ارزیابی روند تغییرات سیمای شهر لاهیجان با استفاده از مفاهیم و متریک‌های سیمای سرزمین

نوع مقاله: پژوهشی - کاربردی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد محیط‌زیست، دانشگاه گیلان

2 استادیار گروه محیط‌زیست، دانشگاه گیلان

چکیده

سیمای سرزمین بر اثر عوامل طبیعی و غیرطبیعی در حال تغییر است و این پویایی به‌دلیل دخالت‌های انسانی شدت بیشتری دارد. گسترش شهرنشینی و شهرگرایی زمینه‌ساز تغییرات محیطی سریع‌تر است. هدف اصلی این مطالعه، پایش و مدل‌سازی تغییرات مکانی-زمانی شهر لاهیجان است. به­منظور پایش تغییرات با رهیافت اکولوژی سیمای سرزمین، این پژوهش به تجزیه و تحلیل تصاویر ماهواره‌ای به کمک فنون سنجش‌ازدور می­پردازد. محاسبات و اندازه‌گیری‌ها با کمک شاخص‌ها و متریک‌هایی از جمله مساحت لکه­ها، تعداد لکه­ها، کل حاشیه و... در دو سطح کلاس و سیمای سرزمین صورت گرفت. براساس نتایج، اگرچه بستر و زمینۀ منطقه کشاورزی بوده است، مساحت عرصه‌های ساخت‌وساز با نرخ سریعی افزایش یافته و لکة غالب در مقیاس منطقه‌ای، پهنه‌های ساخته­شده است. همچنین مساحت، تعداد لکه­ها و کل حاشیة پهنة ساخت‌وساز در حال افزایش است. پیچیدگی و نسبت فراکتال در لکه‌های پوشش سبز در حال کاهش، اما پیچیدگی در لکه‌های ساخت‌وساز و کشاورزی رو به افزایش است. متریک‌ها در سطح سیمای سرزمین نشان می‌دهد سیمای منطقه درمجموع منظم‌تر، هندسی‌تر و ساده‌تر شده است. همچنین تنوع پوشش‌های اراضی و لکه‌ها در حال کاهش، و غلبۀ لکه‌های ساخت‌وساز در حال افزایش است. مطابق نتایج، حرکت سرزمین بیشتر به‌سوی شهرگرایی است که نشان می­دهد با توجه به کاربری‌ها و پوشش متناسب با آن، برنامه‌ریزی راهبردی برای بهره‌برداری پایدار از سرزمین ضرورت دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Changes in Urban Spatial Structure in Lahijan, Iran, Using Landscape Ecological Concepts and Metrics

نویسندگان [English]

  • Minoo Mohamadijoo 1
  • Mehrdad Khanmohamadi 2
  • Seyyed Mahmood Hashemi 2
1 MA in Environment, Department of Environment, Faculty of Natural Resources, University of Guilan, Sowmeeh Sara, Iran
2 Assiatant Professor, Department of Environment, Faculty of Natural Resources, University of Guilan, Sowmeeh Sara, Iran
چکیده [English]

Introduction
Earth's landscape is continously changing due to natural and human factors. Changes of cities and urban sprawl become faster because of human intensive modification of environment in favor of economic land uses for utilization of society. Urban sprawl is the most important socioeconomic and spatial phenomenon that makes environmental changes faster and widespread. Landscape and land uses are changing rapidly due to driving forces of urbanization and population growth. Analyses of the composition of land-uses in a natural environment and understanding how they may change over time and space are central for planning. Analysis of spatial and temporal variations of landscapes is linked to prediction of future development of the city and its control is one of the main concerns of environmental managers and planners. For this purpose, remote sensing techniques and geographic information systems are essential tools to assess urban landscape to determine the changes in urban development. Remote sensing technology is the best tool for monitoring environmental changes and rapidly extraction of land uses. Landscape is a mosaic, tens of kilometers wide in which local ecosystems and land uses are repeated and as a matter of fact it is the nature and general characteristics of an area. Landscape metrics are a suitable tool for quantitative characterization of spatial patterns. Quantitative measures can be obtained by assessing the landscape metrics, which illustrate the quantitative changes of the current state of the landscape. The purpose of this study is to investigate spatio-temporal variations in Lahijan city to evaluate the process of structural changes in urban land use and the landscape principles and metrics.
 Methodology  
To achieve this goal, Landsat images of ETM+ and OLI in the years 2000 and 2016 were used to prepare land use maps at first and the study area were separated in ENVI 5.1. The classification has been done through maximum likelihood algorithm in this software, by one of the methods of supervised classification. For monitoring the change detection of land use in this period, the produced maps of 2000 and 2016 were compared in IDRISI SELVA software. The land cover changes map of the period from 2000 to 2016 were created using CROSSTAB algorithm. The rate of land use change during this period was calculated. Converting the rate of a land use change to another and the area of each land use was calculated separately. Finally, using landscape ecology metrics approach the following metrics were calculated in two levels of class and landscape; these metrics are including Class area, Number of Patches, Largest Patch Index, Landscape Shape Index, Total Edge, Eudidean Nearest Neighbor Distance, Patch Area Mean, Perimeter-Area Fractal Dimension, Contagion, Shannon Diversity Index. Spatial pattern was determined with Fragstats 4.4 software to extract landscape metrics in two levels of class and landscape. This software includes a complete series of landscape metrics that are suitable for spatial pattern analysis.
Results and discussion   
The results revealed that the matrix area is agriculture and also the trend of changes shows that the area of agricultural land use has increased. This means increases in semi-natural land use. The number and the total edge of the agriculture patches have decreased; this means more aggregation and compactness of these patches. Increase in the Largest Patch Index and Patch Area Mean shows that agriculture land use became more integrated. Increases in the Eudidean Nearest Neighbor Distance indicated that distance between agriculture patch has increased. The Perimeter-Area Fractal Dimension of agricultural land use has augmented slightly and, therefore, its complexity has increased.
Increases in the area and the number of urban developed patch showed a fragmentation in the urban built class and creation of new man-made areas. The shapes of urban built patch were increased and, therefore, it was disaggregated and total edge was increased and this land use was disconnected. The Largest Patch showed belongs to urban class. Reducing Eudidean Nearest Neighbor Distance of urban patches leads to an increase in aggregation and slight decrease in Mean Patch Area. The Perimeter Area Fractal Dimension for urban built class was increased and its complexity has also increased. The area and the number of greenery land patches were decreased, and also landscape Shape Index was decreased. This led to green cover class to become more aggregated and compact. Decrease in the values of Total Edge, Largest Patch Index and Patch Area Mean for green cover class indicated a destruction in natural and forest areas. Decreases in the metric of Perimeter Area Fractal Dimension of green cover resulted in decreasing its complexity. Increases in Eudidean Nearest Neighbor Distance of green cover led to isolation of these patches and, therefore, decreases in ecological connections between them. Examining the metrics on the landscape level revealed that the complexity of the landscape of the region became simple and the diversity of the landscape pattern is decreased. The results of monitoring the changes between 2000 and 2016 indicated that the dominant land use changes belong to conversion of natural land cover class into agricultural land use. In the later stage, all types of land uses tend to be converted into urban construction class. Increase in urban constructions means increase in man-made patterns and more influences on natural areas.
Conclusion  
In this paper we evaluated the dynamics of urban land-uses and the changes as one of the biggest human impacts on the terrestrial environment. Understanding this change in the spatial configuration of urban areas and urban growth over time will be important for decreasing the impacts of urban growth. The results of this research showed that to prevent destruction process of forest cover by increasing the unplanned urban development, it is essential to prepare development plans for resource management to achieve sustainable development. It seems that if this process is continued in the future, it can destroy green areas. If appropriate and professional policies are not made, all of patches are changed into urban built areas and even this city may be linked to another city. It was suggested that we should use predicting models to determined future developments and make decisions based on sustainable development goals to prevent unsuitable development.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Landscape Ecology
  • metrics
  • Remote Sensing
  • land cover
  • urban built
آرخی، صالح (1394)، «کاربرد متریک‌های سیمای سرزمین در ارزیابی روند تغییرات کاربری اراضی با استفاده از سنجش‌ازدور و GIS»، جغرافیا و توسعه، سال سیزدهم، شماره 40، صص59-68.

اصلاح ‌عربانی، ابراهیم (1387)، کتاب گیلان، انتشارات گروه پژوهشگران ایران ، تهران.

درامستاد، ونچ ای، السون، جیمزد و ریچاردت فورمن (1386)، اصول اکولوژی سیمای سرزمین در معماری سیمای سرزمین و برنامه‌ریزی کاربری زمین، ترجمة فرود آذری دهکردی، انتشارات اتحاد، ادبستان، تهران.

سفیانیان، علیرضا و همکاران (1392)، «تحلیل گرادیان الگوی سیمای سرزمین شهری (مطالعة موردی: شهر اصفهان)»، پژوهش‌های جغرافیایی انسانی، سال چهل‌و‌پنجم، شمارۀ 1، صص 87-104.

سلاجقه، بهرنگ و همکاران (1393)، «تحلیل تخریب سرزمین با استفاده از آشکارسازی تغییرات و سنجه‌های سیمای سرزمین (مطالعة موردی: جزیرة کیش)»، ویژه‌نامة پژوهش‌های محیط‌زیست، سال پنجم، شماره 10، صص99-110.

کرمی، آرش و جهانگیر فقهی (1390)، «بررسی کمی‌کردن متریک‌های سیمای سرزمین در حفاظت از الگوی کاربری اراضی پایدار (مطالعة موردی: استان کهگیلویه و بویراحمد)»، مجلۀ محیط‌شناسی، سال سی و هفتم، شمارة 60، صص 79-88.

کیانی، واحد (1393)، درآمدی بر بوم‌شناسی سیمای سرزمین، انتشارات دی‌نگار، تهران.

کیانی، واحد و جهانگیر فقهی (1394)، «بررسی ساختار پوشش/کاربری حوزة آبخیز سفیدرود با استفاده از متریک‌های بوم‌شناسی سیمای سرزمین»، علوم و تکنولوژی محیط‌زیست، سال هفدهم، شمارة 65، صص 131-141.

مخدوم، مجید و همکاران (1392)، ارزیابی و برنامه‌ریزی محیط‌زیست با سامانه‌های اطلاعات جغرافیایی (GIS)، انتشارات دانشگاه تهران، تهران.

مرادی، عباس، تیموری، حسن و صادق دژکام (1394)، «پایش تغییرات فیزیکی سیمای سرزمین شهر کرج با استفاده از تحلیل سینوپتیک و تصاویر ماهواره‌ای»، برنامه‌ریزی و آمایش فضا، سال نوزدهم، شمارة 1، صص 127-146.

مهندسان مشاور پویا نقش شهر و بنا (1388)، طرح جامع شهرستان لاهیجان، بنیاد مسکن انقلاب اسلامی.

میرزایی، محسن و همکاران (1392)، «بررسی تغییرات پوشش اراضی استان مازندران با استفاده از متریک‌های سیمای سرزمین بین سال‌های 1363-1389»، اکولوژی کاربردی، سال دوم، شمارة 4، صص 37-54.

نوحه‌گر، احمد، جباریان امیری، بهمن و روشنک افراخته (1394)، «تحلیل کاربری سرزمین در بخش مرکزی گیلان، با رویکرد اکولوژی سیمای سرزمین»، جغرافیا و آمایش شهری-منطقه‌ای، سال پنجم ، شمارة 15، صص 197-214.

هاشمی، سید محمود، یاوری، احمدرضا و حمیدرضا جعفری (1394)، «بررسی مکانی-زمانی کیفیت محیط زیستی در اکوتون‌های کوهپایه‌ای فلات مرکزی ایران با کاربرد متریک‌های اکولوژیکی سرزمین»، محیط‌شناسی، سال چهارم، شمارة 1، صص 201-218.

Aguilera, F., Valenzuela, L. M., and Botequilha-Leitão, A. (2011), LandscapeMetricsintheAnalysisofUrbanLandUsePatterns: ACase StudyinaSpanishMetropolitanArea, Landscape and Urban Planning, Vol. 99, Issues 3–4: 226-238

Burel, F., and Baudry, J. (2003), LandscapeEcologyConcepts, Methods and Application, Science Publishers, INS, USA.

Deng, J. S. K., Wang, Hong, Y., and Qi, J (2009), Spatio-Temporal DynamicsandEvolutionofLand Use ChangeandLandscape PatterninResponsetoRapidUrbanization, Landscape and Urban Planning, Vol. 92, Issues 3–4, : 187-198

Forman, R., and Godron, M. (1986), LandscapeEcology, John Willy and Sons, New York.

Lausch, A., and Herzog, F. (2002), ApplicabilityofLandscape MetricsfortheMonitoringofLandscapeChangeIssuesofScale, ResolutionandInterpretability, Ecological Indicators,Vol. 2, No. 1: 3–15.

Liding, C. et al. (2008), PatternAnalysisinLandscape Ecology: Progress, ChallengesandOutlook, Acta Ecologica Sinica: 5521–5531.

Luck, M., and Wu, J. (2002), AGradient AnalysisofUrban Landscape Pattern: A Case StudyfromthePhoenixMetropolitan RegionofUSA, Landsc, Ecol. Vol. 17, Issue 4: 327–339

Mcgarigal, K. et al. (2002), FRAGSTAT:SpatialPatternAnalysisProgramforCategoricalmaps, Accessible.

Matsushita, B., Xu, M., and Fukushima, T. (2006), CharacterizingtheChangesinLandscape StructureintheLakeKasumigauraBasin, JapanUsingaHigh QualityGISDataset, Journal of Landscape and Urban Planning, Vol. 78, No. 3: 241–250.

Naveh, Z., and Lieberman, A. S. (1984), LandscapeEcology, Theory and Application, Springer Science and Business Media.

Seto, K. C., and Fragkias, M. (2005), QuantifyingSpatiotemporal PatternsofUrban Land-Use ChangeinfourCitiesofChinawithTimerSeriesLandscapeMetrics, Landscape Ecology, Vol. 20, Issue 7: 871–888

Sun, Ch. et al. (2013), QuantifyingDifferent TypesofUrban GrowthandtheChange DynamicinGuangzhouUsingMulti-TemporalRemoteSensingData, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, Vol. 21: 409-417

Wang, X., Zheng, D., and Shenand, Y. (2008), Land UseChangeanditsDriving ForcesontheTibetanPlateauDuring 1990–2000, Journal of CATENA, Vol. 72, Issue 1: 56-66

 Weng, Y. (2007), SpatiotemporalChangesofLandscape PatterninResponsetoUrbanization, Landscape and Urban Planning, Vol. 81, Issue 4: 341-353

Arekhi, S. (2015), ApplicationofLandscape MetricsinAssessingtheProcessofLand Use Change Using Remote SensingandGIS, Journal of Geography and Development, Vol.13, No. 40: 59–68. (In Persian)

Dramestad, W. E., Olson, J. D., and Forman, R. T. T. (2007), LandscapeEcology PrinciplesinLand- Use Planning, TranslatedbyAzeriDehkordi, Ettehad Publishing, Tehran.

Eslah Arabani, E. (2008), GuilanBook, Publishing of Pezhoheshgran Group of Iran,Tehran (In Persian)

Hashemi, S. M., Yavari, A., and Jafari, H. (2015), SurveyofSpatial-TemporalofEnvironmental QualityintheFoothillEcotonesofCentral PlateauofIranwiththeApplicationofEcologicalLandUseMetrics, Journal of Environmental Studies, Vol. 4, No. 1: 201–218. (In Persian)

Karami, A., and Feghhi, J. (2012), SurveyofQuantizationofLandscape MetricsintheConservationofSustainable Land Use Patterns (Case Study: KohgiluyehandBoyerahmadProvinces), Journal of Environmental Studies, Vol. 37, No. 60: 79–88. (In Persian)

Kiyani, V., and Feghhi, J. (2015), SurveyofLandformStructure/ Land UseofSefidroodRiver Area UsingbyLandscapeEcologyMetrics, Journal of Environmental Sciences and Technology, Vol. 17, No. 65: 131–141. (In Persian)

Kiyani, V. (2014), AnIntroductiontotheLandscapeEcology, Publishing of Deynegar, Tehran.(In Persian)

Makhdoum, M. et al. (2013), EnvironmentalEvaluationandPlanningbyGeographicInformationSystem, University of Tehran Publishing, Tehran. (In Persian)

Mirzayi, M. et al. (2013), SurveyofLandCover ChangesinMazandaranProvincebyUsing Landscape EcologyMetricesBetween 1894–2010, Journal of Applied Ecology, Vol. 2, No. 4: 37–54. (In Persian)

Moradi, A., Teimouri, H., and Dejkam, S. (2015), MonitoringPhysicalChangesintheLandscapeofKarajCityUsingbySynopticAnalysisandSatelliteImages, Journal of Spatial Planning and Design, Vol. 19, No. 1: 127–146. (In Persian)

Noahegar, A., Jabbarian Amiri, B., and Afrakhteh, R. (2015), AnalysisofLandUseintheCentral PartofGuilanbyLandscapeEcologyApproach, Journal of Geography and Urban-Regional Land Use Planning, Vol. 5, No. 15: 197–214. (In Persian)

Consulting Engineers of Pooya Naghsh Shahro Bana (2009), Lahijan Comprehensive Plan, Housing Foundation of Islamic Revolution. (In Persian)

Salajegh, B. et al. (2014), AnalysisofLandDestructionUsingbyChange DetectionandLandscapeMetrics (CaseStudy: KishIsland), Environmental Researches,Vol:5, No.10: 99-110. (In Persian)

Soffianian, A. et al. (2013), Analysis Gradient of The Pattern of Urban Landscape Ecology (Case Study: Isfahan City), Journal of Human Geographic Research, Vol. 45, No. 1: 87–104.