基于信息熵和地形信息量的景观特征分析

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传统的景观格局研究一般是基于景观地图、土地利用矢量数据和专业的景观分析软件等来进行相应的分析讨论。DEM高程数据中隐含了丰富的地形信息,目前,基于DEM地形信息量开展景观格局的相关研究较少。因此,为深入了解DEM地形信息量与景观分布规律的关系,本文选取广西南流江流域、钦江-茅岭江流域和百色右江河谷为研究区,基于信息熵理论,构建地形信息的量化表达模型,综合运用Arc GIS和Fragstats软件,开展不同地形信息量等级下的景观指数和景观格局的变化特点研究,在此基础上,对南流江流域建立基于DEM地形信息量的景观指数回归模型,预测在相似地形地貌特征下钦江-茅岭江流域和不同地形地貌特征下的百色右江河谷的景观指数,并与预测区域的真实景观指数进行对比分析发现回归模型的适应性。同时,进一步对钦江-茅岭江流域构建DEM地形信息量与景观指数的回归模型,反向验证回归预测分析方法的正确性与适应性。研究有利于简化多地形因子影响下的景观特征分析,提高相似地形地貌特征下的多区域景观特征分析效率,可从整体上了解不同地形信息量下的景观利用状况,对提高土地利用价值,优化土地资源配置等具有重要意义。通过分析可知,景观分布与地形信息量有着密切的关系。本文主要得出以下结论:(1)景观多样性指数方面,南流江流域与钦江-茅岭江景观多样指数表现出大致相同的变化趋势,即随着地形信息量的增加,景观多样性指数整体上呈现小幅减少的趋势,构成景观的斑块类型减少,或各斑块类型在景观中所占比例差异增大,景观空间异质性增强;百色右江河谷的景观多样性指数没有明显的变化规律,总体上,在地形信息量中低值区域,景观多样性指数随着地形信息量的增加呈小幅减少趋势,但在高地形信息量区域,景观多样指数出现较大幅度的增加或减少。(2)景观均匀度指数方面,南流江流域与钦江-茅岭江景观均匀度指数表现出大致相同的变化趋势,且与景观多样性指数变化趋势相同,即随着地形信息量的增加,景观均匀度指数整体上呈现小幅减少的趋势,构成景观斑块的均匀性降低,多样性减小,景观优势度增强。百色右江河谷的均匀度指数没有明显的变化规律,其变化状态与景观多样性类似。(3)景观面积-周长分维数方面,三个研究区的面积-周长分维数均呈现相同的变化趋势,即随着地形信息量的增加,面积-周长分维数大小表现为先小幅增加后小幅减少的趋势,且在地形信息量中值区达到高值,正态分布特点明显,体现为景观斑块边界和形状的复杂性先增加再降低。(4)优势景观方面,三个研究区的优势景观均为耕地和林地,在较低地形信息量区域,优势景观主要为耕地,其余区域优势景观则为林地。(5)从景观指数的预测结果看,构建基于已知区域地形信息量与景观指数的回归模型预测待研究区的景观指数,相似地形地貌区域的预测结果比不同地形地貌区域的预测结果误差更小,精度更高,基于地形信息量与景观指数的回归建模方法可用于预测相似地形区域的景观指数。
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