基于CA-Markov和Geomod模型橡胶林变化预测比较

近年来,学者们发展了一系列的模型对土地利用/覆盖变化进行预测模拟研究,CA-Markov和Geomod模型是其中应用较为广泛的两种模型。分别利用CA-Markov和Geomod模型模拟云南景洪地区2010年橡胶林LUCC状况,旨在通过两种模型的模拟对比,探讨两种模型的差异和优劣,选取一种更加合理、可靠的模型来对该地区橡胶林变化趋势进行预测分析。利用1995年、2003年、2010年3个时期的影像进行解译,将1995年和2003年的解译结果利用两种模型预测2010年景洪地区内橡胶林分布格局,并且运用2010年ALOS影像解译的橡胶林空间分布结果图来检验模型的预测模拟结果。研究发现:1.两个模型模拟结果人工目视检验差异明显,Geomod模型的预测模拟结果与影像分类的结果更加接近;2.两个模型ROC分析精度较高,都大于0.65,且AUC值基本一致;3.利用模糊矩阵精度检验结果表明,Geomod模型从栅格象元的数量、匹配的准确性以及总体精度高于CA-Markov模型的预测模拟结果。     

干旱区典型流域近30 a土地利用/覆被变化和景观破碎化分析——以玛纳斯河流域为例

 利用1976年、1989年、2005年三期遥感影像,运用GIS和FRAGSTATS景观分析软件对玛纳斯河流域近30 a的土地利用/覆被变化和景观破碎化进行了研究。结果表明：①玛纳斯河流域土地利用/覆被在过去30 a间发生了普遍的变化。耕地、建设用地不断增加,而草地、林地、水域、盐碱地不断减少。耕地主要是在草地上开垦出来的。②绿洲内部的耕地趋于集聚状态,破碎性降低,而绿洲边缘的耕地,破碎性增强。草地面积大减,破碎性增强,退化严重。沙地、水域破碎性也不断增强,林地、未利用土地的破碎化于1989年增强,2005年减缓。③驱动力分析表明,流域变化是自然和人类活动共同作用的结果,其中人口的快速增长、政策环境的变化和自然环境变化如干旱等是最主要的驱动因素。     

20世纪90年代无定河流域土地利用的时空变化

本文基于ArcGIS平台,以LandsatTM影像解译得到的三期土地利用数据为基础,结合统计分析工作,对无定河流域20世纪90年代土地利用数量、类型及其变化进行了分析。分析得出,前后2个5年间,无定河流域耕地、林地和未利用土地都是先减少而后稍有增加,草地则是先增加后稍有减少。在10年尺度上土地利用总的动态特征是,耕地与未利用土地面积减少,林地、草地面积增加。前5年无定河流域综合土地利用动态度为0.85%,未利用土地和草地的年变化率较大,耕地与水域年变化率较低。后5年无定河流域综合土地利用动态度为0.3%,林地与未利用土地年变化率较大,耕地与水域变化率较小。最后引入单一土地利用类型相对变化率反映出无定河流域土地利用变化存在明显的区域差异。     

1990—2005年疏勒河流域土地利用/覆盖变化分析

选择疏勒河流域为研究区域,利用1990年TM、2000年ETM和2005年TM影像为信息源,应用地理信息系统和遥感技术,提取三期疏勒河流域土地利用信息,并对土地利用动态进行了分析。结果表明,近15 a来,疏勒河流域土地利用变化缓慢,土地利用格局没有发生显著变化;不同土地利用类型中,耕地面积和建设用地增加较多;林地、草地面积减少;水域在1990—2000年间减少,2000—2005年间增加;未利用地在1990—2000年之间增加,2000—2005年之间减少。     

干旱区典型流域近30年土地利用/土地覆被变化的分形特征分析——以玛纳斯河流域为例

利用1976、1989、2005年三期遥感影像,运用GIS和分形理论研究干旱区典型流域——玛纳斯河流域近30年的土地利用/土地覆被变化的复杂性和稳定性。结果表明:玛纳斯河流域各时段的土地利用/土地覆被类型分布具有分形结构,土地利用/土地覆被类型形状复杂性和斑块的稳定性波动变化,1976、1989、2005年三时期的各种土地利用/土地覆被类型总平均分维值分别为1.394 0、1.363 4和1.389 9。总平均稳定性指数分别为0.606 0、0.636 6、0.610 1。三期土地利用/覆被类型平均稳定性排序为:沙地>未利用土地>居民点工矿用地>水域>林地>草地>耕地>盐碱地。耕地、林地、草地、盐碱地稳定性相对较差。通过对流域土地利用/土地覆被类型变化复杂性和稳定性的研究,可以为政府协调水土开发和调整土地利用结构提供支持。     

CA-Markov模型的空间尺度敏感性研究

以广州市花都区为研究区,研究利用CA-Markov模型进行土地利用变化模拟的空间尺度敏感性特征,结论如下:①元胞尺寸的选择会明显影响模拟结果,元胞尺寸越大,模拟结果精度越低。模型中存在元胞尺寸的阈值,当元胞尺寸超出该阈值时,模拟结果的精度急剧下降,因此对于元胞尺寸的选择必须要慎重。②邻域类型的选择也会对模拟结果产生影响。采用3×3冯诺依曼邻域的模拟结果会比3×3摩尔邻域和5×5摩尔邻域生成更多的斑块数量和更高的斑块密度,但是模拟结果的Kappa系数值相差不大。     

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。     

玛纳斯河流域绿洲土地利用可持续性评价

利用层次分析法和物元模型,从土地利用潜力、社会经济状况和生态环境压力3个方面选取了15个评价指标对1987年、1998年和2006年新疆玛纳斯河流域绿洲土地利用的可持续性进行了综合评价。3个指标层极大程度地决定了绿洲土地利用的可持续性。结果表明,玛纳斯河流域绿洲土地利用的可持续性,在1987年、1998年和2006年处于V3临界可持续性水平,并在3个时期呈升高趋势。土地利用潜力为先升后降,并在1987年与2006年隶属于V3临界可持续性水平、1998年处于V2较可持续水平;土地社会经济状况在3个时段呈持续升高,并分别处于V4、V3和V2等级;土地生态环境压力呈持续降低,并在1987年处于V3水平,而随后两个时段均为V4不可持续水平。     

洮河流域土地利用/土地覆被变化及其驱动机制研究

系统收集和整理1970s后期至2000s洮河流域土地利用/土地覆被、水文气象和经济社会发展数据,采用综合利用指数、转移矩阵、动态度、相关性和主成分分析方法及多元线性回归方法,得到结果表明,过去30 a,洮河流域总体表现为林、草面积减少、耕地面积增加、土地开发利用程度进一步提升。驱动因子相关性及主成分分析表明,洮河流域LULCC受“区域经济+农耕因素+城镇化和气候”3个主成分大类的交互影响和驱动;基于此构建的LULCC多元回归驱动模式,在率定期和验证期精度良好,能够反映洮河流域经济社会发展及区域气候对LULCC的驱动和影响。     

元胞自动机和多主体模型在土地利用变化模拟中的应用

土地利用变化模拟研究是土地利用变化研究的重要分支。复杂系统理论的完善和系统模拟平台的发展使得复杂系统模拟方法在土地利用变化模拟研究中的优势越来越明显,元胞自动机模型和多主体模型正是基于复杂系统理论模拟研究的代表。本文简要回顾了土地利用变化模拟研究进展,探讨了土地利用变化的内在机理,着重分析了元胞自动机和多主体模型的内涵、研究热点、模拟平台和优缺点等,并对其今后在土地利用变化模拟研究的发展趋势进行了展望,以期为土地利用变化模拟研究提供参考。     

Modeling spatially non-stationary land use/cover change in the lower Connecticut River Basin by combining geographically weighted logistic regression and the CA-Markov model

Simulating land use/cover change (LUCC) and determining its transition rules have been a focus of research for several decades. Previous studies used ordinary logistic regression (OLR) to determine transition rules in cellular automata (CA) modeling of LUCC, which often neglected the spatially non-stationary relationships between driving factors and land use/cover categories. We use an integrated geographically weighted logistic regression (GWLR) CA-Markov method to simulate LUCC from 2001–2011 over 29 towns in the Connecticut River Basin. Results are compared with those obtained from the OLR-CA-Markov method, and the sensitivity of LUCC simulated by the GWLR-CA-Markov method to the spatial non-stationarity-based suitability map is investigated. Analysis of residuals indicates better goodness of fit in model calibration for geographically weighted regression (GWR) than OLR. Coefficients of driving factors indicate that GWLR outperforms OLR in depicting the local suitability of land use/cover categories. Kappa statistics of the simulated maps indicate high agreement with observed land use/cover for both OLR-CA-Markov and GWLR-CA-Markov methods. Similarity in simulation accuracy between the methods suggests that the sensitivity of simulated LUCC to suitability inputs is low with respect to spatial non-stationarity. Therefore, this study provides critical insight on the role of spatial non-stationarity throughout the process of LUCC simulation.     

北京地区土地利用/覆盖变化研究

本文利用1975、1984、1991和1997的LandsatTM/MSS数据,对北京地区改革开放以来22年的土地利用/覆盖变化进行了研究。结果表明从1975～1997年,北京地区发生了快速城市化背景下的大规模土地利用/覆盖变化,表现出城镇用地通过大量占用平原区耕地扩展,非城镇用地间结构变化明显的基本特征。同时土地利用/覆盖变化区域差异明显,近郊区和远郊区的土地利用/覆盖变化强度发生了逆转,远郊区土地利用/覆盖变化强度在90年代已经超过近郊区,而且该区高密度城镇用地的重心也向西北方向发生了一定程度的移动,显示出同期北京城镇用地向西北方向扩展的趋势     

The climatic impacts of land use and land cover change compared among countries

Land use and land cover change (LULCC) strongly influence regional and global climate by combining both biochemical and biophysical processes. However, the biophysical process was often ignored, which may offset the biogeochemical effects, so measures to address climate change could not reach the target. Thus, the biophysical influence of LULCC is critical for understanding observed climate changes in the past and potential scenarios in the future. Therefore, it is necessary to identify the mechanisms and effects of large-scale LULCC on climate change through changing the underlying surface, and thus the energy balance. The key scientific issues on understanding the impacts of human activities on global climate that must be addressed including: (1) what are the basic scientific facts of spatial and temporal variations of LULCC in China and comparative countries? (2) How to understand the coupling driving mechanisms of human activities and climate change on the LULCC and then to forecasting the future scenarios? (3) What are the scientific mechanisms of LULCC impacts on biophysical processes of land surface, and then the climate? (4) How to estimate the contributions of LULCC to climate change by affecting biophysical processes of land surface? By international comparison, the impacts of LULCC on climate change at the local, regional and global scales were revealed and evaluated. It can provide theoretical basis for the global change, and have great significance to mitigate and adapt to global climate changes.     

中国可持续发展问题与土地利用/覆被变化研究

土地利用 /覆被变化 (LUCC)研究 ,已成为全球环境变化和可持续发展领域前沿的核心问题。中国是世界上人多地少、生态与环境问题较为突出的发展中国家 ,目前中国可持续发展所面临的许多问题 ,都与土地利用及其变化有着内在的、必然的联系。因此 ,面向可持续发展战略的实施 ,开展土地利用 /覆被变化的系统研究 ,具有重要的科学价值与战略意义。本文重点对土地利用 /覆被变化与可持续发展重点问题的关系 ,以及面向可持续发展问题的LUCC研究目标、主要内容和技术方法等进行了讨论     

陕西大理河流域土地利用/覆被变化的水文效应

近年来,土地利用/覆被变化的水文效应研究已成为国际的前沿和重点。在大理河流域,LUCC(包括水土保持措施)对水循环和水量平衡产生了深远影响,该流域LUCC水文效应的研究势在必行。根据研究区1990年代三期土地利用数据分析了LUCC的时空变化特征,采用特征变量时间序列法及降水-径流模型对LUCC水文效应进行了研究。结果表明:流域土地利用类型以耕地和草地为主,近10年来,耕地和草地面积有所减少,而林地和建设用地面积持续增加;流域年径流和月径流演化过程均表现出明显的下降趋势;LUCC及水土保持具有减少流域年径流、汛期流量以及增加枯季流量的作用,相对于降水因素,人类活动对流域水文的作用占主导地位;在1990~2000年期间,主要由LUCC引起的年均径流减少量达2616.6×10⁴ m³,占该期间实测减水总量的62.19%。     

山区土地利用/覆被变化对土壤侵蚀的影响

本文以福建省山区为例,在对福建省水土保持实验站、建瓯市牛坑龙水土保持试验站长期观测、实验资料深入分析对比的基础之上,探讨了土地利用/土地覆被变化对土壤侵蚀的影响规律。分析结果表明,土地利用/土地覆被变化对径流的产生和土壤侵蚀有重要影响,植被的覆盖度的变化直接影响着径流系数和土壤侵蚀模数;植被的覆盖度和径流系数呈负线性关系,随着覆盖度的增加径流系数逐渐减小;植被覆盖度和土壤侵蚀模数为负指数关系,随着植被覆盖度的增大,土壤侵蚀模数急剧下降。     

太行山淇河流域土地利用变化对生境的影响

山地作为陆地表面的特殊地域单元,地形起伏较大,生态系统较为脆弱,对全球变化信号有放大作用。因此,研究山地土地利用变化对生境质量的影响,对于权衡区域生态保护与发展及土地资源的可持续利用具有重要意义。本文基于InVEST模型,结合土地利用数据,并从地形起伏度视角,对太行山淇河流域2000-2015年生境质量进行研究。结果表明：①2000-2015年期间,淇河流域土地利用变化表现为耕地、林地面积逐渐减少,草地、建设用地面积逐渐增加。②流域整体生境质量较好,平均生境质量指数均超过0.7,且2015年有明显提升。③淇河流域的生境质量变化受地类变化影响较大。耕地、草地、建设用地由于受到过人为干扰的影响,其生境出现不同程度的退化;采伐、毁林开荒等行为导致林地的生境也开始缓慢退化,但由于林地的植被覆盖度较高,抗干扰能力较强,加上逐渐开始对其进行恢复,生境质量水平依然较高。④该流域生境质量在地形起伏度上的分布特征表现为平坦区和微起伏区以一般等级生境质量为主,小起伏区和中起伏区则以高度重要和极重要等级生境质量为主。     

Land use and land cover change in Liaocheng Prefecture of China

1 Introduction1.1 Introduction to Liaocheng PrefectureLiaocheng Prefecture lies in northwest of Shandong Province and slightly north to the center of the Huang-Huai-Hai Plain with latitudes between 35(47'N and 37(02'N and longitudes between 115(16'E and 116(32'E. Administratively, it consists of two cities (Liaocheng and Linqing) and six counties (Yanggu, Shenxian, Chiping, Dong'e, Guanxian and Gaotang). It covers a total area of 8590 km2 with a maximum distance of 114 km from eas…     

Assessment of Changes in the Value of Ecosystem Services in the Koshi River Basin,Central High Himalayas Based on Land Cover Changes and the CA-Markov Model

Climate warming and economic developments have created pressures on the ecological systems that human populations rely on, and this process has contributed to the degradation of ecosystems and the loss of ecosystem services. In this study, Landsat satellite data were chosen as the data source and the Koshi River Basin (KB) in the central high Himalayas as the study area. Changes in land cover and changes in the value of ecosystem services between 1990 and 2010 were analyzed and the land cover pattern of the KB in 2030 and 2050 was modeled using the CA-Markov model. Changes in land cover and in the value of ecosystem services in the KB for the period 2010-2050 were then analyzed. The value of ecosystem services in the KB was found to decrease by 2.05×10⁸ USD y^-1 between 1990 and 2010. Among these results, the services value of forest, snow/glacier and barren area decreased, while that of cropland increased. From 1990 to 2050, forest showed the largest reduction in ecosystem services value, as much as 11.87×10⁸ USD y^-1, while cropland showed the greatest increase, by 3.05×10⁸ USD y^-1. Deforestation and reclamation in Nepal contributed to a reduction in the value of ecosystem services in the KB. Barren areas that were transformed into water bodies brought about an increase in ecosystem services value in the lower reaches of the Koshi River. In general, this process is likely to be related to increasing human activity in the KB.     

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。