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。     

中国北方未来50年土地利用变化模拟

1 IntroductionLand use m odelling is a useful tool to analyze the land use cause, process and result, torecognize the im pact of land use system change on ecological environm ent,and to support theland use planning and policy (IIA SA ,1998;Costanza etal.,…     

沈阳市城市扩展与土地利用变化多情景模拟

利用基于遥感手段获取的沈阳市城市扩展与土地利用变化历史数据,对SLEUTH城市扩展模型进行校正,对未来(2005~2030年)不同管理情景下的城市扩展与土地利用变化过程进行模拟,并对其发展变化趋势和生态环境影响进行分析与比较。结果显示,在三种管理情景下,未来的沈阳市城市建设用地都将持续增加,大量的耕地资源被侵占;但不同管理情景下,城市景观格局和区域面临的景观生态风险却表现出明显差异。SLEUTH模型的模拟结果较好地反映了沈阳市不同土地利用政策、规划方案等对未来城市扩展和土地利用变化以及区域景观生态风险的潜在影响,同时也指出了当前城市增长管理政策中存在的不足之处。     

多因素耦合下三峡库区土地利用未来情景模拟

模型模拟和情景变化分析是未来土地利用变化研究的核心内容,本文以2000年三峡库区土地利用现状为基期数据,利用Binary Logistic模型回归分析驱动因子与土地利用间的关系,利用CLUE-S模型对2010年土地利用进行模拟,校验并确定影响库区土地利用驱动因素的主要参数后,基于自然增长、粮食安全、移民建设和生态保护对2020年、2030年库区土地利用情景予以模拟。结果表明：① 通过Binary Logistic模型分析和检验,水田、旱地、林地、草地、建设用地和水域的ROC曲线下面积值均大于0.8,表明所选驱动因子对土地利用的解释能力较强,可用来估算土地利用概率分布;② 2010年各地类模拟结果经验证得Kappa系数分别为水田0.9、旱地0.92、林地0.97、草地0.84、建设用地0.85和水域0.77,总体上能满足模拟与预测需求;③ 多情景模拟显示库区不同土地利用类型在空间上的竞争关系,以及所带来的对库区粮食安全、移民建设、生态保护的影响,包括水田大量转换为旱地（“水改旱”）、耕地与林草地被建设占用、林草地开垦为耕地、陡坡耕地退为林草地等行为,需要在土地利用优化中平衡各方面的需求;④ 多因素、多情景模拟能为库区土地利用提供更为清晰的、可供抉择的政策调控思路。     

中国北方农牧交错带土地利用空间优化布局的动态模拟

合理、最优的土地利用方案涉及到影响土地利用变化的诸多因素,引起了目前学术界的广泛关注与重视。 本文利用CLUE- S 模型的理论框架,构建了中国北方农牧交错带土地利用空间优化布局模拟模型,通过对中国北 方农牧交错带土地利用变化的情景设置,实现了六种土地利用变化分配模式下的空间优化布局。研究表明,中国北 方农牧交错带在不同的分配模式下,各用地类型间的竞争导致区域土地利用类型之间的转移差异较大。经过空间 优化的土地利用空间分布和土地利用现状相比较,耕地和草地更加集中,从不同分配模式的空间分布比较中可以 看出,进行土地利用空间分配时,土地利用变化的敏感地带位于东北部地区和西部地区,东北部地区主要表现为林 地转化为耕地,在西北地区,主要是草地和耕地之间的相互转化,而在广大的中部地区,则主要是耕地转化为草地。     

土地利用变化空间模拟的进展--CLUE-S模型及其应用

土地利用变化的空间模拟是进行土地利用情景分析的重要基础。本文在介绍了国际上常用的细胞自控模型(CA)、土地利用变化及效应模型(CLUE)的基础上,重点分析了小尺度土地利用变化及效应模型(CLUE-S)的方法,并以邯郸地区为例进行了案例研究。认为CLUE-S模型采取经验模型的方法,通过建立土地利用空间分配和驱动因子之间的统计关系模拟近期土地利用变化的情景。同时也考虑了不同土地利用方式之间的竞争关系,因此可以较好地模拟小尺度地区的近期土地利用变化情景;考虑到短期或近期土地利用变化的因子主要与人类的社会经济活动有关,而社会经济因子的空间化尚存在一定难度。因此,突破这一瓶颈成为CLUE-S模型发展和应用的关键;CLUE-S模型主要解决的是不同空间尺度上的土地利用空间分配问题,在土地生产潜力评价、土地利用规划等方面具有广阔的应用前景。     

气候变化与土地利用/覆被变化对中国北方农牧交错带水资源影响研究进展

中国北方农牧交错带对全球变化响应敏感,研究气候变化及土地利用/覆被变化（LUCC）背景下北方农牧交错带水资源问题,对变化环境下生态脆弱区的水资源利用与管理具有重要意义。通过对北方农牧交错带气候与LUCC演变特征及其对水资源影响等方面的综合研究,总结得出：（1） 近几十年,该地区气候呈暖干化趋势,气温升高速率与降水减少速率均高于全球平均水平。（2） LUCC以农牧相互转化为主,土地利用结构未发生明显变化。（3） 该地区流域径流、地下水位与气温负相关,与降水量正相关,且降水作用更明显;近几十年来,LUCC成为影响该地区生态水文过程的主导因素,对水资源影响的贡献率越来越大。同时,针对目前研究中存在的问题及薄弱环节,提出未来研究的发展趋势和亟需重点加强的研究方向。     

局地土地利用变化现实情景研究

局地土地利用变化表现为时序短、空间倾向性强且多为人类强制干扰, 其变化过程与结果 是区域尺度响应与反馈国家尺度、全球尺度最有效的途径。城市化、农业结构调整和土地整理是 目前我国局地土地利用变化的几种主要利用方式。城市化是一个不可逆过程, 农村景观转为城市 景观, 改变了诸如地表反照率、粗糙度等下垫面特征, 局地生境与物种的数量与种类发生改变, 逐 步形成以人类为主的均质化景观格局; 农户微观土地利用选择行为是局地农业产业结构调整的 原动力, 不同类型农户在投资、生产与经营等经济活动的差异将导致局地土壤结构、水分、养分等 土壤条件及环境改变; 土地整理是一个复杂的系统工程, 在一定程度上改变了局地土壤性状与土 壤生物, 更甚的是改变了局地斑块- 廊道- 基质模式的景观格局。因此, 为进一步加深局地土地利 用变化情景的理解, 厘定“人- 地协调系统”的理论框架, 进行局地土地利用变化的情景模拟和生 态环境效应研究将是未来局地土地利用变化的研究方向。     

北方13省土地利用/覆盖动态变化分析

对北方13省1989~1999年的宏观土地利用/覆盖动态变化进行分析。结果表明:研究区草地、水体的退化以及未利用地的不断扩展增加区域生态系统的敏感性和脆弱性,生态环境压力进一步增大;土地利用/覆盖总体破碎度不断增加,土地利用向着多样化和均质化方向发展;10年间,各种土地利用/覆盖类型重心的空间位置均有所变化。水体变化最明显,其次为未利用地、耕地和城建用地;各种土地利用/覆盖类型变化表现出明显的区域差异。     

近20年中国北方13省的耕地变化与驱动力

利用 1983年1月至1999年12月长时间序列NOAA/AVHRR NDVI 数据和2001年逐旬SPOT/VGT 数据,获取了中国北方13省1980s初期、1990s初期、1990s末期和2000s初期地表土地覆盖特征,阐述了中国北方13省的耕地变化过程,并重点讨论了人类活动对耕地变化特征的影响和耕地变化的驱动力。发现：(1) 裸地、耕地等弱生态用地面积持续增加,而林地和草地等生态功能用地和混合功能用地持续减少是我国北方1983~1999年土地利用/覆盖变化的主要特征,这在一定程度上影响着区域生态系统的调节功能。但在2000s初期,这种状况有所改观,表明国家自20世纪末期开始实施的退耕还林还草等一系列生态环境建设措施在一定程度上开始发挥作用;(2) 从1983~2001年,中国北方13省的耕地重心整体上表现出向西南方向偏移的趋势。此外,地形和交通状况对耕地的空间变化过程影响明显,区域耕地面积主要集中在海拔较低、坡度较小的平原和丘陵地带,耕地利用强度一般随着距交通干线距离的增加而减少;(3) 人们生活收入水平以及农业产量变化与耕地变化关系密切,其中人们生活收入水平与耕地面积成负相关,而农业产量与耕地面积呈正相关,表明经济的发展以及人们生活水平提高导致的非农用地量增加以及农业用地内部的结构调整是中国北方13省耕地变化的重要原因。     

基于SD模型的湖南省土地利用变化情景模拟

运用系统动力学模型（System Dynamic Model,简称SD）对湖南省不同社会经济发展情景模式下的土地需求进行了模拟预测。结果表明：1）不同发展模式下建设用地需求均呈增长态势,其他各类土地需求变化幅度差异较大,其中以水域与耕地差异最大。2）根据可持续发展战略要求,稳定发展情景模式较为理想,在此模式下,各类土地利用需求与现有土地利用状况较为接近,对各类土地需求均不会造成太大压力。3）土地利用现状完全能满足低速发展模式对各类土地的需求,但其前提是降低消费水平与市场自给率;而高速发展型对耕地、水域需求大大超出现有水平。4）在现有粮食消费结构下,若不能有效提高粮食单产水平,人口和经济增长带来的粮食需求将对耕地造成很大压力。     

20世纪中国土地利用变化研究

２０世纪的土地利用和土地覆盖变化研究是当今国际科学研究的前沿领域。比较系统地收集,整理并校准了民国与１９４９年以后的各种土地利用调查、普查与遥感资料,对土地利用变化概貌、耕地、林地、草地、居住建设用地等进行了统计与比较分析,用比较翔实的数据揭示了２０世纪以来中国土地利用变化的史实。     

中国土地利用的分区优势及其演化机制

为了揭示不同区域土地利用变化之间的空间联系,借鉴经济学中的区域优势理论,提出了区域土地利用优势的概念及其度量方法;进而利用该方法以及国土资源调查数据和统计数据,分析了中国1996-2003 年间土地利用的分区优势以及分区优势的演变。研究发现上海、 天津、北京、江苏、浙江、山东、广东等建设用地具有明显优势的地区,建设用地优势指数快速上升,上升幅度在0.17 以上,使得这些省区建设用地的优势越发明显,而农地优势有所下降;河北、福建、海南、吉林等原本就具有农地利用优势的区域,农地优势上升较大,而广西、云南、宁夏、甘肃、新疆、内蒙等省区农地优势则略有上升。同时河南、安徽、湖南、 黑龙江、四川林草地优势明显上升。研究结果表明,中国土地利用的分区优势在其演化过程中存在高端极化机制、梯度外推机制和生态阻拦机制。这三大机制在全国尺度上不仅主导中国土地利用分区优势的演化过程,同时也主导中国近期土地利用格局的变化。     

中国土地覆盖时空变化未来情景分析

在对HLZ (Holdridge life zone) 分类系统与土地覆盖类型分类系统之间的差异性进行对比分析的基础上,根据土地覆盖类型与HLZ生态系统类型的最大对应概率,构建了基于栅格的土地覆盖边际转换模型。采用基于HadCM3 A1FI、A2a、B2a等三种未来气候变化情景数据模拟获得的中国HLZ生态系统时空变化的系列栅格数据,运行模型后获得相应时段中国未来土地覆盖时空变化情景系列数据。引入土地覆盖类型景观指数及平均中心系列模型和构造平均中心偏移距离及偏移方向的计算模型,对中国未来土地覆盖的景观指数变化及其平均中心的偏移距离、偏移方向及偏移趋势进行综合分析。基于HadCM3 A1FI、A2a、B2a三种情景模拟结果分析表明：在2000~2099年间耕地、草地、湿地、水域、冰川雪被等土地覆盖类型面积逐渐减少,林地、建设用地、荒漠等土地覆盖类型面积逐渐增加,沙漠面积有所减少。其中,林地增加速度最快 (平均每10年增加2.34%),裸露岩石减少速度最快 (平均每10年减少2.38%)。     

基于土地利用变化的近18 a新疆沙地动态及其驱动力分析

 基于新疆1990—2008年的土地利用变化数据库利用土地利用转移矩阵和土地利用变化状态与趋势指数模型分析新疆沙地的动态,依据沙地的转化方向及转化源探讨新疆沙地变化的驱动力。研究区沙地在1990—2000年呈增加趋势,增加速率为84.40 km2·a-1,草地转换为沙地的面积最大;2000—2008年呈减少趋势, 2000—2005年和2005—2008年减少速率分别为86.98 km2·a-1和118.26 km2·a-1,且主要转换为耕地。沙地面积的增加和减少受气候干湿变化和人类活动控制。同20世纪50—90年代相比,1990—2000年新疆沙地扩张速率降低了近一半,局部荒漠地区生态环境有所改善,原因为大规模的土地开垦与气候的暖湿变化。2000—2008年新疆沙地面积不断减少,原因为土地开垦模式发生着变化、生态建设的较快发展以及气候处于相对暖湿的状态。但一些地区沙化问题仍然存在,新疆干旱脆弱的生态环境本质没有根本改变,依然存在着土地沙漠化的潜在危机。     

Modelling scenarios of land use change in northern China in the next 50 years

Modelling scenarios of land use change and their impacts in typical regions are helpful to investigate the mechanism between land use and ecological systems and process the land use allocation under the ecological security. A system dynamics (SD) model with the aim to modelling scenarios of land use change and assessing ecological impact in northern China in the next 50 years is developed here. The accuracy assessment with the historic data from 1990 to 2001 indicated the SD model is robust. After the different "what-if" scenarios controlled by GDP, population, market, and technology advancement were built, the different scenarios of land use change in northern China from 2000 to 2050 were simulated with their ecological impact assessed. The result suggested that such factors as GDP, population, market and technology have a strong relationship with land use structural change in northern China. It also indicated that such measures as strict controlling of population increase, importing some food to keep the supply-demand balance in the region, and improving agricultural technology will be the guarantee of regional sustainable development with fast economic growth and the obvious land use structural improvement at the same time.