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.     

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。     

土地系统动态模拟与土地用途转换分析的方法探索——兼评“土地系统计量模型”图书

由中国科学院地理科学与资源研究所邓祥征博士撰写的关于"土地系统计量模型"的两本书(<土地系统动态模拟>、 <土地用途转换分析>)已于2008年11月由中国大地出版社出版,这反映了我国青年科研工作者积极响应并参与了全球土地科学研究计划(GLP)相关研究活动,并在土地系统格局演替动态模拟、土地用途转换分析的方法与模型研究方面做出了有价值的探索.     

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。     

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。     

土地变化模型方法综述

土地系统变化长期以来不仅是地理学研究热点,也是资源环境经济学、生态学、城市规划等多学科领域关注的主题。构建模型模拟土地变化能够促进理解人地相互作用机制,模拟结果可为土地资源优化与资源环境政策制定提供依据。不同研究者基于不同学科理论、应用多种方法构建土地变化模型,模型从早期关注自然覆被类型变化发展到对人类决策行为的刻画,从统计方法发展到更突出空间分布的元胞自动机方法,以及更聚焦土地变化过程的经济学方法和多主体方法。未来土地变化模型发展方向为：在多尺度进行多方法耦合,对土地变化过程进行更为明晰地刻画,将土地变化模型与其他地球系统模型耦合等方面,进一步能够促进解释复杂人地系统,并推进模型在决策支持层面的应用。     

基于系统动力学和多目标规划整合模型的土地利用总体规划方案研究

土地利用总体规划是土地资源管理的“龙头”,是时土地资源进行合理配置和实现国民经济宏观调控的基本手段,在我国土地资源管理事业中具有极其重要的作用。论文介绍了国内土地利用规划方法,分析了该方法的不足,并提出了基于系统动力学和多目标规划整合模型（SD-MOP）的土地利用总体规划方案．探讨了SD-MOP整合模型的可行性和优越性以及模型的整合过程和构建方法,为土地利用总体规划方案研究摸索出了一套新的方法。     

协调度模型在城市土地利用潜力评价中的应用

以往在利用协调度模型进行相关研究时,大多采用两段叙述的分段函数,假定所有序参量的功效性都是单向的,非正即负。然而城市土地利用系统中影响系统发展与演化的各个序参量对系统有序的功效并非都是单向的,某些序参量的功效可能会发生正负性的转变。因此,针对城市土地利用系统的特点,有必要在功效函数中引入第三段函数,改进传统的功效函数和协调度函数,以建立更适用于城市土地利用系统研究的协调度模型。利用该模型对广州市天河区的城市土地利用潜力进行实证评价,结果显示天河区的土地利用系统基本有序,发展比较协调,但距离最优状态尚有潜力可挖;环境和社会子系统的发展较为欠缺,在未来用地挖潜的过程中应予以重视。     

基于MAS模型的土地利用空间优化研究方法综述

土地利用空间优化是实现土地资源合理利用和区域可持续发展的重要途径和手段,是目前研究的一个热点,在文献阅读的基础上,分析比较了数理统计模型、CLUE-S模型、元胞自动机模型、多智能体系统模型四种土地利用空间优化方法的优缺点.结果是:多智能体系统模型从土地利用的主体出发,选择影响土地利用空间优化的驱动因素,抽象定量化表达智能体的行为准则,利用智能优化算法来选择土地利用类型在空间上的演变过程,并在多目标函数及约束条件下判断土地利用空间优化方案的优劣性,很好的解决了土地利用空间优化过程中土地利用主体、土地利用环境、土地利用类型三个最主要问题在空间上的演变,比数理统计模型、CLUE-S模型、元胞自动机模型在土地利用空间优化方面更具有优势,是未来土地利用空间优化方法的发展趋势.     

20世纪90年代以来土地变化模型的研究趋势与未来挑战

在多种自然及人文因素驱动下，中国的土地系统正发生深刻变化。建模预测土地系统变化，一方面可为国土空间规划等国家重大需求问题提供决策支持，另一方面可为土地变化机理及地表综合模拟研究提供研究支持。论文针对土地变化模型展开综述，梳理20世纪90年代以来国内外土地变化模型的起源与发展，总结发展趋势，讨论土地变化模型的现存挑战并提出展望。研究发现，目前土地变化模型存在两大发展趋势：供需关系平衡化、模型参数的组合与优化。其中供需关系平衡化体现在从单方面考虑“供”或“需”的模拟到“供—需”平衡模拟的核心思想转变，并存在两大主要路径：“自上而下”的降尺度空间化路径、“自下而上”的科学化需求耦合路径。模型参数的组合与优化一方面体现在模型中的土地变化规则从描述性规则为主逐渐转向组合式的参数化规则为主，另一方面体现在围绕参数优化开展的一系列回归模型改进及机器学习融合研究。同时，土地变化模型仍存在一系列挑战，具体包括核心机理的数学分歧、从“非监督模拟”到“监督模拟”的起步与挑战，以及新范式(矢量数据范式和混合栅格范式)未充分弥补旧范式(栅格数据范式)的遗憾。未来应重点关注土地变化模型中的数学机制，深入评估对比现...     

北京城市功能区土地利用协调度分析

土地利用与经济、社会和生态密切相关。建立评价指标体系来反映北京市城市土地利用状况,并设计了土地利用协调度模拟模型。模拟结果显示:北京市土地利用系统整体比较协调,经济效益系统的协调度高而社会、环境效益系统协调度不够;考察各城市功能区,经济效益系统协调度不相上下,但社会效益系统、环境效益系统协调度差别较大。利用协调度模型对城市土地利用进行综合评价,有利于制定有针对性的合理利用城市土地的政策和措施。     

土地资源优化配置研究进展与展望

通过对国内外土地资源优化配置研究的全面梳理,系统概括其发展历程和阶段,总结了土地资源优化配置的概念、内容、特性、衡量标准以及模型等方面的主要进展,评价了当前研究中的热点问题,并有针对性地展望了今后一定时期内土地资源优化配置研究的发展趋势,提出了今后研究的主要方向.     

基于高分辨率遥感影象的城市泥石流灾害损失评估

文章探讨了城市泥石流灾害损失评估的系统方法,该方法包括了泥石流堆积泛滥区危险区划、城市土地覆盖类型遥感解译、损失评估模型构建和价值核算4个主要内容。以美国高分辨率的"快鸟"卫星影象为数据源完成了研究区的土地覆盖类型遥感解译,根据泥石流危险程度和土地覆盖类型特征,构建了城市泥石流灾害的损失评估模型。最后,应用GIS提供的分析工具完成了研究区不同土地覆盖类型的泥石流灾害损失计算和评价。     

鄂尔多斯土地利用生态安全格局优化及方案评价

根据不同情景选择符合区域生态环境与社会经济特点的模型方法,已经成为区域土地利用生态安全格局构建的关键。本文以位于中国北方农牧交错带的鄂尔多斯市为研究区,基于自然地理数据、社会经济统计数据、土地利用/覆被数据,将最小累积阻力模型（MCR）引入土地利用生态安全格局的构建过程,并通过景观格局指数分析了基于MCR模型构建的安全格局与基于土地生态适宜性和多目标优化的安全格局的适用条件。结果显示：前者适宜于维持生态安全的情景,有利于降低土地系统中人类活动的生态风险;后者则适宜于维持生态适宜性的情景,有利于降低土地系统中自然因素的生态风险。研究结果对鄂尔多斯市土地资源的可持续利用具有重要的指导意义。     

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。     

LUCC驱动力模型研究综述

驱动力研究是土地利用变化研究中的核心问题。土地利用变化驱动力模型是分析土地利用变化原因和结果的有力工具，模型通过情景分析可为土地利用规划与决策提供依据。基于不同理论的驱动力研究方法很多，论文选取了几种国内外应用较多的LUCC驱动力模型进行综述，分析了每个模型的优缺点及适用范围，最后得出结论：1) 基于过程的动态模型更适于研究复杂的土地利用系统。2) 基于经验的统计模型能弥补基于过程的动态模型的不足。3) 基于不同学科背景的模型进一步集成将是LUCC驱动力模型未来的发展趋势。     

江苏省土地利用变化及其驱动机理研究

基于土地利用系统综合研究,采用解析方法将土地利用系统分解为自然子系统、经济子系统和社会子系统,对江苏省土地利用变化过程与格局进行分析。研究表明,耕地资源总量呈递减趋势,但粮食生产能力呈递增趋势,并表现出明显的地区分异规律;虽然经济总量也呈递增趋势,但信息熵指数表明区域分异明显;最后提出区域土地利用变化的“多层推—拉驱动”模型。     

土地集约利用的研究进展及展望

土地集约利用是发展循环经济和建设节约型社会的必然要求。本文在对国内外土地集约利用的研究进展进行疏理的基础上,对未来发展趋势进行了展望。研究表明,未来土地集约利用应加强4个方面的研究:①在研究视角上,区域产业结构与区域土地利用结构的耦合关系有待于深入探索;②在研究内容上,土地集约利用标准体系研究尚处于起步阶段,研制力度仍不能满足建设节约型社会的迫切需求。土地资源节约集约利用状况调查标准、土地集约利用评价标准和审核标准体系的制定工作急需开展;③在研究尺度上,应加强开展多层次、分区域,包括大城市以外的中小城市、小城镇和农业土地集约利用的研究;④在研究方法上,改变传统的定性分析和简单的定量分析,积极开展基于GIS技术、系统动力学模型、人工神经网络等现代方法、模型和技术的融合和应用研究。研究结果和结论将对促进我国土地资源的集约利用研究具有重要科学意义。     

土地利用/土地覆被变化(LUCC)模型研究进展

土地利用/土地覆被变化(LUCC)是全球环境变化的重要原因,LUCC模型研究始终是土地变化科学研究的重点.论文系统总结了近10年来国内外LUCC模型在理论、方法、实践应用等方面取得的新进展.指出了亟待解决的问题,并对今后的发展方向进行了展望.研究发现,①LUCC模型的功能和作用呈现多样化趋势,是了解、认识和解释土地利用系统的动态变化特征、过程和效应的有效工具,可以服务于土地利用管理和政策的制订.②模型的核心内容是研究LUCC时空变化格局,模型发展正经历从单一的非空间模型向非空间模型和空间模型融合的演进过程,但多数模型只重视空间变化机制研究,而对时间机制考虑不足.③反馈机制是LUCC系统的一个重要特征,现有模型在反馈机制方面的研究尚十分薄弱,研究不同时空尺度的反馈机制必将是末来LUCC模型的新焦点.④LUCC研究本质上是"人类-环境"关系研究,以往模型多为局部均衡分析模型,未来LUCC模型发展趋向应从系统观和整体观角度来综合考虑"人类-环境"相互作用机制,这也是LUCC模型的最高更次的科学难点问题.⑤多尺度、多层次的综合研究是LUCC模型的必然要求,模型空间尺度已经从早期的单一空间尺度转变到现今的多空间尺度,但尺度推移仍是模型研究中值得深入探讨的问题.⑥尽管LUCC模型验证方法趋于多元化,但目前还没有一个模型验证的统一标准和规范,参考数据的不足也大大限制了模型验证效果,如何对LUCC模型的可靠性和科学性进行合理验证始终是LUCC模型所面临的关键挑战之一.     

流域土地可持续利用规划方法及应用研究

土地利用既受自然环境条件的种种制约,又对生态环境,尤其是水资源和水环境,产生深刻影响。因此,进行系统规划优化土地利用结构、协调土地利用和其他经济活动及生态环境保护的关系是非常必要的。基于土地利用系统是一个本征性灰色系统,本文以灰色多目标规划(GMOP)方法为核心,提出了一套流域土地利用灰色多目标规划模型。该方法既可有效地处理信息的不完备性和系统的动态性,又可全面地表达土地利用的多目标性。在对密云土地利用规划研究中,通过应用交互式调整和情景分析方法,得到该模型在两种情景下的优化方案,并结合密云实际情况综合分析,进行了方案筛选。