1985-2015年美国坦帕湾流域土地开发利用强度时空变化分析

doi:10.31497/zrzyxb.20190106

自然资源学报 ›› 2019, Vol. 34 ›› Issue (1): 66-79.doi: 10.31497/zrzyxb.20190106

1985-2015年美国坦帕湾流域土地开发利用强度时空变化分析

何改丽¹(), 李加林^1,²(), 刘永超^3,⁴, 史小丽⁵, 马静武⁶, 浦瑞良⁷, 郭乾东⁷, 冯佰香¹, 黄日鹏¹

1. 宁波大学地理与空间信息技术系,宁波 315211
2. 宁波大学东海研究院,宁波 315211
3. 南京大学地理信息科学系,南京 210023
4. 南京大学中国南海研究协同创新中心, 南京 210023
5. 宁波大学学报编辑部,宁波 315211
6. 温州市海洋渔业船舶安全救助信息中心, 温州 325000
7. 南佛罗里达大学地球科学学院,佛罗里达州坦帕 33620

收稿日期:2018-08-06 修回日期:2018-11-12 出版日期:2019-01-20 发布日期:2019-01-20
作者简介:
作者简介：何改丽（1993- ）,女,甘肃定西人,硕士,主要从事海岸带环境与资源开发研究。E-mail: gary0322@163.com
基金资助:
浙江省自然科学基金项目（LY17G030011）;国家自然科学基金项目（71874091）;NSFC-浙江两化融合联合基金项目（U1609203）;浙江省社科基金项目（18NDJC095YB）

Spatio-temporal analysis of land development and utilization intensity in Tampa Bay watershed from 1985 to 2015

Gai-li HE¹(), Jia-lin LI^1,²(), Yong-chao LIU^3,⁴, Xiao-li SHI⁵, Jing-wu MA⁶, Rui-liang PU⁷, Qian-dong GUO⁷, Bai-xiang FENG¹, Ri-peng HUANG¹

1. Department of Geography & Spatial Information Techniques, Ningbo University, Ningbo 315211, Zhejiang, China;
2. East China Sea Institute of Ningbo University, Ningbo 315211, Zhejiang, China
3. Department of Geographic Information Science, Nanjing University, Nanjing 210023, China
4. Collaborative Innovation Center of South China Sea Studies, Nanjing University, Nanjing 210023, China
5. Editorial Department of Journal of Ningbo University, Ningbo 315211, Zhejiang, China
6. Wenzhou ocean and fishery vessel safety rescue information center, Wenzhou 325000, Zhejiang, China
7. School of Geosciences, University of South Florida, Tampa 33620, USA

Received:2018-08-06 Revised:2018-11-12 Online:2019-01-20 Published:2019-01-20

摘要/Abstract

摘要：

分析土地开发利用强度对提高土地开发利用效率和推动生态环境保护工作具有重要意义。选取美国佛罗里达州坦帕湾流域为研究区,以1985年、1995年、2005年、2015年4期Landsat TM/OLI遥感影像为数据源,采用GIS技术构建了基于行为者的土地动态度模型、转移矩阵、土地开发利用强度模型和土地利用结构模型,对坦帕湾流域土地开发利用强度时空格局进行了分析。结果表明：（1）研究期间建设用地和林地是流域主导土地利用类型;建设用地面积增加最多,主要由耕地转换而来,转换比例为53.74%。（2）各种土地利用类型相对变化率具有明显的空间差异,河流与湖泊相对变化最大;未利用地速度变化最为显著,单一动态度高达1.11%;建设用地年均增长较为平缓,每年增长0.30%左右;流域北部和南部综合动态度最高,形成极核中心,并以圈层形式向外辐射降低,同时高动态度区逐渐转换为较低动态度区。（3）信息熵均衡度呈小幅下降趋势,土地利用结构均质性下降;土地开发利用面积基本构成为建设用地>林地>耕地与牧场>河流与湖泊>未利用地>滩涂与沼泽。（4）坦帕湾沿岸皮拉尼斯县与坦帕市土地开发利用强度最高;流域土地开发利用强度发展期面积高于调整期,土地开发利用强度增强趋势明显。

关键词: 坦帕湾流域, 土地开发利用强度, 时空变化, 土地利用可持续

Abstract:

The analysis on the intensity of land development and utilization is of great significance to improving the efficency of land development and utilization and promoting ecological and environmental protection work. Taking the Tampa Bay watershed of Florida, USA as the study area, based on the information of four TM/OLI remote sensing images of 1985, 1995, 2005 and 2015, this paper constructs a series of models of land-use dynamics, conversion matrix, land development and utilization intensity and land-use structure with GIS technology. Then, it conducts research on spatial and temporal pattern of land development and utilization intensity in Tampa Bay watershed. The results showed that: (1) Construction land and woodland are the dominant types of land use in the watershed. The area of construction land mainly converted from cultivated land increased most, with the ratio being 53.74%. (2) The relative change rates of all types of land use have obvious spatial differences and those of rivers and lakes have the greatest. The change speed of unused land is the largest, with the highest single dynamic degree of up to 1.11%. The average annual growth rate of construction land is steady at about 0.30%. The size with the highest dynamic degree was decreasing from the northern and southern polar nuclei outward, and the areas with higher dynamic degrees were gradually converted into the lower dynamic areas. (3) Information entropy slightly decreased, the land use structure heterogeneity constantly decreased. Area of the land-use composition is listed in the order of Construction Land>Wood>Cultivated Land and Pasture>Rivers and Lakes>Tidal Flat and Marsh> Unused Land. (4) The intensity of land development and utilization is the highest in the Coastal Pinellas county and Tampa city. The area of development is much larger compared with the adjustment period, and the intensity of land development and utilization was obviously strengthened.

Key words: Tampa Bay watershed, land development and utilization intensity, spatio-temporal change, sustainable land use

何改丽, 李加林, 刘永超, 史小丽, 马静武, 浦瑞良, 郭乾东, 冯佰香, 黄日鹏. 1985-2015年美国坦帕湾流域土地开发利用强度时空变化分析[J]. 自然资源学报, 2019, 34(1): 66-79.

Gai-li HE, Jia-lin LI, Yong-chao LIU, Xiao-li SHI, Jing-wu MA, Rui-liang PU, Qian-dong GUO, Bai-xiang FENG, Ri-peng HUANG. Spatio-temporal analysis of land development and utilization intensity in Tampa Bay watershed from 1985 to 2015[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2019, 34(1): 66-79.

图/表 11

表1

表2

表3

表4

图1

表5

图2

表6

图3

表7

图4

参考文献 24

[1]	李秀彬. 全球环境变化研究的核心领域: 土地利用/土地覆被变化的国际研究动向. 地理学报, 1996, 51(6): 553-558.
	[LI X B.A review of the international researches on land use/land cover change. Acta Geographica Sinica, 1996, 51(6): 553-558.]
[2]	刘彦随, 陈百明. 中国可持续发展问题与土地利用/覆被变化研究. 地理研究, 2002, 21(3): 324-330.
	[LIU Y S, CHEN B M.The study framework of land use/cover change based on sustainable development in China. Geographical Research, 2002, 21(3): 324-330.]
[3]	ERB K, NIEDERTSCHEIDER M.Conceptual and empirical approaches to mapping and quantifying land-use intensity //FISCHER KOWALSKI M, REENBERG A, SCHAFFARTZIK A. Ester Boserup's Legacy on Sustainability. New York: Springer, 2014: 61-68.
[4]	李加林, 刘永超. 人工地貌学学科体系框架构建初探. 地理研究, 2016, 35(12): 2203-2215.
	[LI J L, LIU Y C.Framework establishment of disciplinary system of anthropogenic geomorphology. Geographical Research, 2016, 35(12): 2203-2215.]
[5]	BHANDARI B S, M. G. Analysis of livelihood security: A case study in the Kali-Khola watershed of Nepal. Journal of Environment ental Management, 2007, 85(1): 17-26.
[6]	李艳, 于澎涛, 王彦辉, 等. 柔远川小流域土地利用强度变化对径流的影响. 中国水土保持科学, 2013, 11(3): 40-46.
	[LI Y, YU P T, WANG Y H, et al.Effects of land use change on runoff in Rouyuanchuan small basin. Science of Soil and Water Conservation, 2013, 11(3): 40-46.]
[7]	史培军, 袁艺, 陈晋. 深圳市土地利用变化对流域径流的影响. 生态学报, 2001, 17(7): 1041-1049, 1217.
	[SHI P J, YUAN Y, CHEN J.The effect of land use on runoff in Shenzhen city of China. Acta Ecologica Sinica, 2001, 17(7): 1041-1049, 1217.]
[8]	谢芳, 邱国玉, 尹婧, 等. 泾河流域40年的土地利用/覆盖变化分区对比研究. 自然资源学报, 2009, 24(8): 1354-1365.
	[XIE F, QIU G Y, YIN J, et al.Comparision of land use/land cover change in three sections of the Jinghe River Basin between the 1970-2006. Journal of Natural Resources, 2009, 24(8): 1354-1365.]
[9]	张晓明, 余新晓, 武思宏, 等. 黄土丘陵沟壑区典型流域土地利用/土地覆被变化水文动态响应. 生态学报, 2007, 23(2): 414-423.
	[ZHANG X M, YU X X, WU S H, et al.Response of land use/land cover change to hydrological dynamics in typical watershed in loess gullied-hilly region of China. Acta Ecologica Sinica, 2007, 23(2): 414-423.]
[10]	王思远, 王光谦, 陈志祥. 黄河流域土地利用与土壤侵蚀的耦合关系. 自然灾害学报, 2005, 14(1): 32-37.
	[WANG S Y, WANG G Q, CHEN Z X.Relationship between land use and soil erosion in Yellow River Basin. Journal of Natural Disasters, 2005, 14(1): 32-37.]
[11]	杜清, 徐海量, 赵新风, 等. 新疆喀什噶尔河流域1990-2010年土地利用/覆被及景观格局的变化特征. 冰川冻土, 2014, 36(6): 1548-1555.
	[DU Q, XU H L, ZHAO X F, et al.Changing characteristics of land use/cover and landscape pattern from 1990 to 2010 in the Kaxgar River Basin, Xinjiang. Journal of Glaciology and Geocryology, 2014, 36(6): 1548-1555.]
[12]	李帅, 顾艳文, 陈锦平, 等. 宁夏黄河流域土地利用时空变化特征分析. 西南大学学报: 自然科学版, 2016, 38(4): 42-49.
	[LI S, GU Y W, CHEN J P, et al.Spatio-temporal dynamical changes of land use in Ningxia Yellow River valley. Journal of Southwest University: Natural Science Edition, 2016, 38(4): 42-49.]
[13]	周炳中, 包浩生, 彭补拙. 长江三角洲地区土地资源开发强度评价研究. 地理科学, 2000, 20(3): 218-223.
	[ZHOU B Z, BAO H S, PENG B Z.Evaluaion on exploitative intensity of land resources in the Yangtze River Delta region. Scientia Geographica Sinica, 2000, 20(3): 218-223.]
[14]	刘芳, 闫慧敏, 刘纪远, 等. 秦元伟. 21世纪初中国土地利用强度的空间分布格局. 地理学报, 2016, 71(7): 1130-1143.
	[LIU F, YAN H M, LIU J Y, et al.Spatial pattern of land use intensity in China in 2000. Acta Geographica Sinica, 2016, 71(7): 1130-1143.]
[15]	王秀兰, 包玉海. 土地利用动态变化研究方法探讨. 地理科学进展, 1999, 18(1): 83-89.
	[WANG X L, BAO Y H.Study on the methods of land use dynamic change research. Progress in Geography, 1999, 18(1): 83-89.]
[16]	朱会义, 李秀彬, 何书金, 等. 环渤海地区土地利用的时空变化分析. 地理学报, 2001, 56(3): 253-260.
	[ZHU H Y, LI X B, HE S J, et al.Spatio-temporal change of land use in Bohai Rim. Acta Geographica Sinica, 2001, 56(3): 253-260.]
[17]	刘纪远. 中国资源环境遥感宏观调查与动态研究. 北京: 中国科学技术出版社, 1996: 12.
	[LIU J Y.The Macro Investigation and Dynamic Research of the Resource and Environment in China. Beijing: Science and Technology Press, 1996: 12.]
[18]	庄大方, 刘纪远. 中国土地利用程度的区域分异模型研究. 自然资源学报, 1997, 12(2): 10-16.
	[ZHUANG D F, LIU J Y.Study on the model of regional differentiation of land use degree in China. Journal of Natural Resources, 1997, 12(2): 10-16.]
[19]	许艳, 濮励杰. 江苏海岸带滩涂围垦区土地利用类型变化研究: 以江苏省如东县为例. 自然资源学报, 2014, 29(4): 643-652.
	[XU Y, PU L J.The variation of land use pattern in tidal flat reclamation zones in Jiangsu coastal area: A case study of Rudong county of Jiangsu province. Journal of Natural Resources, 2014, 29(4): 643-652.]
[20]	叶梦姚, 史小丽, 李加林, 等. 快速城镇化背景下的浙江省海岸带生态系统服务价值变化. 应用海洋学学报, 2017, 36(3): 427-437.
	[YE M Y, SHI X L, LI J L, et al.Changes of ecosystem service value under the rapid urbanization in the coastal zone of Zhejiang province. Journal of Applied Oceanography, 2017, 36(3): 427-437.]
[21]	杨晓娟, 杨永春, 张理茜, 等. 基于信息熵的兰州市用地结构动态演变及其驱动力. 干旱区地理, 2008, 31(2): 291-297.
	[YANG X J, YANG Y C, ZHANG L Q, et al.Dynamic evolution and driving force of the land structure in Lanzhou city based on the information entropy. Arid Land Geography, 2008, 31(2): 291-297.]
[22]	陈彦光, 刘继生. 城市土地利用结构和形态的定量描述: 从信息熵到分数维. 地理研究, 2001, 20(2): 146-152.
	[CHEN Y G, LIU J S.An index of equilibrium of urban land-use structure and information dimension of urban form. Geographical Research, 2001, 20(2): 146-152.]
[23]	史培军, 宫鹏, 李小兵, 等. 土地利用/土地覆盖变化研究的方法与实践. 北京: 科学出版社, 2000: 99-105.
	[SHI P J, GONG P, LI X B, et al.Methods and Practice of Land Use/ Cover Change. Beijing: Science Press, 2000: 99-105.]
[24]	张丽, 杨国范, 刘吉平. 1986-2012年抚顺市土地利用动态变化及热点分析. 地理科学, 2014, 34(2): 185-191.
	ZHANG L, YANG G F, LIU J P.The dynamic changes and hot spots of land use in Fushun city from 1986 to 2012. Scientia Geographica Sinica, 2014, 34(2): 185-191.]

卫星	传感器	行列号	日期	卫星	传感器	行列号	日期
Landsat 5	TM	16-41	1985-07-03	Landsat 5	TM	16-41	2005-04-20
Landsat 5	TM	17-41	1985-07-03	Landsat 5	TM	17-41	2005-04-20
Landsat 5	TM	16-41	1995-06-02	Landsat 8	OLI	16-41	2015-02-20
Landsat 5	TM	17-41	1995-06-02	Landsat 8	OLI	17-41	2015-02-20

类型	未利用地级	林、草、水用地级		农业用地级	城镇聚落用地级
土地利用类型	海域、未利用地、滩涂与沼泽	河流和湖泊、林地		耕地及牧场	建设用地
分级指数	1	2	3	4	5

土地利用类型	时段	1985	1995	2005	2015	1985-1995	1995-2005	2005-2015	1985-2015
建设用地	面积/hm²	237857.17	245623.28	251806.85	259306.15	7766.11	6183.57	7499.30	21448.98
建设用地	贡献率/%	37.88	39.11	40.10	41.30	3.27	2.52	2.98	9.02
未利用地	面积/hm²	9218.36	8981.24	10883.24	12301.84	-237.12	1902.00	1418.60	3083.48
未利用地	贡献率/%	1.47	1.43	1.73	1.96	-2.57	21.18	13.03	33.45
耕地与牧场	面积/hm²	153185.96	149288.67	144117.69	139364.21	-3897.29	-5170.98	-4753.48	-13821.75
耕地与牧场	贡献率/%	24.39	23.77	22.95	22.19	-2.54	-3.46	-3.30	-9.02
河流与湖泊	面积/hm²	29858.13	29092.60	29760.42	29355.44	-765.53	667.82	-404.98	-502.69
河流与湖泊	贡献率/%	4.75	4.63	4.74	4.68	-2.56	2.30	-1.36	-1.68
林地	面积/hm²	186982.40	184270.52	180626.43	177211.75	-2711.88	-3644.09	-3414.68	-9770.65
林地	贡献率/%	29.77	29.34	28.77	28.22	-1.45	-1.98	-1.89	-5.23
滩涂与沼泽	面积/hm²	10895.18	10743.71	10722.87	10377.40	-151.47	-20.84	-345.47	-517.78
滩涂与沼泽	贡献率/%	1.73	1.71	1.71	1.65	-1.39	-0.19	-3.22	-4.75

时段	转移前转移后	建设用地	未利用地	耕地与牧场	河流与湖泊	林地	海域	滩涂与沼泽
1985-1995	建设用地	233494.00	488.45	1918.69	416.87	1522.70	—	16.27
	未利用地	625.20	6972.38	1.82	39.48	1579.48	—	—
	耕地与牧场	4217.22	161.01	145959.00	233.24	2605.41	0.59	—
	河流与湖泊	419.51	501.26	285.15	28169.60	482.57	—	—
	林地	6787.83	806.53	1100.24	226.56	178051.00	1.11	8.83
	海域	1.61	0.33	—	—	—	—	10.91
	滩涂与沼泽	74.96	51.28	23.32	6.81	29.49	1.61	10707.70
1995-2005	建设用地	238495.00	717.01	2542.15	853.53	3003.57	1.95	8.24
	未利用地	68.25	8469.57	25.63	244.91	89.31	7.57	—
	耕地与牧场	6427.37	293.88	140759.00	899.64	896.88	—	12.28
	河流与湖泊	2316.86	95.19	43.23	26574.80	62.00	—	0.50
	林地	4471.58	1307.59	744.33	1147.12	176572.00	0.45	17.08
	海域	4.63	—	—	—	0.27	—	0.45
	滩涂与沼泽	13.21	—	3.72	40.40	2.05	—	10684.30
2005-2015	建设用地	251087.00	54.07	163.86	475.74	26.29	—	—
	未利用地	28.62	10784.00	43.90	16.85	9.84	—	—
	耕地与牧场	3799.00	810.04	138516.00	165.73	827.26	—	—
	河流与湖泊	824.94	122.06	315.65	28466.00	31.74	—	—
	林地	3472.09	363.71	325.92	224.24	176233.00	0.27	6.10
	海域	—	—	—	—	—	—	—
	滩涂与沼泽	94.60	167.94	—	4.86	83.72	0.45	10371.30
1985-2015	建设用地	232250	635.18	1707.57	1412.61	1797.09	3.95	0.67
	未利用地	61.05	7605.71	20.11	97.42	1411.67	22.39	—
	耕地与牧场	11525.80	1204.59	136138.00	1296.67	3010.62	9.59	—
	河流与湖泊	3278.94	452.50	524.98	25016.70	515.38	39.63	—
	林地	11956.50	2204.96	878.72	1480.46	170380.00	33.59	18.21
	海域	19.12	0.33	—	—	—	—	10.91
	滩涂与沼泽	184.71	202.96	14.77	51.57	91.95	1.61	10347.60

时段	单一动态度						综合动态度
时段	建设用地	未利用地	耕地与牧场	河流与湖泊	林地	滩涂与沼泽	综合动态度
1985-1995	0.33	-0.26	-0.25	-0.26	-0.15	-0.14	0.392
1995-2005	0.25	2.12	-0.35	0.23	-0.20	-0.02	0.421
2005-2015	0.30	1.30	-0.33	-0.14	-0.19	-0.32	0.198
1985-2015	0.30	1.11	-0.30	-0.06	-0.17	-0.16	0.246

1985-2015年美国坦帕湾流域土地开发利用强度时空变化分析

Spatio-temporal analysis of land development and utilization intensity in Tampa Bay watershed from 1985 to 2015

RichHTML

PDF (PC)

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 11

参考文献 24

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0

年份	信息熵	均衡度	优势度
1985	1.3495	0.7532	0.2468
1995	1.3410	0.7484	0.2516
2005	1.3469	0.7517	0.2483
2015	1.3444	0.7503	0.2497

强度等级	1985年		1995年		2005年		2015年
强度等级	面积/hm²	比例/%	面积/hm²	比例/%	面积/hm²	比例/%	面积/hm²	比例/%
低强度	8656.00	1.38	7515.00	6.67	6898.00	1.10	7155.00	1.14
较低强度	88007.00	14.06	76614.00	13.33	86155.00	13.77	82996.00	13.26
中强度	317553.00	50.74	331053.00	20.00	313524.00	50.09	303466.00	49.49
较高强度	147816.00	23.62	145546.00	26.67	152140.00	24.31	162526.00	25.97
高强度	63787.80	10.19	65219.00	33.33	67151.00	10.73	69724.00	11.14

[1]	赵雪雁, 杜昱璇, 李花, 王伟军. 黄河中游城镇化与生态系统服务耦合关系的时空变化[J]. 自然资源学报, 2021, 36(1): 131-147.
[2]	刘晶晶, 王静, 戴建旺, 翟天林, 李泽慧. 黄河流域县域尺度生态系统服务供给和需求核算及时空变异[J]. 自然资源学报, 2021, 36(1): 148-161.
[3]	邵志江, 郑斌, 汪涛. 永定河上游主要河流地表水水质时空变化特征[J]. 自然资源学报, 2020, 35(6): 1338-1347.
[4]	湛东升, 吴倩倩, 余建辉, 张文忠, 张娟锋. 中国资源型城市房价时空变化与影响因素分析[J]. 自然资源学报, 2020, 35(12): 2888-2900.
[5]	王楠, 游庆龙, 刘菊菊. 1979-2014年中国地面风速的长期变化趋势[J]. 自然资源学报, 2019, 34(7): 1531-1542.
[6]	张彪, 李庆旭, 王爽, 谢高地. 京津风沙源区防风固沙功能的时空变化及其区域差异[J]. 自然资源学报, 2019, 34(5): 1041-1053.
[7]	李维杰, 王建力. 太行山脉不同量级降雨侵蚀力时空变化特征[J]. 自然资源学报, 2019, 34(4): 785-801.
[8]	梁鑫源, 李阳兵. 三峡库区“耕—果”转换时空变化特征及其启示——以草堂溪流域为例[J]. 自然资源学报, 2019, 34(2): 385-399.
[9]	段锦, 康慕谊, 江源. 东江流域生态系统服务价值变化研究[J]. 自然资源学报, 2012, 27(1): 90-103.
[10]	陈豫英, 陈楠, 郑广芬, 穆建华, 马筛艳, 纳丽, 邵建. 近45a宁夏气温、降水及植被指数的变化分析[J]. 自然资源学报, 2008, 23(4): 626-634.
[11]	刘华, 臧润国, 江晓珩, 张新平, 白志强, 郭仲军, 张毓涛. 天山云杉天然林分土壤呼吸速率的时空变化规律分析[J]. 自然资源学报, 2007, 22(4): 568-578.
[12]	张万诚, 万云霞, 肖子牛. 中国西南纵向岭谷区近百年降水的时空变化特征[J]. 自然资源学报, 2006, 21(5): 802-809.
[13]	陈国建. 退耕还林还草对土地利用变化影响程度研究——以延安生态建设示范区为例[J]. 自然资源学报, 2006, 21(2): 274-279,334.
[14]	李建平, 张柏, 张树清. 吉林省西部草地的时空变化及其驱动因素分析[J]. 自然资源学报, 2005, 20(6): 830-835.
[15]	王艳君, 姜彤, 许崇育. 长江流域蒸发皿蒸发量及影响因素变化趋势[J]. 自然资源学报, 2005, 20(6): 864-870.