基于地形梯度的阜平縣景觀格局演變與熱環(huán)境效應(yīng)分析

黨怡雯， 劉景剛， 張家琛， 陳亞恒

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國土資源學(xué)院，河北 保定 071000； 2.天津市濱海新區(qū)土地發(fā)展中心，天津 300457)

土地是人類生存、生產(chǎn)、建設(shè)不可或缺的要素和載體，在全球氣候與環(huán)境變化的研究領(lǐng)域中，土地利用/土地覆蓋變化 (LUCC) 是其中的重點(diǎn)內(nèi)容。它直接反映人類活動(dòng)作用于地球陸地表面生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的結(jié)果，是人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)行為與自然生態(tài)過程交互和鏈接的紐帶[1-2]。2005年全球土地計(jì)劃(Global land Project，GLP)將土地利用/土地覆蓋動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與模擬列為核心內(nèi)容之一[3]。地形作為重要的地理環(huán)境要素，對(duì)區(qū)域內(nèi)光照、降水等氣候資源以及養(yǎng)分等土壤資源的再分配起著主導(dǎo)作用，直接影響著生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流動(dòng)和能量循環(huán)，制約著土地利用的方式和程度，進(jìn)而影響區(qū)域土地利用的空間格局[4-5]，也因此成為了山區(qū)貧困化的主要自然因素之一[6]。

近年來，探究不同地形梯度下土地利用方式、土地景觀格局的轉(zhuǎn)變已經(jīng)趨于成熟。學(xué)者們將目光聚焦于不同研究視角：城市、山區(qū)、流域、森林等[6-11]以及不同研究尺度：省、市、縣層面[7,12-13]。在此基礎(chǔ)上，也有眾多學(xué)者運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)原理，以空間粒度為切入點(diǎn)，對(duì)景觀格局進(jìn)行深入探究[14-15]。研究結(jié)果表明景觀格局的演變與熱環(huán)境效應(yīng)也有密不可分的聯(lián)系[16-18]。但目前鮮有人針對(duì)地形因素，將景觀格局的演變與熱環(huán)境效應(yīng)結(jié)合起來進(jìn)行系統(tǒng)分析。

河北省阜平縣地形起伏較大，地形梯度明顯，地勢(shì)由東南向西北逐漸升高，自然生物分布也呈現(xiàn)一定的垂直地帶性。區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境較為脆弱，水土流失嚴(yán)重，裸地面積廣。縣內(nèi)景觀類型多樣，其熱量資源的分布也受到地形、地勢(shì)的影響，深刻影響著土地利用的方式和格局。為了加快推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實(shí)施，需要利用好阜平縣的地形特色優(yōu)勢(shì)，掌握資源脈絡(luò)，因地制宜進(jìn)行生產(chǎn)、旅游建設(shè)。本研究以河北省阜平縣為研究區(qū)，探究阜平縣景觀格局和熱環(huán)境效應(yīng)的地形梯度時(shí)空變化特征以及二者的相關(guān)性，揭示地形因子對(duì)景觀格局和熱環(huán)境效應(yīng)的影響，為該區(qū)域推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略、生態(tài)文明建設(shè)，景觀格局的優(yōu)化以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、旅游業(yè)的發(fā)展提供一定的理論依據(jù)。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

阜平縣位于河北省中西部，保定地區(qū)西部，地處太行山中北部東麓，屬暖溫帶半干旱和半濕潤地帶。下轄4鎮(zhèn)9鄉(xiāng)，209個(gè)行政村，1 208個(gè)自然村，處于東經(jīng)113°45′～114°32′、北緯38°39′～39°08′，總面積達(dá)2 494 km2。全境地形復(fù)雜多樣，山巒起伏，由于海拔高度的差異熱量資源呈現(xiàn)階梯狀分布，西部深山區(qū)氣候寒冷，溫度較低，東部淺山區(qū)溫度較高。境內(nèi)流域面積200 km2以上的中小河流6條，大都是季節(jié)性河流。年平均氣溫12.7 ℃，無霜期約191 d，地區(qū)年降水量為440～650 mm。境內(nèi)景觀類型多樣，礦產(chǎn)資源豐富，動(dòng)植物資源有800余種。

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理

本研究所用數(shù)據(jù)均來源于地理空間數(shù)據(jù)云，包含分辨率為30 m的DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)和Landsat TM和Landsat OLI_TIRS的2009年7月2日、2014年7月25日、2019年7月23日3期遙感影像數(shù)據(jù)，成像時(shí)間均為7月，云量均低10%，成像質(zhì)量較好，且無極端異常天氣。通過監(jiān)督分類與人機(jī)交互式解譯生成，同時(shí)，進(jìn)行野外實(shí)地考察驗(yàn)證進(jìn)行修正，將土地利用類型劃分為耕地、園地、林地、草地、建設(shè)用地、水體、其他土地，共計(jì)7類。

1.3 地形位指數(shù)和分布指數(shù)

單一分析地形因子不足以科學(xué)體現(xiàn)地形因素對(duì)土地利用方式和景觀格局的影響程度。因此，引入地形位指數(shù)，綜合高程與坡度雙因子對(duì)地形特征進(jìn)行綜合描述，其計(jì)算公式如下[19]：

T=ln[(E/E0+1)×(S/S0+1)]

(公式1)

式中，T為地形位指數(shù)，E、S分別表示研究區(qū)內(nèi)任意點(diǎn)的高程值和坡度值，E0、S0分別表示計(jì)算單元內(nèi)的平均高程和平均坡度。高程越高、坡度越大的區(qū)域地形位指數(shù)越大，反之則越小。

采用分布指數(shù)來描述研究區(qū)各景觀類型在地形梯度上的空間分布情況，確定優(yōu)勢(shì)分布區(qū)間，其計(jì)算公式如下[20]：

P=(Sie/Si)/(Se/S)

(公式2)

式中，P為分布指數(shù)，Sie表示在e級(jí)地形內(nèi)第i種景觀類型的分布面積，Si表示第i種景觀類型總面積，Se表示研究區(qū)內(nèi)e地形區(qū)間的總面積，S表示研究區(qū)總面積。當(dāng)P>1時(shí)，表示該類型景觀在e級(jí)地形上呈優(yōu)勢(shì)分布，P值越大，表示分布優(yōu)勢(shì)越明顯[21]。

1.4 土地利用圖譜分析法

土地利用圖譜法是揭示土地利用時(shí)空變化過程的重要方法[19,22-23]。借助ArcGIS10.2軟件進(jìn)行空間疊加，得到變化信息圖譜，可直觀反映各個(gè)景觀類型的演變過程，其計(jì)算公式：

Y=(G1)×10n-1+(G2)×10n-2+…+(Gn)×10n-n

(公式3)

式中，Y表示變化圖譜，n為土地利用變化時(shí)期數(shù)目，Gn表示第n期數(shù)據(jù)中的景觀類型。

1.5 景觀格局指數(shù)

景觀格局指數(shù)反映景觀格局的空間結(jié)構(gòu)信息。剔除指標(biāo)的冗余度，本研究選取景觀水平上的斑塊密度(PD)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、蔓延度(CONTAG)、邊緣密度(ED)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)共6個(gè)指標(biāo)，應(yīng)用Fragstats4.2軟件進(jìn)行計(jì)算，可較為全面地反映景觀格局的特征。

1.6 地表溫度反演

借鑒覃志豪等[24]提出的單窗算法對(duì)Landsat TM 5和Landsat OLI 8的熱紅外波段進(jìn)行地表溫度反演。對(duì)于Landsat TM 5(波段6)數(shù)據(jù)，計(jì)算公式如下：

T6=1 260.560 0/ln[1+60.776 0/(0.123 8+0.005 632 56DNTM6)]

(公式4)

式中，T6為亮度溫度值，單位為K；DNTM6為TM6的像元DN值，取值范圍為[0,255]。

LST6={-67.355 351(1-C6-D6)+[0.458 606(1-C6-D6)+C6+D6)]T6-D6Ta}/C6

(公式5)

Ta=17.976 90+0.917 15T0

(公式6)

C6=ε6τ6

(公式7)

D6=(1-ε6)[1+(1-ε6)τ6]

(公式8)

式中，LST6為地表溫度，單位為K，地表溫度取值范圍通常在0～70 ℃；Ta表示大氣平均作用溫度；C6、D6為中間變量；T0為地面附近氣溫，單位為K；τ6表示大氣透射率；ε6表示地表輻射率。

對(duì)于Landsat OLI 8(波段10)數(shù)據(jù)，計(jì)算公式如下：

Lλ=MLDN+AL

(公式9)

式中，Lλ為波段λ的輻射亮度值，ML為波段λ的增益值，AL為波段λ的偏移值。

Tk=K2/ln(K1/Lλ+1)

(公式10)

式中，Tk表示亮溫，是運(yùn)算過程中一個(gè)重要參數(shù)；K1和K2為定標(biāo)常數(shù)，Lλ為上述輻射定標(biāo)后的影像波段。其中K1=774.89 W/(m2·sr·μm)，K2=1 321.08 K。

LST10={-67.355 351(1-C10-D10)+[0.458 606(1-C10-D10)+C10+D10)]Tk-D10Ta}/C10

(公式11)

C10=ε10τ10

(公式12)

D10=(1-ε10)[1+(1-ε10)τ10]

(公式13)

式中，C10、D10為中間變量，ε10表示地表輻射率，τ10表示大氣透射率。

t=LST-273.15

(公式14)

式中，LST為開氏溫度，單位為K；t為攝氏溫度，單位為℃。

2 結(jié)果與分析

2.1 阜平縣景觀類型空間分布的地形梯度效應(yīng)

2.1.1 不同等級(jí)地形位指數(shù)的分布 借助ArcGIS10.2軟件提取研究區(qū)的高程和坡度，進(jìn)行疊加分析，得到阜平縣地形位指數(shù)圖(圖1)。參考路昌等[9]、孫丕苓等[19]的研究結(jié)果，結(jié)合阜平縣實(shí)際地貌特征，采用等間隔的方法進(jìn)行重分類[9,25-27]，將地形位指數(shù)分為10級(jí)，界定低、中低、中高和高地形位指數(shù)4個(gè)不同梯度[20]。研究區(qū)內(nèi)地形梯度以中低等級(jí)為主，低等級(jí)和中高等級(jí)次之，高等級(jí)面積僅占0.05%。在地形位指數(shù)等級(jí)分布上，集中分布在3～6級(jí)，其中4級(jí)地形區(qū)面積占比18.21%，5級(jí)地形區(qū)和3級(jí)地形區(qū)次之，分別占17.66%和17.28%(表1)。

圖1 阜平縣地形梯度分布圖Fig.1 Topographic gradient distribution map of Fuping County

表1 阜平縣地形位指數(shù)分級(jí)及其面積占比

2.1.2 不同景觀類型在地形梯度上的分布特征 景觀類型的空間分布呈現(xiàn)出地帶差異性，不同地形位等級(jí)上各景觀類型優(yōu)勢(shì)分布區(qū)間有所不同(圖2)。時(shí)間序列上，各景觀類型的優(yōu)勢(shì)分布區(qū)間不變，且總體曲線形態(tài)基本相似?？臻g序列上，耕地、草地、建設(shè)用地、園地優(yōu)勢(shì)區(qū)段分布在1～3級(jí)地形區(qū)，水體優(yōu)勢(shì)分布區(qū)段分布在1～2級(jí)地形區(qū)，分布指數(shù)跨度大，一級(jí)地形區(qū)優(yōu)勢(shì)明顯，說明其分布嚴(yán)格受地形位的限制，水體的優(yōu)勢(shì)分布區(qū)域也體現(xiàn)出研究區(qū)河流和水庫的分布。其他土地優(yōu)勢(shì)分布區(qū)段分布在4～6級(jí)地形區(qū)，林地優(yōu)勢(shì)分布區(qū)段分布在6～10級(jí)地形區(qū)。阜平縣全境森林覆蓋率較高，林地對(duì)各種地形具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，高程越高、坡度越大的地區(qū)，林地的分布優(yōu)勢(shì)越為明顯。

圖2 各景觀類型在地形梯度上的分布指數(shù)Fig.2 Distribution index of each landscape type on topographic gradient

2.2 景觀格局時(shí)空變化的地形梯度效應(yīng)

2.2.1 景觀格局變化圖譜 景觀格局變化圖譜可深入剖析連續(xù)時(shí)間序列內(nèi)景觀類型的動(dòng)態(tài)變化過程，明確地類轉(zhuǎn)換的先后次序，從側(cè)面反映人類活動(dòng)的作用結(jié)果及程度。2009-2019年2個(gè)等時(shí)間間隔內(nèi)，耕地、建設(shè)用地均以轉(zhuǎn)入為主，其余土地利用類型以轉(zhuǎn)出為主?；谕恋乩棉D(zhuǎn)移矩陣(表2、表3)，對(duì)景觀格局圖譜進(jìn)行分析。在ArcGIS10.2中進(jìn)行空間疊加處理，得到阜平縣連續(xù)2個(gè)時(shí)間間隔內(nèi)的土地景觀格局演變軌跡(圖3)。在景觀類型圖譜變化模式中，穩(wěn)定型面積占比達(dá)到98.489%，其余類型面積占比極小(表4)。穩(wěn)定型中最大變化圖譜類型為其他土地-其他土地-其他土地，其次為建設(shè)用地-建設(shè)用地-建設(shè)用地。其他土地為研究區(qū)內(nèi)的主導(dǎo)景觀類型，占據(jù)重要地位。阜平縣境內(nèi)存在大量裸地，占其他土地景觀類型的絕大部分，未來應(yīng)該進(jìn)一步合理開發(fā)利用。前期變化型中，有其他土地-耕地-耕地、草地-建設(shè)用地-建設(shè)用地、耕地-建設(shè)用地-建設(shè)用地、其他土地-建設(shè)用地-建設(shè)用地，其中其他土地-耕地-耕地占比57.73%，說明在該時(shí)段內(nèi)阜平縣的耕地需求量增加。后期變化型中，以其他土地-其他土地-耕地和草地-草地-耕地為主，其中，其他土地-其他土地-耕地所占該類型比重較大，達(dá)57.42%，凸顯了耕地的重要戰(zhàn)略地位，進(jìn)一步體現(xiàn)了糧食安全的重要性，阜平縣其他土地仍有較大利用空間。反復(fù)變化型中主要以水體-建設(shè)用地-水體為主，占比95.68%，水源保護(hù)對(duì)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展起著重要的作用，反映出當(dāng)?shù)卣芸亟ㄔO(shè)用地?zé)o序隨意擴(kuò)增政策的推進(jìn)。持續(xù)變化型面積占比僅0.001%，主要由耕地-其他土地-建設(shè)用地和林地-其他土地-建設(shè)用地構(gòu)成。

表2 2009-2014年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

表3 2014-2019年土地利用轉(zhuǎn)移矩陣

2.2.2 景觀格局信息圖譜的地形梯度 將景觀類型變化圖譜與地形位指數(shù)進(jìn)行空間疊加處理，景觀格局信息圖譜的地形梯度效應(yīng)如圖4所示。穩(wěn)定型變化圖譜對(duì)于地形等級(jí)高的地區(qū)具有較好的適應(yīng)性，優(yōu)勢(shì)區(qū)間為4～10級(jí)區(qū)，其分布指數(shù)在地形區(qū)間內(nèi)始終保持相對(duì)穩(wěn)定。低地形梯度區(qū)間內(nèi)，前期、后期變化型圖譜分布優(yōu)勢(shì)明顯。反復(fù)變化型隨地形位指數(shù)增加呈現(xiàn)急速下降的趨勢(shì)，人類活動(dòng)主要集中在地勢(shì)平坦，地形起伏小的1級(jí)區(qū)，優(yōu)勢(shì)度明顯。持續(xù)變化型隨地形位增加呈減小趨勢(shì)，尤其在1～2級(jí)地形梯度間呈現(xiàn)急速下降狀態(tài)，優(yōu)勢(shì)分布區(qū)間在1～2級(jí)區(qū)。

圖4 各類型圖譜在地形梯度上的分布指數(shù)Fig.4 The distribution index of each type of map on the topographic gradient

2.3 景觀格局的地形梯度效應(yīng)

借助Fragstats4.4軟件完成對(duì)阜平全縣景觀格局指數(shù)的測(cè)算，由圖5可知，時(shí)間序列上，景觀格局指數(shù)最終都保持穩(wěn)定不變的狀態(tài)。斑塊密度(PD)隨時(shí)間推移保持小幅上升的趨勢(shì),最大斑塊指數(shù)(LPI)隨時(shí)間推移保持小幅下降狀態(tài),景觀形狀指數(shù)(LSI)隨時(shí)間推移保持小幅上升的趨勢(shì)，蔓延度(CONTAG)隨時(shí)間推移保持下降狀態(tài)，邊緣密度(ED)隨時(shí)間推移保持上升趨勢(shì)，香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)總體保持相對(duì)穩(wěn)定且呈微幅上漲的趨勢(shì)。

空間序列上，PD值在1～7級(jí)地形位區(qū)段呈現(xiàn)下降狀態(tài)，7～8級(jí)地形位區(qū)段保持相對(duì)穩(wěn)定，8～10級(jí)地形位區(qū)段呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。PD值在地形梯度內(nèi)變化跨度較大，景觀格局破碎化現(xiàn)象集中發(fā)生在低、高等級(jí)地形位區(qū)域，這些地區(qū)景觀破碎度較高，低等級(jí)地形區(qū)間主要是受到人類活動(dòng)的強(qiáng)烈干擾所致，高等級(jí)地形區(qū)間主要受復(fù)雜地貌的影響。LPI值在1～2級(jí)地形區(qū)急劇下降，在2～7級(jí)地形區(qū)保持相對(duì)穩(wěn)定，在7～10級(jí)地形區(qū)呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，表明優(yōu)勢(shì)景觀主要分布在自然質(zhì)量較好的低等級(jí)地形區(qū)和人類活動(dòng)破壞少、保持原始自然風(fēng)貌的高等級(jí)地形區(qū)。LSI值在1～4級(jí)地形區(qū)保持上升趨勢(shì)，在4～10級(jí)地形區(qū)呈現(xiàn)下降狀態(tài)，峰值出現(xiàn)在第4級(jí)地形區(qū)上，表明景觀形狀指數(shù)高的區(qū)域分布在海拔低、坡度較小的低和中低等級(jí)地形區(qū)。中高和高等級(jí)地形區(qū)的景觀形狀指數(shù)較小，表明在該地區(qū)分布形狀較為規(guī)則，集中連片。CONTAG值隨地形位梯度的升高呈現(xiàn)下降-上升-相對(duì)穩(wěn)定-上升-下降的趨勢(shì)，表明隨地形梯度的升高，景觀格局的完整性越高。ED值在1～2級(jí)地形區(qū)處于上升狀態(tài)，2～10級(jí)地形區(qū)處于下降狀態(tài)，且2～5級(jí)地形區(qū)下降速度明顯大于5～10級(jí)地形區(qū)，隨時(shí)間推移，各時(shí)點(diǎn)ED峰值均出現(xiàn)在1級(jí)地形區(qū)上，反映出低和中低地形梯度區(qū)域的景觀類型易受到人類活動(dòng)的影響，被分割的程度高，布局較為分散。SHDI值的高低反映其景觀異質(zhì)性，其值越高，表明各景觀類型在景觀水平上分布越均衡。SHDI值隨著地形位指數(shù)的增加呈現(xiàn)下降-上升-下降的趨勢(shì)，景觀類型表現(xiàn)更為多樣化，1～2級(jí)地形區(qū)下降緩慢，2～5級(jí)地形區(qū)急速下降，5～7級(jí)地形區(qū)緩慢上升，7～10級(jí)地形區(qū)穩(wěn)步下降。表明景觀格局受地形因子和人類活動(dòng)的雙重影響。

圖5 景觀格局指數(shù)在地形梯度上的變化圖Fig.5 Changes of landscape pattern index on terrain gradient

2.4 熱環(huán)境分布的地形梯度效應(yīng)

以夏季7月為例，運(yùn)用反演手段，得到阜平縣2009年7月、2014年7月、2019年7月全域地表溫度分布狀況(圖6)，并與地形位指數(shù)分級(jí)區(qū)間進(jìn)行空間疊置，得到地表溫度在不同等級(jí)地形區(qū)間上的空間分布情況。剔除3期地表溫度反演結(jié)果的0.01%的最高和最低異常值，經(jīng)空間分析計(jì)算，得到各級(jí)地形區(qū)地表溫度的平均值(表5)。時(shí)間尺度上，夏季1～7級(jí)地形區(qū)的平均地表溫度隨時(shí)間的推移均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)；8～10級(jí)地形區(qū)的平均地表溫度呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)。生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的氣體排放量，在人類活動(dòng)較為頻繁的低、中低、中高等級(jí)地形，2014年后產(chǎn)生的熱環(huán)境效應(yīng)較2014年前逐漸減弱?？臻g尺度上，2009年夏季地表溫度平均值隨地形梯度的提升呈現(xiàn)下降-上升-下降的走勢(shì)，臨界區(qū)間出現(xiàn)在2級(jí)地形區(qū)；2014年、2019年夏季地表溫度平均值均隨地形梯度的提升呈現(xiàn)上升-下降的走勢(shì)，臨界區(qū)間也出現(xiàn)在2級(jí)地形區(qū)。平均地表溫度的分布狀況在一定程度反映了地形因子和人類活動(dòng)對(duì)地表溫度的影響程度。

圖6 2009-2019年7月阜平縣全域地表溫度分布圖Fig.6 The global surface temperature distribution from July 2009 to July 2019 in Fuping County

表5 不同梯度地形平均地表溫度變化

2.5 景觀格局與地表溫度相關(guān)性的地形梯度效應(yīng)

運(yùn)用SPSS 26軟件計(jì)算研究期內(nèi)各梯度地形內(nèi)地表溫度的平均值和景觀格局指數(shù)的相關(guān)性系數(shù)。結(jié)果(表6)顯示，斑塊密度(PD)和最大斑塊指數(shù)(LPI)與地表溫度的相關(guān)性較低。景觀形狀指數(shù)(LSI)與地表溫度的相關(guān)性隨時(shí)間推移呈現(xiàn)先上升后下降的走勢(shì)，2009年和2019年在0.05的置信水平上呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性，2014年在0.01的置信水平上呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性。表明景觀類型不規(guī)則性越高，熱環(huán)境效應(yīng)就越顯著。蔓延度(CONTAG)與地表溫度的相關(guān)性保持上升狀態(tài)，2009年和2014年在0.05的置信水平上呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)性，2019年在0.01的置信水平上呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)性，反映景觀格局的完整度越高，其對(duì)應(yīng)的地表溫度越低。邊緣密度(ED)與地表溫度的相關(guān)性呈現(xiàn)隨時(shí)間推移先上升后穩(wěn)定的趨勢(shì)，在0.01的置信水平上呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性，表明景觀格局布局越分散，其對(duì)應(yīng)的地表溫度值越高。香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)與地表溫度的相關(guān)性隨時(shí)間推移不斷加強(qiáng)，2009、2014、2019年均在0.01的置信水平上呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性。表明景觀組合類型越豐富，整體上其對(duì)應(yīng)的地表溫度越高。

表6 地表溫度與景觀格局指數(shù)的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

本研究以阜平縣2009年7月、2014年7月 、2019年7月3期遙感、DEM影像為基礎(chǔ)，借助地形分析、信息圖譜分析、景觀格局指數(shù)和地表溫度反演等方法，探究地形因子對(duì)阜平縣景觀格局與熱環(huán)境效應(yīng)時(shí)空演變的影響程度，對(duì)其進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明：(1)地形因子對(duì)各景觀類型優(yōu)勢(shì)分布區(qū)間產(chǎn)生較大的影響，呈現(xiàn)出明顯的時(shí)空分異特征。研究區(qū)內(nèi)耕地、草地、建設(shè)用地、園地、水體主要集中分布在自然環(huán)境條件良好的1～3級(jí)或1～2級(jí)的低地形梯度區(qū)域，為人類生存提供生活空間以及從事各項(xiàng)生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)的生產(chǎn)空間。其他土地優(yōu)勢(shì)區(qū)分布在4～6級(jí)中低地形梯度區(qū)域，林地優(yōu)勢(shì)區(qū)分布在6～10級(jí)中高地形梯度區(qū)域，林地對(duì)各種地形具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，林地為優(yōu)勢(shì)景觀類型，分布范圍逐漸向高地形位指數(shù)區(qū)域拓展，且地形位指數(shù)越高區(qū)域的分布指數(shù)越大。(2)景觀類型的演變上，穩(wěn)定型占絕對(duì)主導(dǎo)分布，其主要分布于中低、中高和高等級(jí)地形梯度區(qū)域。其余演變類型全部分布于低等級(jí)地形梯度區(qū)域。穩(wěn)定型變化圖譜中主要類型以其他土地-其他土地-其他土地以及林地-林地-林地為主。(3)景觀格局水平上，低、高等級(jí)地形位指數(shù)區(qū)域的景觀格局破碎化現(xiàn)象顯著，優(yōu)勢(shì)景觀也主要分布其中。隨地形梯度的升高，景觀格局的完整性越高。低和中低地形梯度區(qū)域的景觀類型受到人類活動(dòng)的影響，被分割的程度高，布局較為分散。中高和高等級(jí)地形區(qū)域的景觀類型分布形狀較為規(guī)則，集中連片。在低、中低地形梯度內(nèi)景觀類型表現(xiàn)更為多樣化。(4)地表溫度在時(shí)間序列上呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，在空間序列上隨地形位指數(shù)的升高呈現(xiàn)階梯狀分布，且隨地形位指數(shù)的升高，地表溫度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。地表溫度與景觀格局存在一定空間相關(guān)性，在空間分布上地表溫度與PD、LPI相關(guān)性較低。地表溫度2009年和2019年與LSI在0.05的置信水平上呈現(xiàn)顯著正相關(guān)性，2014年在0.01的置信水平上呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性；地表溫度2009年和2014年與CONTAG在0.05的置信水平上呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)性，2019年在0.01的置信水平上呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)性。地表溫度與ED在2009、2014、2019年在0.01的置信水平上均呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性。香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)與地表溫度2009、2014、2019年均在0.01的置信水平上呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性。

景觀格局的形成和演變受到人類活動(dòng)和地形因子的共同作用[28-30]，而熱環(huán)境效應(yīng)也深受景觀格局變化的影響。阜平縣地處太行山區(qū)，土地利用方式受地形因子的制約，2020年2月剛剛“脫貧摘帽”，因此未來要夯實(shí)脫貧成果，進(jìn)一步擴(kuò)大發(fā)展空間和加大發(fā)展力度。要利用好地形梯度跨度大這一地理特性，遵循景觀生態(tài)學(xué)原理和可持續(xù)發(fā)展原則，因地制宜制定發(fā)展戰(zhàn)略。土地利用結(jié)構(gòu)的形成是一個(gè)長(zhǎng)期的過程，轉(zhuǎn)變并不能依靠一朝一夕，在掌握生態(tài)發(fā)展要義的前提下，要深入挖掘土地潛力，有針對(duì)性地開發(fā)、配置土地資源，摸清資源稟賦，在保障資源環(huán)境承載力和穩(wěn)定生態(tài)的前提下，充分利用好當(dāng)?shù)氐摹凹t色資源”和“綠色資源”培育特色產(chǎn)業(yè)，進(jìn)一步帶動(dòng)農(nóng)業(yè)、林果業(yè)和旅游業(yè)的發(fā)展，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)鄉(xiāng)村振興。