基于随机森林模型的“生产-生活-生态”空间识别及时空演变分析——以郑州市为例

基于2007年和2017年郑州市POI数据,采用随机森林模型和样方比例法识别其城市内部的“生产-生活-生态”空间,并利用核密度等方法分析研究区“生产-生活-生态”空间的时空演变格局。结果表明：① 随机森林作为新兴的机器学习算法,能够识别“生产-生活-生态”空间且具有较高的精度。② 郑州市“生产-生活-生态”空间分布格局与城市功能分区相匹配,生产空间集聚分布在产业集聚区,生活空间在城市中心城区内呈面状分布,生态空间整体呈点状分布。③ 随着郑州市城镇化建设和基础设施的完善,10年间郑州市“生产-生活-生态”空间的空间分布格局更加合理,生产空间向产业集聚区集聚,生活空间逐渐分散,生态空间分布更加均衡。基于POI数据,利用随机森林模型对城市“生产-生活-生态”空间的识别方法更加有效,识别结果更加精准,能够在更小的尺度上为国土空间规划提供数据与方法支撑。     

基于随机森林模型的黄河流域城市建设用地结构时空演化及其驱动机制研究

城市是区域人口、产业等要素集聚的主要空间载体,系统揭示黄河流域城市建设用地结构演化及其驱动机制对于深入推进黄河流域生态保护和高质量发展战略落实具有重要意义。基于黄河流域2007—2019年城市建设用地数据,论文运用信息熵模型分析了黄河流域城市建设用地结构的时空演化特征,并用随机森林模型探讨其驱动机制。结果表明：(1) 2007—2019年,黄河流域城市建设用地面积快速增长,年均增速达5.34%,但城市建设用地结构信息熵不断降低,经历了“高位无序—相对稳定—低位有序”的变化过程;(2)黄河上、中、下游城市建设用地规模增速依次加大,年均增速分别达到3.91%、5.06%、6.22%;中游地区城市建设用地结构信息熵下降最多,上游地区和下游地区降幅相近;(3)黄河流域各类建设用地主要配置在省会及经济发达城市;黄河流域城市用地结构信息熵存在空间异质性,省会城市及经济发达城市建设用地结构信息熵存在降低趋势,而欠发达城市的信息熵逐步增大;(4)城市用地规模和城市人口规模对城市建设用地结构演化的作用最强,产业结构升级和财政支出规模的作用强度次之,经济发展水平和政策支持力度的作用较小,上中下游影响因子的...     

耦合恢复力的林区土地生态适宜性评价——以吉林省汪清县为例

本研究试图将植被变化与恢复能力纳入林区土地生态适宜性评价中,从空间动态的角度对典型林业县土地生境进行生态适宜性评价;并综合应用人工神经网络、趋势分析与偏相关分析、R/S分析等手段,分别进行生境质量评价、植被变化与驱动分析、趋势可持续性判断。基于流域单元的评价结果良好展示了研究区土地生态适宜性分异,即自然生境本底条件较差、人类活动强度较大的低适宜区域,和有较好生态本底条件、可持续生态恢复能力的高适宜区域。在研究整体概念框架上,本研究提出将判定持续性的Hurst指数作为恢复力的空间表达手段,可以有效对具体区域林业管理进行实际应用;在具体方法上,研究所采用的SOFM神经网络聚类、Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验等数理计量手段可以有效降低主观评价导致的不确定性。     

基于改进潜能模型的县域小学空间可达性研究——以湖北省仙桃市为例

空间可达性是评价教育设施布局合理性的重要指标,而潜能模型是度量教育设施空间可达性的重要方法。本文在引入学校服务能力因子的基础上,综合考虑学校服务能力等级影响和居民极限出行时间构建就学影响因子,对潜能模型加以改进。通过以湖北省仙桃市为典型县域单元的案例研究,结果表明：①村级居民点尺度,乡镇中心和高等级公路沿线居民点的小学空间可达性普遍较高,并按照一定的半径范围呈距离衰减过程,而乡镇毗邻地区居民点的小学空间可达性相对较差;②乡镇(街道)尺度,可达性较高的乡镇(街道)主要分布在沿G318的北部地区,且城乡间、主城区与城郊的小学空间可达性均存在一定差距;③改进潜能模型能合理地评价各农村居民聚落点和各乡镇的小学空间可达性,当摩擦系数β取值为2时,能更为准确地揭示农村居民所能获取的教育资源,为相关部门决策提供科学依据。     

基于转移矩阵的高度城市化区域土地利用演变信息挖掘——以江苏省苏州市为例

深入分析土地利用转移矩阵和地类转移概率矩阵,提出利用连续分时段土地利用转移矩阵求算总时段转移矩阵的方法,进而改进地类变化量和地类动态度计算模型,提出了地类转移无序度的概念、含义并构造计算模型。以苏州市为例进行实证分析,结果显示:1999-2008 年苏州市耕地的总变化量最大,其次是其它农用地和独立工矿用地;其中耕地和独立工矿用地的主导变化是净变化,而其它农用地以交换变化为主;10 年间位列各地类动态度前三位的依次为独立工矿用地、其它农用地和建制镇用地,综合动态度在2004 年和2002 年最大,1999-2001 年较低;地类转移无序度的前二位是其它农用地和交通运输用地,其它地类该值均不高,说明苏州市10 年间的土地利用演化较为有序。研究表明,基于转移矩阵的相关模型的改进和构造深入挖掘了土地利用演变信息,有利于对土地利用变化进行深入研究。     

省尺度森林植被碳储量空间分布模拟不确定性分析——以江西省为例（英文）

Forest vegetation carbon patterns are significant for evaluating carbon emission and accumulation. Many methods were used to simulate patterns of forest vegetation carbon stock in previous studies, however, uncertainty apparently existed between results of different methods, even estimates of same method in different studies. Three previous methods, including Atmosphere-vegetation interaction model 2(AVIM2), Kriging, Satellite-data Based Approach(SBA), and a new method, High Accuracy Surface Modeling(HASM), were used to simulate forest vegetation carbon stock patterns in Jiangxi Province in China. Cross-validation was used to evaluate methods. The uncertainty and applicability of the four methods on provincial scale were analyzed and discussed. The results showed that HASM had the highest accuracy, which improved by 50.66%, 33.37% and 28.58%, compared with AVIM2, Kriging and SBA, respectively. Uncertainty of simulation of forest biomass carbon stock was mainly derived from modeling error, sampling error and statistical error of forest area. Total forest carbon stock, carbon density and forest area of Jiangxi were 288.62 Tg, 3.06 kg/m~2 and 94.32×109 m~2 simulated by HASM, respectively.     

南方丘陵区的生态脆弱度评估--以衡阳盆地为例

本文将生态脆弱性分为潜在脆弱性与现实脆弱性。根据南方丘陵易侵蚀退化脆弱区的脆弱因子分析,选择高度、坡度、土壤可蚀性K值、降雨量、暴雨量、多雨期降雨比重和少雨期干旱指数为潜在生态脆弱度指标;选取森林覆盖率和坡耕地指数作为现实脆弱度评估的人为修正指标,计算现实生态脆弱度。计算结果显示,衡阳盆地大部分的潜在生态脆弱性为轻度脆弱,其中盆地中部的衡南县脆弱度最大,衡阳县次之;无论1984年还是2000年的现实生态脆弱度,均以衡南县最大,祁东县次之;各县2000年的现实脆弱度均比1984年有所下降,其中下降幅度最大的是衡阳县,下降幅度最小的是衡南县。     

基于结构与功能安全性的景观生态安全时空变化——以人工园林大面积种植区西盟县为例

受人类活动强度干扰,大面积人工园林种植区景观结构趋于均质性,仅从景观结构方面分析很难反映景观生态安全性,需将景观功能纳入到景观生态安全研究中才能系统、客观地体现景观生态安全变化特征。以景观干扰度和景观脆弱度作为景观结构安全指数,引入生态系统服务价值作为景观功能安全指数,构建景观生态安全模型,将安全度从低到高分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级,分析2000-2010年西盟县景观生态安全时空变化特征。结果表明:1建立的景观生态安全模型能有效反映景观类型的生态安全性,大小排序为有林地橡胶林桉树林水域茶园灌木林水田草地旱地建设用地。2大面积人工园林的种植使得西盟县景观生态安全由Ⅲ级向Ⅰ和Ⅱ级发生转换,全区景观生态安全降低,但仍保持于中等水平。3西盟县景观生态安全空间差异显著,整体呈现东北、东南部高,西北、西南低的分布格局。中课乡景观生态安全性最好,而勐梭镇安全性最差。     

基于改进潜能模型的城市医疗设施空间可达性——以上海市杨浦区为例

引入人口规模因子和医疗设施等级规模影响系数改进潜能模型,基于GIS空间分析技术,以上海杨浦区为例对其医疗设施空间可达性进行研究。结果表明：杨浦区医疗设施空间可达性分布不均,大桥街道、定海路街道及殷行街道部分区域医疗设施空间可达性较高;中部区域一些街道存在同等级医院位置密集、医疗资源相对集中的情况;杨浦区三级医院的居民就医空间可达性整体优于二级、一级医院。改进的潜能模型综合考虑了居民点人口数量、医疗设施与居民点之间的出行阻抗、以及医疗设施的等级规模对居民就医选择的影响,能更合理地评价医疗设施的可达性。研究结果可为城市医疗设施科学规划与决策提供依据。     

Urban forest loss using a GIS-based approach and instruments for integrated urban planning:A case study of Jo(a)o Pessoa,Brazil

Urban forests play an important role in the thermal comfort and overall life of local populations in large-and medium-sized cities.This study analyzes urban forest loss and maps land use and land cover (LULC) changes between 1991 and 2018 by evaluating the use of urban planning instruments for the mitigation of urban forest loss in Jo～o Pessoa,Brazil.For this purpose,satellite-derived LULC images from 1991,2006,2010 and 2018 and data on urban forest loss areas obtained using the Google Earth Engine were used.In addi-tion,this paper also discusses the instruments used for integrated urban planning,which are(a) the legal sector,responsibility and nature;(b) the urban expansion process;and (c) the elements of urban infrastructure.The results show a clear shift in land use in the study area.The major changes in LULC classes occurred in urban areas and herbaceous vegetation,while the greatest loss was in arboreal/shrub vegetation.Thus,an increase in the pressure to occupy zones intended for environmental preservation could be estimated.Our results showed similar accuracies with other studies and more spatial details.The characteristics of the patterns,traces,and hotspots of urban expansion and forest cover loss were explored.We highlighted the potential use of this proposed framework to be applied and validated in other parts of the world to help better understand and quantify various aspects of ur-ban-related problems such as urban forest loss mapping using instruments for integrated urban planning and low-cost approaches.     

基于潜在活动空间的个体时空可达性特征与影响因素研究——以上海市郊区为例

可达性是人文地理学和相关学科研究的核心议题之一。在“以人为本”理念的影响下,以时间地理学理论为基础、基于人的研究范式的时空可达性测度方法受到学者关注,成为生活质量、社会公平等议题的重要切入点。论文通过刻画整日潜在活动空间对个体的时空可达性进行测度,并以上海市郊区为案例地区,基于2017年居民活动日志一手调查数据开展实证研究。首先利用路网分析、二次开发等方法,对个体工作日和休息日的潜在活动空间进行测度;其次以弹性时间、整日潜在活动空间面积和可达设施密度为测度指标,利用GIS三维可视化、方差分析等方法分析时空可达性的特征及其在空间和时间维度的分异;最后,利用多元回归分析方法,探讨区位因素、时间因素和社会经济属性对居民时空可达性的影响。研究结果表明,上海市郊区居民的时空可达性在空间和时间维度上均存在着明显的分异,其中远郊居民面临着更强的时空制约和更大的空间困境;区位因素和时间因素是影响居民时空可达性的重要因素。该研究是时空可达性的测度方法在郊区中的实证检验,揭示了时空可达性的动态特征和个体间差异,为设施的时空优化配置和郊区新城建设中居民生活质量的提高提供了实证依据。     

中国天山西部山区森林积雪消融过程观测分析——以巩乃斯河谷为例

通过对2013年春季中国科学院天山积雪与雪崩研究站区内阳坡无林地和阴坡不同开阔度森林内积雪深度、融雪速率以及常规气象的观测,分析了融雪期不同开阔度森林积雪的消融过程以及积雪表面能量平衡特征。结果表明:不同开阔度林冠下积雪深度具有相同的变化趋势,森林的林冠开阔度越大,林下积雪深度越大,林下积雪开始消融和完全消融的时间越晚,消融期也越长。森林积雪融雪开始和结束时间比阳坡无林地区晚20~30 d左右。融雪前期林冠开阔度越大,其林下融雪速率越小。融雪后期则森林开阔度越大,森林积雪的融雪速率越大。不同时期由于不同开阔度林冠下雪面能量收支以及雪层深度等物理特性的差异,从而使不同开阔度林冠下森林积雪融雪速率的相对大小,融雪速率最大值出现时间和日变化特征均不相同。晴天森林积雪的消融速率和日变化特征取决于净短波辐射和长波辐射变化特征。降水期间,其融雪速率的变化则主要受降水形式、降水量以及积雪深度等雪层特性的影响。     

样方形状对空间点格局的性能影响分析——以天目山阔叶林为例

利用浙西天目山常绿阔叶林样地调查数据,在随机样方点格局分析基础上,提出样方形状对点格局分析性能影响差异性问题。结果表明：（1）在最优样方面积相同条件下,通过配对t检验得出圆形与正方形、圆形与正六边形和正方形与正六边形样方性能对比的配对t检验概率P分别为0.249、0.043和0.023,表明样方形状对点格局分析性能影响具有差异性,圆形样方和正方形样方之间没有显著差异,正六边形样方与圆形样方、正方形样方之间差异显著;（2）圆形～正六边形和正方形～正六边形样方间VMR差值的95%置信区间分别为[-0.429,-0.010]和[-0.196,-0.021],其区间值上界均小于0,表明正六边形样方分析性能为最优,其性能高于圆形样方和正方形样方;（3）随机样方法在样本量较小时,点格局分析结果不稳定,但随着采样数目逐步增大到90以上时,其VMR值和P值趋于稳定。     

黄土丘陵沟壑区乔灌草植物空间优化配置——以甘肃省定西地区为例

黄土丘陵沟壑区水土流失的影响因素有气候、植被、土壤、地形等,而乔灌草植物在空间上的不合理配置是造成该区水土流失严重的主要原因之一。本文选择研究区内限制植物生长与分布的4个关键环境因子 (高程、坡度、坡向和降雨量),利用多属性决策分析(MCDA)的方法,探讨乔灌草植物在空间上的优化配置,将整个研究区划分为5类乔灌草植物空间优化配置主模式和18类乔灌草植物空间优化配置子模式;同时,应用GIS聚类分析与统计分析方法,对所划分的乔灌草植物空间优化配置模式进行空间布局分析。结果显示:农民赖以生存的经济林/农林复合配置模式和农田/庭院经济配置模式是研究区的主要配置模式,占配置模式总面积的76.02％。     

城市管治、区划调整与空间整合——以常州市区为例

以常州市区为例,重点从产业空间管治的角度,分析了在行政区划调整下城市管治重构与空间整合。通过分析现状开发区在主导产业选择、产业空间布局与区位选址方面的问题,论文认为,当前制度框架、经济政策与要素集聚、社会文化及空间规划等方面是造成目前中心城区之间管治冲突的主要原因;行政区划调整虽然有利于城市规模的做大和某种程度上规避强大的县级市与中心城市之间的日益突出的矛盾,但当前的发展并没有有效地削减这两大空间单元之间的本质冲突。进而,论文又从制度重构、政策导向与空间整合三方面重点分析了要构建有效的市区管治模式、实现空间协调发展与整合。     

Soil fertility evolution and landscape dynamics in a Mediterranean area: a case study in the Sant Llorenç Natural Park (Barcelona, NE Spain)

The cartography of land covers was used to study fertility and soil evolution in a mountainous Mediterranean area during the anthropocene period ( Crutzen P J 2002 Geology of mankind Nature 415 23). The aim was to determine changes in fertility as agricultural lands were abandoned in the 14 000 hectare area that constitutes Sant Llorenç del Munt Natural Park in a pre-coastal Catalan mountain range (north-eastern Iberian Peninsula). The analysis of land covers using vegetation maps, orthorectified images and aerial photography has allowed us to differentiate six vegetation groups: holm-oak wood, pine grove, oak wood, scrub, active agricultural fields and abandoned agricultural fields. The anthropic covers over the past 100 years were subdivided into five categories: active fields and those abandoned over four time periods. Study variables include field shape (concave, convex, flat), orientation (north, south) and slope (ranging from 12º to 24º). The parameters used for the physical-chemical soil analysis included organic material, phosphorous and potassium; fertility was classified based on groups, types and classes. The results indicate that even when the visual appearance of certain landscapes is similar, the edaphic characteristics may be very different. Changes induced by human disturbance share this phenomenon. Therefore, land management should be considered globally, taking into account vegetation, soils and water as interdependent factors, since it is their interaction that produces landscape and most affects its evolution over time.     

气候变化背景下森林动态模拟研究综述

在全球气候变化背景下,森林的地理分布与生态过程研究受到越来越多的关注.森林对气候变化的响应是一个复杂的过程,在已有模拟方法中,林窗模型和全球植被动态模型由于考虑了气候作用下植被的演替与更新等机理,能较为合理地模拟气候变化背景下森林的瞬态响应,是目前气候变化研究的热点之一.全球植被动态模型以植物功能类型(PFTs)表示区域森林植被组成,通过模拟PFTs比例的变化来反映森林地理分布格局的动态变化.通过回顾上述两类模型的发展历程,梳理了模型在模拟研究森林地理分布及生态过程中,对过去和未来气候变化的潜在响应方面的应用,并针对模型中存在的不足,提出今后应在动态模型多尺度研究、加强模型对非气候因子的描述、模型间比较、多源遥感数据与模型同化等方面开展重点研究.     

基于空间数据库的多媒体图形查询信息系统研究——以苏州河环境综合整治为例

本文介绍作者自行开发的GIS软件系统———基于空间数据库的多媒体图形查询信息系统的内容、结构和功能 ,以及在环境规划管理方面的应用。阐明了系统可满足决策管理层和公共信息发布层等不同层次的应用需求 ,对环境工程项目的规划管理可作为示范和借鉴。说明本系统除具有一般GIS系统所具有的功能外 ,还把现代多媒体技术和GIS空间数据库技术结合起来 ,实现了在空间数据基础上的多媒体信息查询 ,丰富了GIS中属性数据查询的内容 ,提高了地图的可视性。详细介绍了一种地理信息系统的空间分析方法———包含分析的算法和在本系统中的具体应用———按多边形区域进行空间相关性关系查询。     

Landslide susceptibility mapping based on Support Vector Machine: A case study on natural slopes of Hong Kong, China

The Support Vector Machine (SVM) is an increasingly popular learning procedure based on statistical learning theory, and involves a training phase in which the model is trained by a training dataset of associated input and target output values. The trained model is then used to evaluate a separate set of testing data. There are two main ideas underlying the SVM for discriminant-type problems. The first is an optimum linear separating hyperplane that separates the data patterns. The second is the use of kernel functions to convert the original non-linear data patterns into the format that is linearly separable in a high-dimensional feature space. In this paper, an overview of the SVM, both one-class and two-class SVM methods, is first presented followed by its use in landslide susceptibility mapping. A study area was selected from the natural terrain of Hong Kong, and slope angle, slope aspect, elevation, profile curvature of slope, lithology, vegetation cover and topographic wetness index (TWI) were used as environmental parameters which influence the occurrence of landslides. One-class and two-class SVM models were trained and then used to map landslide susceptibility respectively. The resulting susceptibility maps obtained by the methods were compared to that obtained by the logistic regression (LR) method. It is concluded that two-class SVM possesses better prediction efficiency than logistic regression and one-class SVM. However, one-class SVM, which only requires failed cases, has an advantage over the other two methods as only “failed” case information is usually available in landslide susceptibility mapping.     

土地利用和气候变化对森林地上生物量的影响模拟——以江西省泰和县为例

以土地利用变化和气候变化为特征的全球和区域环境变化及其影响已经成为国际社会和公众关注的焦点,同时也是土地科学、全球变化科学和全球生态学关注的关键问题。由于土地、气候和森林生态系统之间存在着复杂而密切的关系,土地利用变化和气候变化将不可避免地对森林结构和功能产生重要影响。如何采用合理的适应措施降低这些变化可能带来的损失,是目前全球变化研究亟待解决的问题之一。因此,研究土地利用和气候变化对森林的单独及综合影响具有重要的科学意义。本文综合利用基于主体的土地利用模型（ABM/LUCC）、生态系统过程模型（PnET-II）以及森林景观动态模型（LANDIS-II）构建了综合模拟研究框架,选择森林类型多样且具有长期观测数据积累的江西省泰和县为研究区,模拟并对比了土地利用和气候变化组合情景下未来森林地上总生物量的变化差异。结果表明：① 土地利用变化对泰和县森林地上总生物量的影响比气候变化所带来的影响更加显著。研究区森林地上总生物量在有土地利用变化干扰的情景下与RCP 2.6、RCP 4.5和RCP 8.5单独的气候情景下相比分别减少33.13%、32.92%和32.42%;② 尽管未来气候变化可能有利于森林地上总生物量的积累,但土地利用变化将使森林地上总生物量显著减少,并将抵消气候变化带来的正效应;③ 本文提出的综合模拟研究框架可以很好地模拟土地利用和气候变化对森林生态系统的影响,可为提升和优化人工林结构和功能、开展可持续森林管理提供科学建议。