土地利用系统动态变化模拟研究进展

土地利用/覆被变化与环境要素的动态作用过程自LUCC相关研究计划开展以来一直是重点内容,并且愈来愈受到重视.将土地利用主体的决策过程和环境要素变化过程综合起来研究土地利用系统动态变化,是实现土地自然生态系统与社会经济系统耦合研究的途径与方法.本文在对土地利用系统复杂性分析的基础上,提出目前土地利用系统变化模拟需要解决的基本科学问题,主要包括土地自然环境要素对土地利用主体决策的影响、不同空间尺度土地利用主体及主体间相互作用及在此基础上的区域土地利用动态变化模型研究.土地利用模型是分析土地利用系统结构与功能的有力工具,通过分析土地利用系统模拟研究进展发现国内外真正实现了自然生态系统和社会经济系统综合研究的模型尚不多见.基于主体的土地利用模拟方法综合了土地利用变化中空间变化和主体决策过程,适合于分析土地利用系统变化的空间过程、空间相互作用和多尺度现象.本文在对国际上基于多主体模型进行土地利用系统模拟的相关进展、模拟平台等分析评述的基础上,提出未来我国开展基于多主体模型进行土地利用变化研究的建议.     

复杂系统理论与Agent模型在土地变化科学中的研究进展

基于复杂系统理论与Agent 模型,分别从理论与方法的角度梳理并总结了当前土地变化科学的研究进展。复杂系统理论为研究土地变化所处的“耦合的人类-自然系统”及其复杂性问题提供理论支撑;而基于Agent 的模拟作为研究复杂系统的重要工具,为传统土地变化模拟提供新的方法支持。当前,ABMs与土地变化模型相结合(ABM/LUCC),无论是模型构建还是模型应用均取得了显著进展。然而,其也存在诸多问题,尤其是理论与应用脱节,使很多建模者容易陷入“为建模而建模”的误区。此外,现有的ABM模型设计较为随意,模型间差异太大,不利于跨区域比较研究的开展。因此,虽然ABM是认识复杂系统的有效方法,但是建模之前离不开对系统复杂性的深入研究;基于Agent 的土地变化模拟的意义在于充分表达“人类-自然”系统的综合复杂关系,从而合理的预测土地变化(结构与功能) 的动态过程,解释并评价土地变化的可能影响。     

北京城市边缘区土地用途转换宏观动因机制研究

以土地用途转换为论题,将其作为北京城市边缘区土地利用变化的"基本内核过程"进行分析,在土地用途转换基本驱动模式的基础上构建起研究区土地用途转换宏观动因机制的理论框架模型;应用这一模型,结合研究区1982～1997年这一时段土地利用动态变化中的基本情况,对研究区在城市化过程中、各种体制因素作用下土地用途转换的宏观动因机制进行了综合分析,在揭示主因力作用的同时,着重阐明了各种驱动因素之间相互制约、互相联系形成的"合力"效应。     

青海省土地承载力的系统动力学研究

以资源——资源生态——资源经济科学的理论为基础,对青海省土地资源人口承载力系统条件的综合分析,针对各类资源之间的平衡关系、农业结构与资源结构的匹配关系、单产潜力的预测与总生产潜力的仿真,进行人口与资源关系的综合研究,建立该地区土地资源人口承载力的动态模型。     

奈曼旗土地沙漠化系统动态仿真研究

本文应用系统动力学理论建立了奈曼旗土地沙漠化动态仿真模型。奈曼旗土地沙漠化系统由种植业、林业、畜牧业、草地和人口五个动态子系统构成。本文根据土地沙漠化系统中正负反馈关系,建立了系统流图和构造方程,并经仿真运算,就农林牧土地利用构成的三种不同方案,对到2040年该旗沙漠化发展趋势分别作了预测。     

基于“源”“汇”理念的土地利用动态变化分析——以重庆市主城区为例

在总结传统土地利用变化模型的基础上,从总动态度、地类活跃度、用途转换波动度层面构建了土地利用动态分析模型,并以4期遥感数据为研究数据揭示了21年来重庆主城区土地利用总动态变化度、类型转换活跃度以及转入与转出的波动度.提出了地类活跃度、用途转换波动度概念,构建了相应的分析模型,并从“源”“汇”理念对用地类型转入与转出的波动度情况进行了深入分析,弥补了现有分析模型的不足.该系列分析结果可为城市动态模拟的用地需求预测、转换规则建立及其他参数的设置提供参照,也可为完善现有动态模拟模型的用地转换规则、提高模型的适用性起到积极作用.     

中国耕地转型与土地整理:研究进展与框架

土地利用转型研究是开展土地利用/覆被变化( LUCC) 综合研究的一条新途径。通过整合 社会和环境变化的时间尺度与历史背景, 开展中国耕地转型与土地整理方面研究, 属于IGBP 和 IHDP 联合发起的全球土地计划(GLP) 的重要研究内容。本文在综述土地变化科学( LCS) 的理论 与模型、土地利用转型、耕地变化与土地整理的研究进展基础上, 提出中国耕地转型与土地整理 的研究框架： 运用GIS 技术, 通过综合分析遥感解译的土地覆被数据及建国以来国土资源系统的 耕地面积变化数据, 探讨中国耕地变化的空间格局, 结合自然要素和社会经济要素分析耕地转型 的影响因子; 借鉴国外相关研究, 通过分析特定时期内中国耕地变化的影响因素及相应的管理政 策, 在了解中国耕地变化过程的基础上提出中国耕地转型的理论假设; 结合中国耕地的时空变化 模拟, 进而确定中国耕地变化的区域类型及其所处的转型阶段, 并以此作为指导我国耕地保护的 重要举措———土地整理的理论基础和科学依据。     

土地系统研究的方法探讨

系统方法是土地系统研究的基本方法，整体性原则，综合性原则，等级层次性原则和性原则是土地系统研究所依据的原则，土地系统研究的过程可概括为协调（具有两重含义－－平衡和优化），综合以及环境意识。土地系统研究的方法的核心是基于系统科学的基本原理针对土地系统研究的不同内容建立起相应的数学的或非数学的模型，并借助于技术、表格、图式以及其它表达方法，达到研究的目的。     

改进的案例推理CA模型及土地覆盖变化模拟

对基于案例推理的元胞自动机模型(CBR-CA)进行改进,将各类别的宏观转移概率添加到目标函数中,体现各类别的转变特征,并增加时间权重来确定转移概率,实现时间尺度上的模拟;由于土地覆盖变化的多样性和空间结构的复杂性,利用Monte Carlo(M-C)法确定土地覆盖的最终转换类别。选择黄河源区为试验区,利用1977年、1985年土地覆盖数据建立原始案例库,模拟了该区域1995年、2000年和2006年的土地覆盖变化,模拟的各类别转换的数量精度与实际相吻合,各年份的总体误差分别为0.002%、0.012%和0.005%,空间位置精度总体在70%以上,并进行未来土地覆盖情景预测。该模型可用于多类别、长时间序列区域土地覆盖变化的模拟与预测。     

土地变化科学中的尺度问题与解决途径

尺度问题是土地变化科学中的关键问题。总结国内外近10年来土地变化研究中尺度问题的进展表明:土地变化研究中的尺度问题多集中于数据处理、格局与过程的表征、驱动力的影响、模型运用、生态环境效应以及土地政策与可持续管理等方面。尺度问题主要产生于地理现象的异质性、地理系统的等级性、响应与反馈的非线性、干扰因素的影响及主观认识的局限等。土地变化中尺度问题研究的一般途径为尺度选择-尺度分析-尺度综合;尺度选择时应该以问题为指向,数据为基础,选择适宜的尺度;尺度分析中需要从更大尺度和更小尺度同时开展分析,找出重要的变化动态,防止信息的遗漏或夸大;尺度综合是认识全球与地方关系的纽带,可将其分为尺度上推和尺度下推,在尺度综合中方法是主导,目标是寻找各尺度之间的"连通性"。模型有助于深刻理解土地利用系统动态,发展嵌套式模型是目前尺度综合研究中的重要内容。     

论土地生态经济学与土地生态经济系统（下）

3 土地生态经济系统的运行机制3.1 土地生态经济系统运行目标土地生态系统与土地经济系统复合而成的土地生态经济系统,其运行目标也不是单一的,而是多目标的复合,这一运行目标集合体由四个基本要素构成:(1)合理配置土地资源;(2)持续增殖土地价值;(3)创建且发展有序的人地关系格局;(4)构筑并保持土地生     

土地系统多主体模型的理论与应用

土地变化科学是理解人类—自然耦合系统的交叉学科研究方向。多主体模型（ABM）作为过程导向模型,对揭示土地变化驱动力,理解土地变化过程有重要作用。本文从理论、应用与建模框架三方面出发,总结了ABM理论基础和相关概念;阐述了ABM在城市和农业土地系统两方面的应用与发展,进一步介绍了横断山区退耕还林ABM研究案例;在梳理ABM建模协议的基础上,提出了主体视角的土地系统ABM建模框架和实施流程。在城市土地利用方面,ABM研究从最初基于景观研究城市扩张,到研究城市内部居住分隔,规划分区,生态功能等多方面;在农业土地利用方面,ABM应用则呈现出更加多样化和个性化的特征,包括农民行为、农户决策、种植系统、农业政策等。相比于传统模型,ABM因其依靠本地知识与数据而使得其构建更为复杂,且不易推广;但因其独特的自下而上模型构架,在探究土地变化驱动力、刻画人类行为对自然环境影响等方面具有不可或缺的作用。     

典型区域土地沙漠化综合管理系统动力学模型分析

土地沙漠化过程是一个由自然和社会因素共同驱动的复杂过程,因此,沙漠化防治策略的制订必须综合考虑沙漠化区域的自然条件和经济社会发展状况。以科尔沁沙地为典型研究区,利用系统动力学的原理和方法,初步构建了这一地区土地沙漠化综合管理的系统动力学模型,探讨了该模型的主要子系统以及各子系统之间的相互作用关系,分析和绘制了人口、种植业、畜牧业、水资源和土地沙漠化5个子系统的系统动力学流图,阐明了各子系统内部不同变量之间的反馈关系,为进一步通过计算机模拟方法确定该区域土地沙漠化综合管理的优化策略和模式奠定了基础。     

土地系统优化助推乡村发展转型研究进展与展望

优化土地系统是实现乡村转型与振兴的重要抓手。论文在概念解析与进展研究的基础上,构建了土地系统优化助推乡村发展转型的研究框架,探究了研究关键与重点并对未来研究进行了展望。当前系统论证土地系统参与乡村发展转型的过程、格局、机理与效应的综合研究尚显不足,急需建立应有的科学范式与方法论体系,明确并拓展研究的分析工具,并逐渐建立起该领域的话语体系。土地系统优化助推乡村发展转型研究需要在机制解析、水平评估、效应与发展模式、未来图景模拟与优化调控等研究的基础上,进一步拓展土地系统优化对城乡融合发展、区域可持续发展乃至全球治理的影响与边际贡献研究。未来需要重点关注土地系统过程机理与区域实践、巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接的关键土地科学问题、乡村发展转型与振兴的动力机制与情景模拟、土地系统参与城乡融合发展的机理与效应以及土地系统与乡村振兴和农业农村现代化等主题。     

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%)。     

土地变化的生态效应研究方法

土地变化研究是全球土地计划(GLP)的重要组成部分,并逐渐演化成新的研究领域——土地变化科学(LCS)。土地变化对陆地生态系统造成了深远影响,其生态效应研究在全球和区域尺度上广泛开展。该文对土地变化的大气、水文、土壤、生物单要素效应及区域综合生态效应的主要研究方法和技术手段进行总结。结果表明,在观测和试验基础上,抽象出数理模型对土地变化的生态效应进行模拟以及定量评价是主要研究方法;借助于多时空尺度模型,土地变化的大气、水文效应研究已经相当深入,但区域综合生态效应的研究还比较薄弱,主要以影响评价为主;建立多元素耦合、多尺度集成的机理模型和综合定量评价是今后发展的重要方向。     

基于神经网络的元胞自动机及模拟复杂土地利用系统

本文提出了基于神经网络的元胞自动机(CellularAutomata),并将其用来模拟复杂的土地利用系统及其演变。国际上已经有许多利用元胞自动机进行城市模拟的研究,但这些模型往往局限于模拟从非城市用地到城市用地的转变。模拟多种土地利用的动态系统比一般模拟城市演化要复杂得多,需要使用许多空间变量和参数,而确定模型的参数值和模型结构有很大困难。本文通过神经网络、元胞自动机和GIS相结合来进行土地利用的动态模拟,并利用多时相的遥感分类图像来训练神经网络,能十分方便地确定模型参数和模型结构,消除常规模拟方法所带来的弊端。     

AutoLogistic 方法在土地利用格局模拟中的应用 —— 以张家界市永定区为例

土地利用/ 土地覆被变化(LUCC) 是当前研究全球变化的重要内容, 而区域土地利用 格局模拟是LUCC 研究的核心内容之一。以张家界市永定区为研究单元, 根据由2005 年土地 利用现状图和数字高程模型数据源得到的土地利用、地形、河流以及道路等空间数据, 对区 域土地利用类型空间格局的空间自相关性特征进行了建模研究, 并通过在传统Logistic 模型 中引入描述空间自相关性的成份, 实现了能够考虑自相关性因素的回归分析模型 (AutoLogistic 模型), 同时应用该模型对区域土地利用格局进行了模拟和分析。结果显示, 通 过与没有考虑空间自相关性的回归模型(传统Logistic 模型) 相比较, 该模型显示了更好的拟 合优度和更高的拟合准确率(耕地、林地、建设用地及未利用地的ROC 值分别从0.851、 0.913、0.877 和0.852 提高到0.893、0.940、0.907 和0.863)。研究结果说明了基于 AutoLogistic 方法的土地利用格局的相关性建模在一定意义上是合理的。同时研究结果也可以 为永定区及其相似地区的土地利用规划决策提供更为科学的依据。     

西北诸河流域土地利用变化及土地生态安全评估

运用ArcGIS空间分析,揭示了1990—2018年西北诸河流域土地利用动态变化特征,采用"压力-状态-响应"(Pressure-state-response,P-S-R)模型和熵权法对指标进行赋权,并分析了西北诸2.65%,土地利用变化剧烈。2000年后城乡建设用地年平均单一动态度为4.16%,增长速度最快。草地主要向沙地、耕地和其他未利用土地转出,流域荒漠区沙地和其他未利用土地之间转换稳定。(2)西北诸河流域土地生态安全评价指标体系中状态层权重最高,为0.4985,由指标权重排序可知,经济社会发展、湿地面积和人口增长是影响西北诸河流域土地生态安全评价的重要因素。(3)1990—2018年西北诸河流域土地生态安全指数呈递增趋势,1990—2014年基本处于不安全级,2015年后转变为较不安全级,西北诸河流域土地生态安全状况有所好转。本研究为西北诸河流域土地利用管理规划提供科学依据,为自然流域尺度的土地利用变化及土地生态安全性研究提供实例。     

论耗散结构对土地综合体稳定性研究的作用

分析了系统动力方程地理系统动态模型和耗散结构理论自然地理系统模型的优缺点,指出系统的稳定性研究是土地综合体和土地资源研究的重要内容。