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1、上海师范大学 硕士学位论文 1987-2007年上海土地利用覆被变化及主要驱动力分析 姓名：郭家秀 申请学位级别：硕士 专业：自然地理学 指导教师：胡小猛 20100401 上海帅范人学硕1 ：学位论文 摘要 论文题目： 19 8 7 2 0 0 7 年上海土地利用覆被变化及主要驱动力分析 学科专业：自然地理学 学位申请人：郭家秀 指导教师：胡小猛 摘要 土地利用覆被变化( L U C C ) 研究是全球变化研究的热点和前沿问题之一， 在全球环境变化与可持续发展研究中占有重要的地位。遥感技术因其宏观、快 速、动态、大面积等优点，已经成为监测土地利用覆被变化的主要手段。 本文以上海市为研究区域，
2、基于1 9 9 7 年和2 0 0 2 年两期遥感影像，采用最 大似然法和支持向量机分类方法提取上海市土地利用覆被变化信息。结合前人 解译的1 9 8 7 年和2 0 0 7 年土地覆被信息，运用土地利用动态度和土地利用程度 指标分析了上海市2 0 年来土地利用覆被的时空变化。在土地利用覆被变化分 析的基础上，结合上海市2 0 年间经济统计数据分析了影响土地利用覆被变化 的人口和经济驱动因素。最后，根据前人的主成分分析得到的影响上海市土地 利用覆被变化驱动力的综合得分，结合解译和推算的上海市1 9 8 7 2 0 0 7 年历年 耕地面积的比例，建立了区域社会经济生态综合指数与土地利用覆被变化
3、的 相关模型。 通过本文的研究，得到了以下主要结论： ( 1 ) 利用最大似然法和支持向量机分类方法提取了上海市1 9 9 7 年、2 0 0 2 年两期的土地利用覆被信息。本文采用比较分类的方法，综合比较两种分类方 法的精度，对于1 9 9 7 年T M 影像采用支持向量机分类法，对于2 0 0 2 年的E T M 影像，采用最大似然分类法。两者的总体分类精度分别为8 8 6 7 3 4 和8 7 3 0 0 9 ， 满足了研究的需要。 ( 2 ) 通过单一土地利用动态度、综合土地利用动态度和土地利用程度分析 了土地利用的动态变化。发现研究时段内，耕地和未利用地的面积在持续减少， 城乡建设用
4、地、林地、草地的面积在持续增加。其中，变化最快的是林地，2 0 年间，林地面积由1 9 8 7 年的2 8 9 0 6 公顷增长到2 0 0 7 年的1 1 8 4 4 3 公顷，增长了 8 9 4 3 7 公顷，增长率是3 1 0 ，年增长率是1 5 5 ；耕地面积的减少总量最大， 达1 6 7 3 4 4 公顷；城乡建设用地面积的增加总量最大，达1 2 3 7 8 8 公顷；草地面 积虽有增长，但是变化不大；水域面积经历了先增加后减少的变化，不过总体 第一章绪论 海帅范人学顾I ：学位论义 变化幅度不大。 ( 3 ) 结合2 0 年间上海市的社会经济统计数据，运用E x c e l 和s
5、P s s 的统计 回归分析功能，分析了影响上海市土地利用覆被变化的主导驱动力。人口因素 分析方面，建立了土地利用程度的人口分异模型、总人口和耕地面积相关性模 型；经济因素方面，建立了经济发展水平与耕地面积相关性模型。结果表明， 经济发展和人口增长是促成上海市土地利用覆被变化的主要原因。上海市的土 地利用覆被变化还受着其他因素的影响，比如政策因素和科技进步等因素。 ( 4 ) 结合前人的主成分分析研究得到的影响上海市土地利用覆被变化的 驱动力因子的综合得分，通过E x c e l 的回归分析功能，建立区域社会经济生态 复合系统的发展水平( ”与区域耕地面积比例( x ) 的相关模型，表现为y
6、= 一l O 9 4 8 x + 5 8 2 3 8 ( R = O 9 7 3 料，P 0 时，表示该 地区土地利用处于发展阶段；R 0 时，则处于调整期或衰退期。 根据上述公式，计算得出上海市1 9 8 7 年一1 9 9 7 年间土地利用程度变化刖0 。 的值为7 ；1 9 9 7 年2 0 0 2 年土地利用程度变化土地利用程度刖0 。的值为2 1 ；2 0 0 2 年2 0 0 7 年土地利用程度变化土地利用程度址0 。的值为6 ，1 9 8 7 年- 2 0 0 7 年土地 利用程度变化土地利用程度址乙的值为3 4 。其中1 9 9 7 - 2 0 0 2 年上海市的土地利 用程度
7、的刖0 。最大，表明在这段时间内，上海市的土地利用变化最为剧烈。 1 9 8 7 1 9 9 7 年变化率R 的值为O 0 2 ，1 9 9 7 2 0 0 2 年变化率尺的值为O 0 7 ，2 0 0 2 2 0 0 7 年变化率R 的值为O 0 2 ，1 9 8 7 2 0 0 7 年变化率R 的值为O 1 l ，刖0 。和尺数值均 大于O ，表明上海市土地利用处于发展期，且土地利用变化较大。 通过上述公式计算，上海市1 9 8 7 年、1 9 9 7 年、2 0 0 2 年和2 0 0 7 年土地利用 综合指数分别是2 7 7 、2 8 4 、3 0 5 和3 1 1 。由此可以看出土地
8、利用综合指数逐渐 增大。从土地利用程度的极限( 4 0 0 ) 来看，上海市的开发程度处于快速发展的 阶段。从各种土地利用类型的面积变化可以看出，快速的城市化所需的土地资 源多来源于耕地的转化，因此，在以后的土地开发利用过程中，应该充分合理 的利用现有的资源，保护好耕地和耕地的后备资源，有计划的进行城市开发和 建设。 4 3 上海市土地利用的空间变化分析 2 0 世纪9 0 年代实施的浦东开发战略给整个上海的经济发展注入了新的活 力，并改变了区域土地利用覆被的整体格局。对比1 9 8 7 、1 9 9 7 、2 0 0 2 、2 0 0 7 3 2 一l ：海师范人学硕I ：学位论文 第阴章十
9、地利用变化分析 年四年的土地利用覆被现状图可以发现，2 0 年来浦东新区的耕地已大部分转换 为城乡建设用地和林地，甚至临海地区的耕地也发生了大幅改变，导致上海市 耕地面积急剧减少。城乡建设用地的向东发展改变了上海城市原来用地沿黄浦 江西侧、南北延伸的格局，出现东西向的拓展。 上海市城区空间上的扩张主要发生在浦东新区、闵行区和宝山区这些市区 周边的区域，这在一定程度和上海市的经济体制改革有关。从2 0 世纪5 0 年开 始，上海城市定位转型，建设工业城市。1 9 7 8 年，上海在吴淞工业区北面兴建 宝山钢铁总厂，1 9 9 8 年成立了特大型钢铁联合企业，必然使得周围的土地类型 发生大规模的改
10、变，宝山钢铁厂的兴建，大大强化了城市向北面扩张的趋势。 1 9 8 4 年，上海市最早的3 个国家级开发区( 闵行、虹桥、漕河泾开发区) 的确 立，各种工业园区在闵行区成立，使得闵行区的用地方式发生了急剧变化。同 时使上海的城市发展方向向南拓展，南北向发展的轴线被大大加强了。1 9 9 0 年 的浦东开发，设立了陆家嘴金融贸易区、外高桥保税区、金桥出口加工区和张 江高科技园区。浦东新区的开发，大大促进了基础设施的建设和住宅的建设， 进一步加速了这些地区的城市郊区化进程【4 9 1 。浦东的开放使上海成为国内外瞩 目的焦点，大量的资金和人口向浦东集聚，极大地加剧了开发区周边郊县的城 市化进程。如
11、今浦东已经成为“上海现代化建设的缩影“ 。浦东的开发，改变了 城市发展的整体格局，东西向的轴线作为城市扩张的重点被大大强化了，特别 是浦东新区。浦东开发的同时给浦西中心城区带来了强烈的开发需求，促进了 浦西中心区的建设。 浦东开发的同时也给浦西地区以至整个上海地区带来了新的开发机遇，并 加速了浦西乃至上海全区土地利用覆被格局的变化。2 0 年里，以上海中心城区 周边的新城为发展核的城乡建设用地扩张非常明显且幅度很大，如宝山、嘉定、 松江、闵行、金山、奉贤、南汇等新城的扩张。这些都反映了上海的“卫星城“ 城市规划战略对土地利用的影响。 城乡建设用地的扩张沿交通干线的趋势也非常明显。随着上海经济的
12、腾飞， 大量的人口、资金集聚上海，对交通的需求强烈，这加剧了上海公共交通的建 设。从1 9 9 5 年上海地铁l 号线的运营开始，上海市的轨道交通发展迅速，截止 2 0 0 9 年7 月5 日，上海轨道交通线网已开通运营8 条线，运营里程达2 5 0 公里。 3 3 第四章十地利用变化分类J ：海师范人学顾I ：学位论文 轨道交通的快速发展，使得地铁沿线的用地方式发生了巨大的变化，由原来的 耕地变成了建设用地和环路绿化带，同时也带动了周围土地利用方式的改变。 上海市的公路建设发展也很迅速，特别是沿外环线和主要放射式干线的建设， 如A 4 、A 8 、A 9 、A 1 l 、A 1 2 、A 2
13、 0 及外环线两侧的城乡建设用地的扩大，极大 的改变了沿线区域的土地覆被方式。上海城乡建设用地的扩展方向充分说明： 在空间形态上，上海已逐步摆脱了单一核心的“摊大饼式”的中心城区高密度发 展状况，正逐步进入“多中心、多层次、网络化“ 的新的城镇体系发展格局。 上海林地、草地的增加，主要集中于以下几个区域：沿外环分布的环城绿 化带；沿放射状高速公路分布的生态廊道，如A 4 、A 8 、A 9 等高速路带；松江、 金山、嘉定、浦东等地的森林公园、绿地等。上海水域的小幅增加主要发生在 奉贤区，这与该区域大规模的水产养殖和水作农业方式有关；此外，分布在整 个市域内的新建社区景观湖泊建设也对水域的扩大有
14、一定贡献。耕地的减少主 要发生在市区周边区域，比如闵行区和宝山区，此外，各个郊区的中心镇的建 设也促进了耕地向建设用地的转换。 围海造田和滩涂开发是上海市土地利用变化的两个重要特征。随着上海市 经济的发展，上海城乡建设用地的面积不断增加，耕地同益减少，向滩涂要低 已经成为上海市缓解用地矛盾的一个主要途径，围海造田主要发生在市辖区、 崇明和南汇等地。 从解译出的四期的遥感影像图上可以看出，2 0 年间，城乡建设用地的增长 主要发生在宝山区、闵行区、嘉定区和浦东新区。同时，还可以发现建设用地 的条带状布局，这是由于轨道交通对城市布局的影响。由于城建建设用地多由 耕地转化而来，因此耕地的减少最多的也
15、是发生在这些区域。林地的增加主要 呈现条状带，多沿交通路线延伸，在高速公路两侧分布有大量的绿化带。除此 之外，增加量分布在一些发展起步较晚的区域，比如浦东新区，闵行区和宝山 区，相对于市区，这些区域起步较晚，随着城市化的发展，势必更加注重城市 的人居环境和城市的绿化程度；而发展较早的市区，由于各项布局已比较成熟， 建筑比较密集。在城市的早期发展中，较少注重绿化的重要性。草地和水域的 变化幅度不大，基本上保持稳定。研究初期，滩涂主要分布在崇明岛东滩、南 汇边缘沿海。至2 0 0 7 年，滩涂面积大幅度减少，一方面由于现代科学技术的进 I ：海师范人学硕l ：学位论文 第叫章十地利用变化分析 步，
16、使得围海造田在技术上可行；另外一个方面，上海市的土地资源紧缺，向 滩涂要地已成为缓解用地矛盾的一个重要途径。 3 5 第五章土地利用变化分类海师 ! I ：c 人学硕I ：学位论文 第五章：土地利用变化主导驱动力分析 5 1 人口驱动力的定性分析 土地利用覆被变化受三个层次的因子控制，即自然环境因子、社会经济因 子和土地利用管理方式。后两者属于土地利用的人文驱动范畴。自然因素主要 包括气候、土壤、地形，主要影响土地资源的生产力和土地利用强度【5 0 1 。人文 因素主要包括人口、人均收入、经济政策、市场【5 l 】。K a s p e r S o n 通过典型案例 的研究，认为人文驱动因素主要有：人口、技术水平、富裕程度、政治经济结 构、信任与态度【5 2 1 。E 1 1 r l i c h 指出人类驱动力主要包括人口、富裕程度和技术【5 3 1 。 由于涉及的影响因子比较多，如果全部参与土地类型分析，可能会影响分析效 果，难以反映主导影响因子。因此，本文主要选取了人口因素和经济因素两个 因子重点分析
