基于潜力—约束和SLEUTH模型松散耦合的南京城市扩展模拟北大核心CSCDCSSCI

将潜力—约束与SLEUTH模型进行松散耦合,在建设用地适宜性评价的基础上,将不同生态安全格局情景融入SLEUTH模型的排除图层,对研究区2013-2040年的城市用地空间扩展进行多情景模拟。研究表明:(1)两个模型的松散耦合能够有效提高像元尺度上模型校正的精度。(2)用地扩展在以"边缘增长"和"填充增长"为主的同时,在城市外围形成了较为明显的"跳跃式"发展,表明模型的松散耦合能够更好地捕捉城市发展政策所导致的新城市增长中心。(3)三种生态安全格局情景方案的城市用地模拟结果均呈增长趋势,但高生态安全格局情景的新增城市用地面积和增长率均最小,表明将生态敏感性作为城市发展的约束图层,能够有效保护研究区的自然生态空间,大幅降低生态安全风险。     

区域尺度城市增长时空动态模型及其应用

区域尺度城市增长动态模拟(Reg-UGM) 是城市化影响下的土地利用/覆盖变化以及全球 环境变化研究的重要手段之一。针对单个城市增长未来情景模拟难以在区域尺度刻画与解释 城市化影响下的土地利用/覆盖变化以及与全球环境变化交互过程与作用机理主要问题,本研 究集成人工神经网络模型(ANN) 与元胞自动机模型(CA) 构建适合不同情景的区域尺度城市 增长动态模型,通过1979 年以来高分辨率遥感信息探测获取的4 个时段京津唐都市圈城市增 长时空特征分析提取先验知识规则,模拟京津唐都市圈在基准模式、经济模式、政策模式与 结构调整模式未来不同情景模式下城市增长过程。研究表明,Reg-UGM在模拟区域尺度受国 家宏观政策等影响城市非线性增长过程具有较好的可靠性,为进一步研究城市化影响下的宏 观生态效应提供前提保障。模拟结果显示京津唐都市圈在不同情景模式下城市增长呈现较大 的时空格局差异,未来城市增长结构调整模式更符合区域城市化的实际情况,未来区域城市 增长将由特大城市向中小城市转移,滨海沿线城镇发展带将经历更快的城市增长过程。     

基于潜力—约束和SLEUTH模型松散耦合的南京城市扩展模拟

将潜力—约束与SLEUTH模型进行松散耦合,在建设用地适宜性评价的基础上,将不同生态安全格局情景融入SLEUTH模型的排除图层,对研究区2013-2040年的城市用地空间扩展进行多情景模拟。研究表明:(1)两个模型的松散耦合能够有效提高像元尺度上模型校正的精度。(2)用地扩展在以"边缘增长"和"填充增长"为主的同时,在城市外围形成了较为明显的"跳跃式"发展,表明模型的松散耦合能够更好地捕捉城市发展政策所导致的新城市增长中心。(3)三种生态安全格局情景方案的城市用地模拟结果均呈增长趋势,但高生态安全格局情景的新增城市用地面积和增长率均最小,表明将生态敏感性作为城市发展的约束图层,能够有效保护研究区的自然生态空间,大幅降低生态安全风险。     

中国北方未来土地利用变化情景模拟

利用系统动力学 (SD) 的原理和方法,发展了区域土地利用情景变化SD模型。在不同系统状态下,模拟了中国北方13省未来50年不同社会经济情景下的区域土地利用结构变化,并初步评价了这些变化的可能生态影响。1990~2001年的模型结果表明该SD模型具有一定的可靠性,能在一定程度上为当前理解土地利用系统的复杂驱动行为,评估脆弱生态区土地系统变化的潜在生态效应提供帮助。2000~2050年的情景仿真结果表明,经济、人口、市场和技术等因素对中国北方13省未来土地利用变化的影响非常明显。     

基于地理模拟方法的昆明市空间拓展情景分析简

改革开放以来,西部高原湖滨城市经历的快速城镇化进程给湖泊流域带来了较为严重的生态环境问题,未来城市空间发展政策的调整需要关注城市空间拓展对区域生态环境的影响。以位于滇池湖滨地区的昆明市为例,设定6种不用的城市空间拓展政策情景,应用SLEUTH模型预测了6种情景下未来20年的城市空间格局,采用空间指数和空间分析方法对预测结果进行了分析评价。结果表明：昆明市城市建成区具有典型的摊大饼式空间拓展模式,城市道路网对城市形态具有重要的影响。6种情景模式下未来昆明市建成区空间格局既有相似性,也表现出显著的差异。城市建设用地空间格局总体上呈集约、紧凑型的发展趋势。生态保护与城市发展管制相结合的政策情景对滇池湖滨地区的景观影响最小。多中心城市发展格局和城市发展管制相结合的政策情景对城市总体空间规模的控制具有明显的效果,但不宜在湖滨地区实施。滇池湖滨地区需要划定景观或生态保护区,严格禁止城市建设用地对湖滨用地景观的占用与分割。滇池湖滨以外的区域,适宜执行生态保护与城市发展管制相结合的多中心发展模式。     

基于地理模拟方法的昆明市空间拓展情景分析

改革开放以来,西部高原湖滨城市经历的快速城镇化进程给湖泊流域带来了较为严重的生态环境问题,未来城市空间发展政策的调整需要关注城市空间拓展对区域生态环境的影响。以位于滇池湖滨地区的昆明市为例,设定6种不用的城市空间拓展政策情景,应用SLEUTH模型预测了6种情景下未来20年的城市空间格局,采用空间指数和空间分析方法对预测结果进行了分析评价。结果表明：昆明市城市建成区具有典型的摊大饼式空间拓展模式,城市道路网对城市形态具有重要的影响。6种情景模式下未来昆明市建成区空间格局既有相似性,也表现出显著的差异。城市建设用地空间格局总体上呈集约、紧凑型的发展趋势。生态保护与城市发展管制相结合的政策情景对滇池湖滨地区的景观影响最小。多中心城市发展格局和城市发展管制相结合的政策情景对城市总体空间规模的控制具有明显的效果,但不宜在湖滨地区实施。滇池湖滨地区需要划定景观或生态保护区,严格禁止城市建设用地对湖滨用地景观的占用与分割。滇池湖滨以外的区域,适宜执行生态保护与城市发展管制相结合的多中心发展模式。     

城镇化进程中九龙江口湿地景观格局演变模拟

运用SLEUTH模型模拟在3种不同情景下九龙江口2010-2020年城镇扩展过程,并分析了城镇化过程中区域湿地景观格局的演变趋势。结果表明：研究区城镇扩展主要受自然地理要素与道路建设的影响,环境适当保护方案（MEP）与规划方案（PS）可以有效控制城镇的无序扩张与规模;城镇化使得湿地景观面积迅速减少,且以人工湿地减少为主;不同情景下天然湿地景观格局的演变趋势差异较大,现有发展趋势方案（MSQ）与环境适当保护方案（MEP）下天然湿地景观趋于异质性,而规划方案（PS）下景观趋于均质性;３种方案下人工湿地景观都趋于均质化发展。研究进一步探讨了SLEUTH模型在城镇扩展模拟与预测研究中的适用性。     

基于SLEUTH模型的昆山市城市扩展模拟研究

定量揭示城镇土地利用的扩展模式对制定城市发展政策具有重要意义。该文以昆山市为例,使用SLEUTH模型,修改了传统的情景设置方式,通过调整排除图层,预设"现有发展趋势"、"融合生态敏感性的发展"、"融合城市总体规划的发展"3种情景,定量预测了昆山市2011-2030年不同情景下城市用地增长趋势和扩展的主要特征。结果表明,预设不同排除图层的方式可以产生更加准确的校正结果:现有发展趋势情景繁衍系数与道路引力系数较高,以新中心增长为主;融合生态敏感性情景、融合总体规划情景扩散系数与蔓延系数较高,以边界增长为主。研究结果可为SLEUTH模型的情景设置提供新思路,并为城市土地利用规划提供决策依据。     

广州市海珠区高密度城区扩展SLEUTH模型模拟

高密度城区是城市的核心区,也是城区扩展的源,对该区域的精确识别以及扩展模拟研究,具有重要的意义与价值。以广州市海珠区1979、1990、2000、2008 年4 期Landsat 影像为数据源,运用非渗透表面端元选取模型(V-I-S) 与归一化混合光谱分析模型(NSMA) 相结合的方法,辅以单窗算法反演地表温度数据(LST),高精度提取非渗透表面丰度,进而设置合适阈值表征研究区高密度城区范围。在此基础上基于SLEUTH模型设置4 种场景模拟和预测海珠区高密度城区扩展,并用景观指数分析方法对研究区1979-2050 年长达70 年的空间扩展状况进行分析。主要结论为：① SLEUTH模型同样适用于小尺度区域的扩展模拟。② SLEUTH模型模拟中基于自然、人文以及城市扩展内在动力机制等条件参数的设置,促使模拟结果精度更高。③ SLEUTH模型模拟结果表明,自1979 至今,海珠区高密度城区以较快扩展速率扩张,尤以1990-2004 年间变动增长最快;未来的20 年其增长速率减缓,并于2030 年前后趋于稳定。这种扩张格局与变化状况与研究区产业结构、经济政策、土地规划决策等因素密不可分。     

北京市土地利用空间格局演化模拟及预测

土地利用空间格局的演化模拟可定量地从空间尺度揭示区域土地利用变化的驱动因素,是厘清未来时期内土地变化的重要途径。基于CLUE-S模型,以北京市为研究案例,结合1985、2000和2010年三期土地利用数据,运用Logistic逐步回归方法识别了北京市各种土地利用类型演化的驱动因素,对北京市土地利用空间格局进行模拟。在此基础上,基于北京市社会经济发展、土地利用规划、资源禀赋及生态保护等不同情景,对北京市2020年土地利用空间分布格局进行模拟及预测。结果表明：①不同的时期内,驱动因子对不同土地利用类型的影响呈现差异性,其中交通因素及社会经济因素对土地利用类型的转化率影响较显著,坡度对各个土地利用类型的影响较大。②通过对2010年北京市土地利用变化的模拟结果来看,Kappa指数为87.03%,说明预测结果与实际土地利用情况有较好的一致性。③预测结果显示,北京市的城市发展均表现为继续向外扩展,且以东南、东北为主要扩展方向,但扩张的程度存在差异。     

中心城区城市增长的情景模拟与空间格局演化

基于1993-2008 年间4 个时相的遥感影像,应用SLEUTH模型模拟与预测自组织和规划引导两类情景下泉州中心城区的城市用地增长过程,并借助空间关联法分析其城市增长的空间格局演化特征,为“两规”空间协调提供科学依据。结果表明：① SLEUTH模型适用于研究区的城市增长模拟与预测,其对城市用地扩展的数量拟合要优于空间匹配,可作为多方案情景模拟的一个技术手段。② 规划引导预案的MPS、ED、AWMSI、MPI 四类景观指数均优于自组织预案,城市用地斑块的整体性、连接性较优,未来城市发展较为紧凑,利于实现土地的集约利用与城市的集聚发展。③ 随预测时间推移,研究区城市用地扩展的速率以及空间集聚性将有所减弱,城市增长的热点区也会发生演变与迁移。2008-2020 年,热点区分布总体呈现“圈层式”结构,局部以“跨江发展”为主要特征;2020-2030 年,热点区总体布局较为发散,局部则呈“环湾发展”与“孤立分布”特征。本研究将情景模拟、景观指数、空间分析等方法有效结合,有助于深刻理解研究区的城市空间增长过程,可为城市管理工作提供决策支持。     

黄河流域城市群扩张的时空格局演化及情景模拟——以呼包鄂榆城市群为例

黄河流域城镇扩张对区域景观格局影响显著,城市群人口聚集与增长引发了流域“人-地”矛盾和“空间冲突”等一系列生态环境问题。基于土地利用数据和FLUS模型对2025年和2035年呼包鄂榆城市群城镇化与土地利用时空演化特征进行多情景模拟预测。结果表明：① 1990—2018年呼包鄂榆城市群整体发展水平较低,建设用地面积经历了“平稳增加-缓慢增加-急剧增加”的变化过程,区域总体以草地为主,其占土地总面积的50%以上,其次是未利用土地和耕地,林地和建设用地次之。② 城市群扩张最剧烈地区在空间上主要发生在呼和浩特市、包头市等城市主城区,且扩张模式以外延式扩张为主,扩张来源主要是耕地、草地等生态用地。③ 三种情景模拟发现,2025年和2035年区域土地利用变化的空间结构和特征差异明显。自然发展情景下,城市扩张不受约束,高速增长占据了大量生态用地;加入生态约束条件很好的控制了对草地和林地的占用;经济发展情景下,城市扩张将进一步占据更多的未利用土地和耕地。本研究通过城市群扩张时空格局演化及情景模拟分析,尝试为区域规划、城市空间规划和区域生态空间保护提供多角度、多情景和可选择的政策决策参考。     

Scenario simulation and landscape pattern dynamic changes of land use in the Poverty Belt around Beijing and Tianjin: A case study of Zhangjiakou city,Hebei Province

Land use/cover change has been recognized as a key component in global change and has attracted increasing attention in recent decades. Scenario simulation of land use change is an important issue in the study of land use/cover change, and plays a key role in land use prediction and policy decision. Based on the remote sensing data of Landsat TM images in 1989, 2000 and 2010, scenario simulation and landscape pattern analysis of land use change driven by socio-economic development and ecological protection policies were reported in Zhangjiakou city, a representative area of the Poverty Belt around Beijing and Tianjin. Using a CLUE-S model, along with socio-economic and geographic data, the land use simulation of four scenarios–namely, land use planning scenario, natural development scenario, ecological-oriented scenario and farmland protection scenario–were explored according to the actual conditions of Zhangjiakou city, and the landscape pattern characteristics under different land use scenarios were analyzed. The results revealed the following: (1) Farmland, grassland, water body and unused land decreased significantly during 1989–2010, with a decrease of 11.09%, 2.82%, 18.20% and 31.27%, respectively, while garden land, forestland and construction land increased over the same period, with an increase of 5.71%, 20.91% and 38.54%, respectively. The change rate and intensity of land use improved in general from 1989 to 2010. The integrated dynamic degree of land use increased from 2.21% during 1989–2000 to 3.96% during 2000–2010. (2) Land use changed significantly throughout 1989–2010. The total area that underwent land use change was 4759.14 km², accounting for 12.53% of the study area. Land use transformation was characterized by grassland to forestland, and by farmland to forestland and grassland. (3) Under the land use planning scenario, farmland, grassland, water body and unused land shrank significantly, while garden land, forestland and construction land increased. Under the natural development scenario, construction land and forestland increased in 2020 compared with 2010, while farmland and unused land decreased. Under the ecological-oriented scenario, forestland increased dramatically, which mainly derived from farmland, grassland and unused land. Under the farmland protection scenario, farmland was well protected and stable, while construction land expansion was restricted. (4) The landscape patterns of the four scenarios in 2020, compared with those in 2010, were more reasonable. Under the land use planning scenario, the landscape pattern tended to be more optimized. The landscape became less fragmented and heterogeneous with the natural development scenarios. However, under the ecological- oriented scenario and farmland protection scenario, landscape was characterized by fragmentation, and spatial heterogeneity of landscape was significant. Spatial differences in landscape patterns in Zhangjiakou city also existed. (5) The spatial distribution of land use could be explained, to a large extent, by the driving factors, and the simulation results tallied with the local situations, which provided useful information for decision-makers and planners to take appropriate land management measures in the area. The application of the combined Markov model, CLUE-S model and landscape metrics in Zhangjiakou city suggests that this methodology has the capacity to reflect the complex changes in land use at a scale of 300 m×300 m and can serve as a useful tool for analyzing complex land use driving factors.     

南通市建设用地扩张情景模拟与景观生态效应

选择城镇化进程快速、区位条件特殊的南通市作为案例,集成CLUE-S模型与Auto-logistic回归模型构建适合不同情景的建设用地扩张的动态分布模型。通过1987年以来遥感影像获取的4个时段的南通市建设用地增长时空特征分析提取先验知识规则,模拟在基准、经济发展、生态保护等情景下建设用地增长与空间布局,通过景观学知识分析其空间扩张的生态效应。结果表明,1987年以来,南通市建设用地扩张剧烈,空间上围绕城区和乡镇中心快速蔓延,呈现“轴线增长-内部填充”交替的周期性波动规律。Kappa系数与模拟正确率（PCM）显示,构建的复合集成模型具有较高的可靠性,能够应用于对未来建设用地空间分布的模拟。模拟结果显示未来建设用地扩张集中在城镇周边,其中在经济发展情景下还有向东部沿海滩涂扩展的趋势。由于扩张剧烈,在建设用地集中区呈现出融合成更大面积分布区的现象。建设用地空间扩张的斑块密度和景观形状指数均较高,景观格局趋于不稳定,破碎化相对严重。     

基于CLUE_S模型的矿区土地利用变化情景模拟——以徐州市贾汪矿区为例

以徐州市贾汪矿区1986、1996、2006和2016年4期遥感影像为数据源,基于CLUE-S模型,在传统Logistics回归模型的基础上引入空间自相关因子形成Autologistic回归模型,选取政策、自然环境、社会经济和空间约束等因素,对贾汪矿区2016年土地利用空间分布格局进行模拟以检验精度。在此基础上对研究区2026年趋势发展、经济发展和生态保护3种情景下的土地利用空间分布格局进行了模拟。结果表明：1）Autologistic回归模型在土地利用情景模拟过程中能够更好地反映真实的土地利用格局;2）研究区2016－2026年不同情景下,建设用地在3种情景下均呈现明显的增加趋势,未利用地面积持续减少,其中经济发展情景下建设用的增幅最大,生态保护用地情景下建设用地增幅最小,在生态保护情景下,林地、耕地等生态用地受到保护,建设用地的扩展速度被抑制。 关键词：土地利用变化;CLUE-S模型;Autologistic回归模型;情景模拟;贾汪矿区     

Exploring the future of rural–urban connections in sub-Saharan Africa: modelling urban expansion and its impact on food production in the Addis Ababa region

Abstract

The built-up area of Addis Ababa and its surrounding towns is expanding into the peri-urban region leading to high losses of farmland, directly influencing the food production for the urban population. This paper investigates the patterns of settlement growth in the region surrounding Addis Ababa and their impact on peri-urban agriculture using an urban spatial scenario design model. The effects of two population density scenarios are explored within the framework of a proposed master plan. The model output was used to estimate areas of different suitability levels that would be lost to the modelled settlement expansion. The settlement area in 2038 would represent 29% of the case study’s total area in the low-density scenario but only 19% in the high-density scenario. Compared to the low-density scenario, the high-density scenario would only require a third of the agricultural land transformed into settlement areas. Settlement development would contribute to higher losses of land suitable for cultivating important export products, high nutritional value and import-substituting products. The scenario approach can support sustainable regional planning for settlement expansion that conserves valuable farmland in the peri-urban area and contributes to building capacity for strategic planning of the city regions of sub-Saharan Africa.     

广西贵港市城市建成区景观格局动态变化研究

以高分辨率QulckBird卫星影像及航片为数据源,借助GIS技术平台获得广西贵港市4个时期城市景观类型图;运用景观格局指数定量分析城市景观格局的时空变化特征。分析结果表明,近40a来贵港市城市景观趋于有序多样化,表征城市综合发展水平的公共设施用地、市政公用设施用地和工业用地的斑块数和面积均逐年上升;建成区用地规模在经历了扩展过快和扩展不足的波动后,最近10a趋于合理,但仍存在一定程度的土地资源闲置现象;城市化过程中,城市主要景观要素（公共设施用地、工业用地、居住用地和农田）的空间形状表现出规则整齐的特征,而主要景观要素的空间分布特征具有明显的波动变化趋势。     

不同非空间模拟方法下CLUE-S模型土地利用预测——以秦淮河流域为例

基于快速城镇化背景下秦淮河流域土地利用历史状况,选择CLUE-S模型对其2020年土地利用情况进行模拟预测。分别使用线性回归、Markov模型、灰色GM（1,1）模型预测CLUE-S模型非空间模块的土地利用需求量,再嵌入CLUE-S中得到3种预测结果,对预测结果进行比较。另外设定“自然发展”情景与考虑规划政策影响的“优化格局”情景,模拟2020年不同情景下秦淮河流域土地利用格局情况,并进行景观格局分析。结果表明：线性回归模型、Markov模型、灰色GM（1,1）模型的Kappa指数分别为0.866、0.849、0.867,3种方法均满足模型精度要求;自然发展情景中2020年水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积相对于2010年分别变化21.5%、-15.3%、-9.0%、51.5%、-28.9%,而优化格局情景下水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积分别变化3.1%、-1.6%、10.8%、6.3%、-10.6%,相比于自然发展情景,优化情景土地利用状况更符合保护基本农田、增加生态用地连通性、提高雨水下渗能力以及缓解城市热岛效应的要求,为后期土地利用规划提供了依据。