Análisis de cambios dinámicos en el entorno ecológico de la ciudad de Jinjiang basado en tecnología integrada "3S"

(Escuela de Geografía, Universidad Normal de Fujian, Fuzhou, 350007)

Basado en datos de imágenes de teledetección de la ciudad de Jinjiang en dos períodos (1988 y 2001) , combinado con datos estadísticos relevantes y el conocimiento y la experiencia existentes en geociencias, establecerá señales de interpretación y establecerá el sistema de clasificación del entorno ecológico de la ciudad de Jinjiang. A través de la interpretación de las imágenes de los dos períodos y el análisis del estado actual del uso del suelo de la ciudad de Jinjiang, se obtuvieron mapas de tipo de entorno ecológico de dos períodos diferentes. A partir del análisis de la cantidad, las características de distribución y las reglas de cambio dinámico del entorno ecológico, se construyó un modelo de análisis espacio-temporal para medir los cambios del entorno ecológico. Los resultados muestran que las áreas residenciales urbanas y rurales en la ciudad de Jinjiang cambiaron significativamente y aumentaron muy rápidamente durante el período de monitoreo, mientras que los tipos de ambiente ecológico de tierras secas disminuyeron drásticamente durante el período de monitoreo.

Palabras clave: entorno ecológico; cambio dinámico; modelo de análisis espacial; tecnología de integración "3S"

Cualquier entorno ecológico natural tiene un proceso de evolución continua que se realiza gradualmente. cambios continuos de los componentes que componen el entorno ecológico. La creciente influencia humana ha dado lugar a diferentes tipos de entornos ecológicos a muchas escalas diferentes. Los cambios en el entorno ecológico pueden afectar muchos fenómenos ecológicos, como la migración de animales, el flujo de aguas superficiales y la erosión, la diversidad de especies y la extensión o los efectos marginales de las perturbaciones [1]. Por tanto, es de gran importancia estudiar los cambios dinámicos del entorno ecológico.

1 Descripción general del área de estudio

La ciudad de Jinjiang está ubicada en la costa sureste de la provincia de Fujian, a 24° 30′23″~ 24° 54′26″ de latitud norte y 118 ° 24′16 ″ ~ 118 latitud norte ° 41′65438 La ciudad de Jinjiang está rodeada de montañas y mares. Sus accidentes geográficos son principalmente llanuras y terrazas montañosas, con una superficie total de 656,63 km2. aproximadamente 65 438+0 026 5438+0 000. La economía social de Jinjiang se ha desarrollado rápidamente. En 2002, su PIB alcanzó los 328,16 mil millones de yuanes y su PIB per cápita alcanzó los 31,876 yuanes, que fueron 23,97 veces y 20,79 veces, respectivamente. Ha acelerado el proceso de urbanización de Jinjiang. Los cambios en su entorno ecológico interno son típicos. La aplicación de la tecnología "3S" para monitorear dinámicamente el entorno ecológico de Jinjiang puede comprender los cambios en el entorno ecológico causados ​​por el desarrollo económico y la urbanización de las pequeñas ciudades de mi país.

2 Datos y métodos

Utilice la tecnología GPS para localizar rápidamente datos espaciales y utilice la tecnología RS para proporcionar fotografías aéreas, fotografías satelitales y otros datos de imágenes para la detección remota aeroespacial y de aviación. ubique y cuantifique parcelas de tierra con alta precisión e interprete intuitivamente las características de los objetos terrestres y la información del estado de los recursos. Luego use la tecnología de base de datos espacial SIG para resumir la información de características obtenida por GPS, RS y otra información complementaria en datos con varios atributos (como por ejemplo). gráficos, imágenes, datos estadísticos y datos topológicos de correlación espacial de entidades reflectantes, etc.)

2.1 Fuente y procesamiento de datos

Uso de los datos Landsat TM de la ciudad de Jinjiang en dos fases (1988 y 2001) como datos básicos para obtener información del entorno ecológico. La resolución es de 30 m × 30 m. Al mismo tiempo, se recopiló una gran cantidad de gráficos y datos estadísticos relevantes y se estableció una base de datos de antecedentes del área de estudio. se utilizó para realizar corrección geométrica, síntesis multibanda y mosaico, y se realizó mejora de la imagen para mejorar la precisión.

2.2 Sistema de clasificación del entorno ecológico y señales de interpretación de imágenes.

Según el. características del entorno ecológico de la ciudad de Jinjiang y las diferencias en el terreno, el suelo, la vegetación y el uso de la tierra, el entorno ecológico del área Los tipos se dividen en dos categorías (Tabla 1) según las características espectrales de los objetos terrestres generales en las imágenes TM, combinadas con mapas de tipos de uso de la tierra correspondientes, características y patrones de crecimiento biológico local, así como el conocimiento y la experiencia existentes y la comparación de objetos terrestres similares en imágenes. Análisis, encuentre las características de la imagen con las diferencias entre categorías y la consistencia dentro de las categorías más significativas, y establecer señales de interpretación directa e indirecta para cada categoría [2]. Para la ciudad de Jinjiang, la superficie principal cubierta son cuerpos de agua, vegetación verde, áreas residenciales y arrozales, tierras secas, tierras arenosas, etc.

, reflejado en las imágenes digitales de teledetección en color verdadero sintetizadas en las bandas TM5, 4 y 3: la masa de agua es azul como escamas o casi negra, la vegetación verde, incluidos bosques, pastizales y cultivos con una gran densidad de dosel, es; en forma de escamas o en forma de escamas, la diferencia en la exposición de parte de la biomasa y el fondo del suelo subyacente, se manifiesta como cambios en la profundidad del tono; las áreas residenciales son parcheadas de color púrpura rojizo, los campos de arroz están moteados o moteados. tonos violáceos rojizos o azules; la arena es blanca.

Tabla 1 Sistema de clasificación del entorno ecológico de Jinjiang

2.3 Extracción de información del entorno ecológico

Utilice el software Arcview GIS para interpretar las dos fases de las imágenes, según el diferente terreno. Los tipos de suelo, vegetación y uso de la tierra determinan la unidad más pequeña y dividen los diferentes tipos de entorno ecológico. Se utilizó ArcGIS para superponer los tipos de entorno ecológico en 1988 y 2001 para obtener capas de cambios de entorno ecológico en los dos períodos. Luego, lleve a cabo estadísticas de área, extracción de información de datos y establecimiento de bases de datos de varios tipos de entornos ecológicos.

3 Análisis de cambios dinámicos en el entorno ecológico

3.1 Modelización espaciotemporal de la evolución del entorno ecológico

Considerando que el sistema de clasificación del entorno ecológico se basa en diversos elementos naturales , El modelo de evolución espaciotemporal del entorno ecológico enfatiza sus cambios tridimensionales en el tiempo y el espacio, por lo que los cambios dinámicos del entorno ecológico se dividen en la parte sin cambios, la parte transferida y la nueva parte cambiada en el modelo [3]. Los cambios en el patrón espacial del ambiente ecológico tipo I desde t1 (S (i, t1)) al inicio del estudio hasta t2 (S (i, t2)) se pueden dividir en: ① Parte invariante (USi), es decir, al principio y al final del estudio El entorno ecológico y la ubicación espacial son consistentes (2) transfiera la parte modificada (CSI = S (I, T1) -USI), el entorno ecológico tipo I se transformará en otro; tipos de entorno ecológico no tipo I; (3) agregar una nueva parte de cambio (NSI = S (I, T2) -USI), otros tipos de entorno ecológico no I se convertirán en tipos de entorno ecológico I.

Para describir y medir con mayor precisión el proceso espacial y la intensidad de los cambios dinámicos en el entorno ecológico, se estableció un modelo de análisis espacial de cambios dinámicos en el entorno ecológico en condiciones ideales:

TRSi=CSi/USi /(t2 -t1)

IRSi=NSi/USi/(t2 -t1)

CCSi =(CSi+NSi)/USi/(T2 -t 1)= TRSi+ IRSi

En la fórmula, TRSi es la tasa de transferencia del tipo de ambiente ecológico Clase I desde el período de monitoreo t1 al t2; IRSi es su nueva tasa de cambio; CCSi es su tasa de cambio total; n es el entorno ecológico de la región. El número de categorías de tipos, i∈(1,n).

3.2 Cambios dinámicos en el entorno ecológico de la ciudad de Jinjiang

Las figuras 1 y 2 muestran la distribución de los tipos de entorno ecológico en la ciudad de Jinjiang en 1988 y 2001. A través del análisis superpuesto de los dos, se puede concluir que el área del entorno ecológico no modificado de la ciudad de Jinjiang es 38163.438+0hm2, lo que representa el 41% de la superficie terrestre total de la ciudad de Jinjiang. El área transferida es de 27499,5 hm2; el área recién agregada es de 27499,5 hm2. Las dos áreas son equivalentes y representan el 29,5% de la superficie terrestre total de la ciudad de Jinjiang, respectivamente. La Tabla 2 es el resultado del cálculo del grado de cambio del ambiente ecológico en todo el rango geográfico de la ciudad de Jinjiang de 1988 a 2001 basado en el modelo de análisis de cambio espacial del ambiente ecológico. Se puede observar que la plataforma tiene la tasa de cambio del entorno ecológico más alta y la mayor área de transferencia y participación, 5046,0 hm2 y 87,9% respectivamente. La tasa de cambio más pequeña es el entorno ecológico del agua, y su área de transferencia y participación también son las más pequeñas, 104,2 hm2 y 9,1% respectivamente. Por el contrario, el área recién agregada de entorno ecológico construido artificialmente es la más grande, con 6876,7 hm2.

Como puede verse en la Tabla 2, los cambios del entorno ecológico en las tierras secas de la plataforma son particularmente prominentes. Durante este período de monitoreo, el área de transferencia de este tipo representó casi la mitad del área de transferencia total de todos los tipos de entornos ecológicos en la región. Su velocidad de transferencia fue significativamente más rápida que la de otros tipos y su tasa de transferencia fue 2,5 veces. la nueva tarifa. El tipo de entorno ecológico de tierras secas de plataforma es la principal fuente de nuevas incorporaciones a otros tipos de entornos ecológicos. En el entorno ecológico construido artificial, el aumento de la superficie del entorno ecológico residencial urbano representa el 68% del aumento total del área de este tipo. Si se suma el aumento de la superficie del entorno ecológico residencial rural, representa el 99,6. % del total de superficie aumentada de este tipo. Por lo tanto, durante este período de seguimiento, casi todas las áreas de transferencia de tipos ecológicos se convirtieron en nuevas áreas de este tipo de entorno ecológico.

Figura 1 Mapa de tipos de entorno ecológico de la ciudad de Jinjiang en 1988

Figura 2 Mapa de tipos de entorno ecológico de la ciudad de Jinjiang en 2001

Tabla 2 Tasa de cambio dinámico del entorno ecológico de la ciudad de Jinjiang (1988 ~ 2001)

3.3 Cambios espaciales en los tipos de entorno ecológico en la ciudad de Jinjiang

A través del análisis de la zona de amortiguamiento de Arcview, se encontró que la expansión urbana de Jinjiang exhibe las características de la radiación y difusión a lo largo de la ciudad antigua original, los pequeños pueblos y aldeas son arrastrados por el proceso de urbanización de las grandes ciudades y aldeas, y tienen tendencia a ser anexados por ellos. Por lo tanto, en las Figuras 1 y 2, algunos entornos ecológicos urbanos y tipos de entornos ecológicos rurales anormalmente desarrollados, como Longhu Town, Yinglin Town, Jinjing Town, etc., presentan una forma larga y estrecha, y los asentamientos rurales circundantes también tienen formas similares. cambia de forma, y ​​la dirección de expansión de este cambio tiende a ser la ubicación de ciudades importantes o áreas más desarrolladas socioeconómicamente, como la extensión de la ciudad de Dongshi a la ciudad de Anhai. Esta expansión ocupa principalmente tierras agrícolas, siendo el área ambiental ecológica neta de las tierras secas de la plataforma la que más disminuye. De 1988 a 2001, el entorno ecológico de tierras secas de la plataforma ** disminuyó en 8816,4 hm2 y cambió en 12556,5 hm2. El principal destino de la cesión es el entorno ecológico artificial construido, con 7.446,6hm2 traspasados, que suponen el 59,3% de la parte traspasada, de los cuales 746,6hm2 se cedieron a suelo edificable. A través del análisis de esta matriz de cambio de área, se puede concluir que la fuente principal de la nueva incorporación es el entorno ecológico de las tierras forestales en la plataforma. La nueva área es de 3740,1 hm2 y la nueva tasa de crecimiento es solo del 1%. El área de la parte transferida es mucho mayor que el área de la parte recién agregada. Además, la ubicación del entorno ecológico y la calidad del terreno seco de la plataforma recién agregada obviamente no son tan buenas como las de la parte transferida. Sin embargo, debido a la gran superficie original del entorno ecológico de las tierras secas, su tasa de transferencia y tasa de cambio son pequeñas, 3% y 4% respectivamente (Figura 3).

Figura 3 Cambios dinámicos en los tipos de entorno ecológico en la ciudad de Jinjiang (1998 ~ 2001)

4 Simulación del proceso de Markov y predicción de cambios en el entorno ecológico

4.1 Determinación de Mark de la probabilidad de transición del proceso de Markov

El proceso de Markov es un proceso de movimiento aleatorio especial, es decir, cada transición de estado solo está relacionada con el estado del momento anterior y no tiene nada que ver con el estado pasado , o Se dice que es un proceso de transferencia de Estado sin secuelas [4]. Los cambios en el entorno ecológico se dividen en una serie de estados evolutivos discretos. La tasa de transformación de un estado a otro, es decir, la probabilidad de transición, se puede obtener a partir de la tasa de transformación media anual de un determinado tipo de entorno ecológico desde 1988. a 2001. Su expresión matemática es:

p 11 p 12 p 13……p 1n

P21 P22 P23 …… P2n

… … … … …

Pn1 Pn2 Pn3…Pnn

En la fórmula anterior, n es el número de tipos de ambiente ecológico en el área de estudio, y Pij es la probabilidad de que el tipo I se transforme en el tipo J de principio a fin. . Y cumplir con las dos condiciones siguientes:

Innovación en tecnología de la información terrestre y desarrollo de ciencia y tecnología terrestres: Actas de la Conferencia Académica Anual de 2006 de la Sociedad China de Ciencias Terrestres.

4.2 Tendencia del patrón ambiental ecológico de la ciudad de Jinjiang

La probabilidad de transición está determinada por el período de tiempo de 1988 a 2001 (Tabla 3). Con base en el porcentaje de área de cada tipo de ambiente ecológico en 2001, se obtuvo la probabilidad del estado inicial y se realizaron cálculos del proceso de Markov con la ayuda de Matlab y Excel. Cada 13 años es un paso. Cuando n = 1, el año previsto es 2014. Cuando n = 2, el año previsto es 2027, y así sucesivamente. Los resultados de la predicción se muestran en la Tabla 4.

Los resultados de la predicción muestran que la tendencia de cambio del entorno ecológico de la ciudad de Jinjiang en los próximos 26 años es que el área de arrozales, tierras secas y otros tipos de entornos ecológicos disminuirán gradualmente, y la tierra seca El entorno ecológico disminuirá significativamente. El entorno ecológico de las zonas residenciales rurales disminuye gradualmente después de aumentar hasta cierto nivel, mientras que el entorno ecológico de las zonas residenciales urbanas aumenta gradualmente y otros tipos de entornos ecológicos disminuyen gradualmente, pero a una velocidad bastante lenta; Este cambio durará mucho tiempo hasta alcanzar un estado relativamente estable, lo que indica que el entorno ecológico construido artificialmente se está anexando gradualmente a otros tipos de entorno ecológico, formando eventualmente un nuevo patrón de entorno ecológico de integración económica urbana y rural.

Tabla 3 Matriz de probabilidad de transición de cambios en el tipo de ambiente ecológico en la ciudad de Jinjiang (1988 ~ 2001) Unidad: %

Tabla 4 Valor de predicción del proceso de Markov de cambios en el ambiente ecológico en la unidad de la ciudad de Jinjiang: hm2

5 Conclusiones

(1) Los tipos de entorno ecológico de la ciudad de Jinjiang, como bosques, jardines, áreas residenciales urbanas y áreas residenciales rurales, son todos tipos de expansión y su tasa de crecimiento es generalmente más rápida. que la transferencia en el mismo período, el área total está aumentando. Entre ellos, el ambiente ecológico de las áreas residenciales urbanas y las áreas residenciales rurales aumentó rápidamente durante el período de monitoreo, mientras que los tipos de ambiente ecológico como arrozales, tierras secas y bosques disminuyeron, y el área total estaba disminuyendo. Entre ellos, el seco. Los tipos de entorno ecológico terrestre disminuyeron drásticamente durante el período de seguimiento.

(2) De acuerdo con las características cambiantes del entorno ecológico de la ciudad de Jinjiang, el entorno ecológico de la ciudad de Jinjiang se divide en la Zona de Desarrollo Noreste, la Zona de Desarrollo Suroeste y la Nueva Zona de Desarrollo Central. Las zonas de desarrollo noreste y suroeste tienen los cambios más dinámicos en el entorno ecológico y la expansión más rápida de los terrenos de construcción. Los cambios en el entorno ecológico se irradian principalmente hacia la periferia a ambos lados de las principales arterias de tráfico (a lo largo del río y a lo largo de la carretera), especialmente la autopista Quan'an (de Quanzhou a Anhai, Jinjiang), la avenida Century (de Qingyang a Luoshan) y otras principales arterias de tráfico, en forma de mancuerna, que integran la ciudad de Jinjiang y la ciudad de Anhai. La nueva área en el centro de China está dominada por tierras agrícolas, y las tierras cultivadas están relativamente bien protegidas. Los cambios en el uso de la tierra son drásticos y la capacidad espacial unitaria está lejos de ser utilizada en su totalidad [5]. Su característica destacada es que está dominado por mutaciones en una única unidad de entorno ecológico y luego irradia a los alrededores con la unidad de mutación como centro.

(3) Según los resultados de la predicción del proceso de Markov, el patrón ambiental ecológico de la ciudad de Jinjiang está en un estado de cambio. El entorno ecológico de la tierra seca y los arrozales está disminuyendo gradualmente. Los edificios artificiales, especialmente los de los residentes urbanos, están en un estado de cambio y el entorno ecológico está aumentando gradualmente. Este cambio durará mucho tiempo, pero eventualmente alcanzará un estado relativamente estable. formar un nuevo patrón ambiental ecológico de integración económica urbana y rural.

Referencias

[1] Chen, Lu,. Introducción a los Sistemas de Información Geográfica. Prensa científica de Beijing 2000.

[2]Fan Yuejiao. Investigación sobre cambios en el uso de la tierra en el área del embalse de las Tres Gargantas basada en sensores remotos y tecnología integrada SIG. Ciencia Geográfica, 2002, 22 (5): 599 ~ 603

[3] Liu·, He·. Análisis espacial y modelo computacional de cambios dinámicos de uso del suelo. Revista de Recursos Naturales, 2002, 17 (5): 533 ~ 540

[4]Xu Jianhua. Métodos matemáticos en la geografía moderna. Beijing: Higher Education Press, 1996

[5] Zhang Xinchang, Zhao Lingling, Yuan Shaowan. Investigación sobre el cambio de uso del suelo urbano apoyado en un sistema de información geográfica. Ciencia de recursos, 2002, 24 (5): 70 ~ 74.