北京城区土地利用变化研究

摘 要: 本文以北京市城八区为研究区，基于RS和GIS技术，利用1988年、1998年和2008年三期landsatTM遥感数据，研究分析北京城八区近20年的土地利用变化特征。以单一土地利用动态度、土地利用程度综合指数及土地转移矩阵作为指标，分析北京城区土地利用的动态变化情况，揭示该区的土地利用变化幅度、速度和土地利用变化的转移方向，最后结合研究区的自然环境、交通、社会及政策制度等因素对研究区土地利用变化的驱动力进行分析。

关键词：土地利用变化；单一土地利用动态度；驱动力分析；

1．引言

土地利用/覆盖变化（LUCC）能体现人类活动的过程，对它的研究有助于增强对人类活动在全球变化中作用机制的认识。土地利用/土地覆被变化(LUCC)是全球变化研究的重要领域之一[1-4]。我国正处于高速的城市化阶段，城市化的过程使得大规模的土地利用/土地覆盖变化发生。因此，城市化背景下的土地利用/覆盖变化研究，正成为众多研究者关注的问题[3-5]。北京作为我国的政治、经济和文化中心，吸引着愈来愈多的人口的涌进，对土地的需求也越来越多，势必影响城市的土地利用变化。因此，近几十年来，对北京地区的土地利用/覆盖变化也受到广泛的关注，如何春阳、夏兵、牛树奎都对北京的土地利用变化情况做出了研究分析，但是研究的时间段多是截止到2002年左右，而如今城市都市化进程进一步加快，特别是北京又历经了2008年的奥运会，其适宜的条件受到越来越多人的青睐，导致土地需求量的增加，这也势必带来土地利用的剧烈变化。

2．研究区概况及数据处理

2.1研究区概况

北京市地处华北大平原的西北部，其东南部为平原，属于华北平原的西北边缘区；西部山地，为太行山脉的东北余脉；北部、东北部山地，为燕山山脉的西段支脉。地理位置为北纬39°26′至41°03′，东经115°25′至 117°30′地处暖温带半湿润大陆性季风气候区，四季分明。截至2009年末，全市常住人口1755万人。

地处北京二环路以内的东城区、西城区、崇文区和宣武区四个区是传统上的内城区，而随着城市的扩张，朝阳区、海淀区、丰台区和石景山区也被认为是城内地区，从而形成了“城八区”的概念。

2.2数据来源与处理

本研究选用landsat TM 1988、1998和2008年的不同时相北京城八区的影像，以1998年的数据为标准图进行配准。具体操作时选取20个地面控制点，误差控制在0.5个象元之内,然后对遥感数据进行假彩色合成、几何校正、配准，得到具有统一地理坐标的基础遥感数据，这些操作都是通过PCI软件实现。对影像采用5、4、3波段组合，进行假彩色合成。然后进行人工解译，并结合实地考察，将地物分为：耕地、林地、草地、水域、建设用地包括城镇工矿及居民用地、未利用地。

3．土地利用变化的研究方法

本文采用单一土地利用动态度和土地转移矩阵等指标进行北京市城八区的土地利用/土地覆盖变化分析。

1单一土地利用动态度

土地利用动态度是土地利用变化分析中最为常用的一种方法，它可定量描述区域土地利用变化的速度，对于比较土地利用变化的区域差异和预测未来土地利用变化趋势都具有积极的作用[8-10]。单一土地利用类型动态度反映的是研究区域一定时期内某一土地利用类型的变化情况。其表达式为：

(1)

其中 为单一土地利用类型动态度；Ua ,Ub分别是研究初期和研究末期某一土地利用类型的数量； 为研究时段。若 的单位为年时，则 为研究时段内某种土地利用类型的年变化率。它可以从时间上反映出土地利用类型的变化。

3.2土地利用程度综合指数

土地利用程度综合指数的定量化表达式如下：

（2）

La为土地利用程度综合指数；Aj为第j级的土地利用程度分级指数；Cj为第j级土地利用程度面积百分比，在一定单位网格区域内，综合指数的大小反映了土地利用程度的高低[5]。

其中分级指数是采用刘纪远先生提出的土地利用程度分级标准即：未利用土地或难利用土地为一级；林地、草地、水体人工草地为二级；耕地园地为三级；城镇居民、工矿及交通用地为四级。

3.3土地利用类型转变方向的分析

利用土地转移矩阵可以清晰的反映研究初期至研究末期的土地利用类型的变化转移情况，从而明确土地利用类型转变的方向性，形如：

式中：i,j分别为研究初期和末期的n种土地利用类型（i,j=1,2,…n）;aij为研究初期土地利用类型转化为研究末期各种土地利用类型的面积，aij表示第i类土地利用类型在研究时段内没有发生变化的面积；i行元素之和为i土地利用类型在研究初期的面积；j列元素之和表示j土地利用类型在研究末期的面积。

4．结果与分析

4.1土地利用类型面积变化情况分析

在Arcgis环境下，将各种土地类型区分后，结合统计分析功能，得到如下土地利用类型的变化图：

（1）从图上可以看出，1988年到1998年林地、草地和建设用地在持续增加，其中建设用地的变化最大，土地动态变化度为2.65%，耕地面积迅速减少，水域面积也在缩减。在1998年到2008年间，城区中的林地、水域和耕地面积依然处于缩减的状态，但是建设用地扩建显著，土地利用动态度增加至3.4%。

（2）经过土地利用程度综合指数的计算分析，可知北京城区对耕地和建设用地的利用程度最高，也就是说自然和社会等诸多因素对这两种土地类型的影响最大。

（3）利用Arcgis中的Arctoolbox模块中选择分析工具下的intersect可以得到土地利用的转移矩阵。具体情况如下：

根据转移矩阵，可以很明晰的看出来土地利用的流入和流出情况，1988年到1998年的耕地流向，耕地面积减少了164.65Km2，主要转为建设用地。从1998年到2008年耕地变为建设用地的比例依然为最大。但总的变化特征是农业用地整体比例下降，建设用地扩张明显，位于山地附近的林地、草地的面积变化不大，水域面积则略有减小。4.2土地利用变化机制分析

通过以上研究分析，我们可以清晰的看到城市的范围向郊区扩展，耕地等农用地随之被占用，继而引发各种需求的增长，这符合城市土地利用变化的特点。原因主要有以下几个方面：

（1）人口因素：人口数量急剧膨胀。随着城市化进程的不断加快，人口因素是城镇土地利用变化中一个主要的社会经济因素。人类通过改变土地利用的方式来满足人类对生存环境的需求。

（2）社会经济因素：经济的迅速增长，使得人类需要对土地利用的数量、结构等进行干预。

（3）自然环境因素：林地和草地的面积变化不明显，这主要是受地形因素影响。而水域面积一直处于减小的趋势，是由于北京近年持续的干旱，年降水量减小所造成。

（4）其他因素：城市交通系统影响城市土地利用的空间分布，并吸引刺激城市土地利用开发。同时，城市交通系统发展的方向，也带动城市在空间上的扩张方向[6]。政府部门的政策也是影响之一。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。