0.1的核心区斑块作为生态源地，得到1997、2004、2010、2015、2020年生态源地数量分别为35、56、54、56、54个，面积分别为1853.06km2、1606.1222、1614.47km2、1621.76km2、1606.12km2，主要集中于研究区西部。选取土地利用类型、高程、坡度、植被覆盖度、夜间灯光指数为阻力因子，经空间叠加得到研究区生态阻力面。结果显示，几十年来邯郸市生态阻力值大致呈现出东部高西部低、城市中心高外围低的趋势。各年份中，阻力最高值出现在1997年，为813，其后各年份阻力最高值呈下降趋势，但阻力较高值所占的区域不断向外扩展，至2015和2020年达到最大范围。基于电路理论模型，借助LinkageMapperArc10.3tbx工具箱中的LinkagePathwaysTool工具识别研究区生态廊道。结果显示，1997、2004、2010、2015和2020年分别有生态廊道22、94、99、104和93条。各年份中，生态廊道主要集中于研究区西部，中部及东部廊道极为稀疏。采用PinchpointMapper工具、Pairwise模式识别研究区夹点区域，并根据研究区电流密度进行夹点分级，得到各年份生态夹点分别为33、61、68、58、43个。各年份生态夹点主要位于涉县和武安市，其次为磁县和峰峰矿区，其他区县分布较少。 （3）利用度及度分布、平均路径长度、聚类系数、PageRank等复杂网络拓扑结构指标分析研究区各年份生态网络的拓扑特征。结果显示，网络各年份平均度分别为2.79、3.48、3.81、3.93和4.43，呈明显上升趋势；平均路径长度分别为5.15、4.30、3.81、3.71和3.65，呈明显下降趋势，网络度分布呈泊松分布；平均聚类系数分别为0.40、0.48、0.47、0.40、0.64，呈先降低后升高趋势；网络PageRank最大值分别为0.69、0.05、0.04、0.04、0.04，呈现先下降后稳定趋势；研究区各年份生态网络均为随机网络。网络各指标的变化表明，研究区生态网络属于随机小世界网络，几十年间研究区生态网络连接性逐渐加强，异质性逐渐降低，网络的稳定性较好。利用拓扑指标分析结果和社区挖掘算法、泰森多边形、重力模型等方法，进行了研究区关键生态节点提取、生态节点分区与廊道等级划分，最终形成了区域生态安全格局，结果显示研究区共有一级生态夹点16个，二级节点16个，一级廊道多少19处，生态节点分区中，一级、二级、三级分区中包含了大部分高等级夹点和廊道，在区域安全格局中具有重要作用，四、五级分区中关键组分占比较低，是未来生态环境提升的关键区域。
生态网络;电路理论模型;复杂网路分析;生态廊道
河北工程大学
硕士
资源信息工程
宋宏利;杨海成
2022
中文
X321
2023-08-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）