近十年青島市紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)土地開(kāi)發(fā)利用變遷遙感分析

于衍桂，許海蓬,2，任廣波，馬毅

(1.國(guó)家海洋局第一海洋研究所，山東 青島 266061；2.山東科技大學(xué)，山東 青島 266590)

0 引言

現(xiàn)代土地開(kāi)發(fā)利用正在不斷地改變著地表的格局，影響了全球生態(tài)系統(tǒng)、物種多樣性、地球生物化學(xué)循環(huán)以及大氣成分構(gòu)成，其影響范圍包括從基因到全球的所有組織水平[1]，是全球環(huán)境變化的重要組成部分。土地開(kāi)發(fā)利用的現(xiàn)狀及其變化影響著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和環(huán)境的變化，已引起各國(guó)政府的普遍關(guān)注[2]，因?yàn)檫@種變化與人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展息息相關(guān)[3]。土地利用與土地覆蓋變化研究計(jì)劃由國(guó)際地圈-生物圈計(jì)劃于1995年提出，之后土地利用變化研究成為了目前全球變化研究的前沿和熱點(diǎn)課題[4-5]，而遙感也成為了該領(lǐng)域研究中土地利用及變化信息獲取的重要手段[6-7]。

膠州灣海岸帶是青島市環(huán)灣保護(hù)、擁灣發(fā)展的戰(zhàn)略核心區(qū)域，承載著青島市大部分的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，研究其海岸帶土地開(kāi)發(fā)利用的現(xiàn)狀及變化情況有助于了解其經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展情況，國(guó)內(nèi)學(xué)者已基于遙感技術(shù)開(kāi)展了膠州灣土地開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及變化情況研究工作[8-11]。根據(jù)青島市相關(guān)發(fā)展規(guī)劃，未來(lái)將形成青島、黃島、紅島三城聯(lián)動(dòng)的城市發(fā)展格局，目前正著力開(kāi)發(fā)與發(fā)展位于膠州灣北部的海岸帶區(qū)域，近一段時(shí)間來(lái)，該區(qū)域土地開(kāi)發(fā)利用情況十分劇烈，但還未有針對(duì)膠州灣北部海岸帶區(qū)域紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)的基于高分辨率遙感的土地開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及變化監(jiān)測(cè)的研究。

該文以青島市紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)為研究區(qū)域，結(jié)合該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，利用2003年SPOT-5影像和2013年國(guó)產(chǎn)資源三號(hào)衛(wèi)星影像，開(kāi)展青島市紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)近10年來(lái)的土地開(kāi)發(fā)利用狀況遙感監(jiān)測(cè)，并結(jié)合2期的監(jiān)測(cè)結(jié)果和土地開(kāi)發(fā)利用轉(zhuǎn)移矩陣對(duì)10年間的土地利用類型變化及原因進(jìn)行分析。

1 研究區(qū)域

研究區(qū)域位于膠州灣北部，是環(huán)膠州灣三面陸地中唯一一片還未全面進(jìn)行城市發(fā)展的海岸帶區(qū)域。該區(qū)域于2004年開(kāi)始進(jìn)行農(nóng)村城市化改造，2006年經(jīng)科技部批準(zhǔn)建立青島高新區(qū)北部園區(qū)，2007年青島市成立高新區(qū)管委，負(fù)責(zé)膠州灣北部園區(qū)的開(kāi)發(fā)建設(shè)，2012年成立紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)，范圍如圖1所示，囊括了高新區(qū)北部園區(qū)、青島出口加工區(qū)和紅島、河套街道辦，目前，經(jīng)濟(jì)區(qū)內(nèi)開(kāi)發(fā)建設(shè)活動(dòng)如火如荼，未來(lái)將成為青島北部的核心城區(qū)。

圖1 紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)范圍

2 數(shù)據(jù)和方法

2.1 數(shù)據(jù)

該文應(yīng)用了兩種高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，分別為SPOT-5遙感影像(2003年11月3日獲取)和資源三號(hào)遙感影像(2013年8月8日獲取)。資源三號(hào)(ZY-3)衛(wèi)星是我國(guó)首顆民用高分辨率光學(xué)立體測(cè)圖衛(wèi)星，集成了衛(wèi)星測(cè)繪和資源調(diào)查功能，填補(bǔ)了我國(guó)立體測(cè)圖領(lǐng)域的空白[12]，兩種衛(wèi)星影像參數(shù)如表1所示。

表1 SPOT-5和資源三號(hào)遙感數(shù)據(jù)參數(shù)

2.2 方法

研究所用的兩種類型遙感影像均根據(jù)野外實(shí)地采集的控制點(diǎn)進(jìn)行了幾何精校正，校正誤差在一個(gè)像元以內(nèi)，同時(shí)根據(jù)野外踏勘信息，建立了解譯標(biāo)志。結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際現(xiàn)狀和10年的發(fā)展情況，將研究區(qū)的土地利用類型分為港口碼頭用地、耕地、工業(yè)用地、公路用地、坑塘、林地、裸地、鹽田、養(yǎng)殖水面、住宅用地和人工河流11類，如表2所示。依據(jù)遙感影像解譯的相關(guān)知識(shí)，對(duì)兩期土地利用信息進(jìn)行提取，同時(shí)生成土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣，并進(jìn)一步對(duì)土地利用類型變遷以及類型間的轉(zhuǎn)化開(kāi)展相關(guān)分析。

表2 研究區(qū)域土地利用分類體系與特征

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用狀況分析

應(yīng)用2003年和2013年兩期遙感影像，基于建立的解譯標(biāo)志庫(kù)，通過(guò)人機(jī)交互的方式對(duì)兩期的土地利用信息進(jìn)行提取，得出土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)和土地利用狀況分布圖，如表3、圖2和圖3所示。

表3 2003年和2013年土地利用類型及其土地總面積的百分比

圖2 青島市紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)2003和2013年土地利用空間分布

圖3 青島市紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)2003和2013年土地利用面積比例

由兩期土地利用狀況分布圖可知，整個(gè)研究區(qū)，除西南部的鹽田還未開(kāi)發(fā)外，研究區(qū)域西北部(河套街道)、東南部(紅島街道)和東北部(新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū))均得到了大范圍的開(kāi)發(fā)，其中尤以東北部的新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園發(fā)生的變化最大，大面積的鹽田已被開(kāi)發(fā)為工業(yè)區(qū)，對(duì)應(yīng)的西北部河套街道和東南部的紅島街道，10年間也發(fā)生了一定程度的變化，同樣也為工業(yè)用地的大面積增加。

由兩期不同類型土地利用面積統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，2003年紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)的鹽田所占面積最大，為5349.88hm2，占總面積的47.46%，其次為耕地，面積為2965.75hm2，占總面積的26.31%，再次為住宅用地，為979.47hm2，林地和港口碼頭用地較少，分別占總面積的0.95%和0.03%。

根據(jù)2013年紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)的土地利用數(shù)據(jù)分析可知，工業(yè)用地所占的面積最大，為4531.88hm2，占總面積的40.20%，其次為鹽田，占總面積的16.86%，再次為耕地和住宅用地，分別占總面積的15.11%和10.07%，并且出現(xiàn)了一定面積的人工河流。

3.2 變遷分析

通過(guò)2003年和2013年的土地利用數(shù)據(jù)分析可知，10年間，紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)土地利用類型破碎化嚴(yán)重，鹽田和耕地面積大為減少，幅度為30.60%和11.19%，其次為坑塘、裸地和養(yǎng)殖水面；但另一方面，工業(yè)用地大面積增加，幅度為36.30%；另外面積增加的土地利用類型還有公路用地、林地、人工河流和住宅用地(表4)。

由上述數(shù)據(jù)可知，鹽田面積大幅減少，主要體現(xiàn)在東北部新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)的大面積建設(shè)，10年間共減少3449.9hm2，其中有86.65%轉(zhuǎn)為工業(yè)用地，7.93%轉(zhuǎn)為公路用地，少許的轉(zhuǎn)為坑塘、裸地和人工河流等。

紅島東北部區(qū)域2003年分布有大面積的養(yǎng)殖水面，10年間，與鹽田情況類似，減少了573.92hm2，其中有80%轉(zhuǎn)為工業(yè)用地，其余部分主要轉(zhuǎn)為裸地和人工河流。

耕地面積減少，主要是西北部河套街道和東南部紅島街道的工業(yè)用地建設(shè)，10年間共減少1362.91hm2，其中有42.09%轉(zhuǎn)為工業(yè)用地，34.85%轉(zhuǎn)為林地(防護(hù)林)，3.36%轉(zhuǎn)為公路用地。

表4 青島市紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)2003—2013年

青島紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的大幅度提高，工業(yè)的發(fā)展不僅限于原有的耕地部分，原有鹽田和養(yǎng)殖水面也成為增加土地的重要來(lái)源，這樣一來(lái)，工業(yè)用地面積在10間共增加了4141.83hm2，其中有72.17%的面積來(lái)源于鹽田，13.85%來(lái)源于耕地，8.7%來(lái)源于養(yǎng)殖水面。

工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，同時(shí)隨著城鎮(zhèn)建設(shè)，會(huì)導(dǎo)致公路的大面積增加，10年間公路面積增加了3.61%，其中80%體現(xiàn)在東北部新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，其余20%體現(xiàn)在城鎮(zhèn)的公路建設(shè)。

公路建設(shè)使得道路旁的防護(hù)林隨之增加，主要體現(xiàn)在西北部的河套街道和東南部的紅島街道，寬度可達(dá)幾米甚至上百米，10年間面積增加了5.94%。

伴隨著工業(yè)的發(fā)展，起景觀作用的人工河流也隨之出現(xiàn)，長(zhǎng)度10km有余，最寬處達(dá)200m，總面積為120.72hm2，占2013年研究區(qū)總面積的1.07%。

4 結(jié)論

該文以青島市紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)為研究區(qū)域，結(jié)合該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，利用2003年SPOT-5影像和2013年國(guó)產(chǎn)資源三號(hào)衛(wèi)星影像，開(kāi)展了青島市紅島經(jīng)濟(jì)區(qū)近10年來(lái)的土地開(kāi)發(fā)利用變遷遙感監(jiān)測(cè)分析，經(jīng)過(guò)信息提取和2時(shí)相監(jiān)測(cè)結(jié)果的土地開(kāi)發(fā)利用轉(zhuǎn)移矩陣分析，發(fā)現(xiàn)：鹽田和耕地面積大為減少，分別減少了30.60%和11.19%，另一方面工業(yè)用地的面積大為增加，總面積增加了4091.87hm2，總體上主要表現(xiàn)為鹽田和耕地向工業(yè)用地的大面積轉(zhuǎn)化；其次，伴隨著工業(yè)用地的大面積增加，公路用地的面積也在增加，附帶的林地(林蔭路)的面積也有了顯著的增加。上述結(jié)果表明，研究區(qū)域的工業(yè)化發(fā)展水平顯著上升。

該文給出了2003—2013年10年間的土地利用類型及其不同類型之間的轉(zhuǎn)化，但只用了兩期的數(shù)據(jù)，與土地開(kāi)發(fā)利用相關(guān)的GIS數(shù)據(jù)不夠充分，影響了土地利用變遷分析的深度；另外，由于遙感數(shù)據(jù)處理和信息提取會(huì)有一定的誤差，該文的結(jié)果與實(shí)際的土地利用狀況存在一定的差別。

參考文獻(xiàn)：

[1] Vitoused, P M. Beyond global warming: Ecology and Global Change [J]. Ecology，1994, 75(7): 753-769.

[2] 朱會(huì)義，李秀彬.環(huán)渤海地區(qū)土地利用的時(shí)空分析[J].地理學(xué)報(bào)，2001,56(3):253-259.

[3] 劉彥明，陳百明.中國(guó)可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題與土地利用/土地覆蓋變化研究[J].地理研究，2002,21(3):324-330.

[4] Turner II B L, R H Moss, and D L Skole. Global Flows-the Role of Land Use and Land Cover in Global Environment Change [J]. Land Degradation and Rehabilitation，1994, (5)：71-78.

[5] Lambin E F, X Baulies, N Bockstael, et al. Land use and land cover change implementation strategy IGBP REPORT 48 & IHDP REPORT 10. IGBP, Stocholm, 1999.

[6] Rogan J, Chen Dongmei. Remote sensing technology for mapping and monitoring land cover and land use change [J]. Progress in Planning，2004, 61: 301-325.

[7] 史培軍,宮鵬,李曉兵，等.土地利用/覆蓋變化研究的方法與實(shí)踐[J].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，2000：36-66.

[8] 安文超,王艷玲,汪進(jìn)生,李琳.環(huán)膠州灣區(qū)域土地利用景觀格局變化分析及主要問(wèn)題[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2012,37(11):87-91.

[9] 李振,黃海軍.膠州灣海岸帶土地利用/覆被變化研究[J].國(guó)土資源遙感，2010,(87):71-76.

[10] 于衍桂,馬毅,靳曉華,劉國(guó)霞.2003—2010年青島經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)土地利用高分辨率遙感變化監(jiān)測(cè)[J].山東國(guó)土資源，2013，28(1):42-45.

[11] 何振華.環(huán)膠州灣城市擴(kuò)展分析及發(fā)展預(yù)測(cè)模型研究[D].呼和浩特:內(nèi)蒙古師范大學(xué)，2009:13.

[12] 中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心.資源三號(hào)衛(wèi)星介紹[EB/OL].[2012-07-25].http://www.cresda.com/n16/n1130/n175290/175676.html.