基于CA-Markov模型的多时间跨度土地利用变化模拟

土地利用/覆被变化（Land Use and Cover Change, LUCC）模拟是LUCC研究的主要内容和重要手段。时间间隔是模拟过程中的重要参数,对模拟结果精度有何影响,有待深入研究。以新疆玛纳斯河流域典型绿洲区四道河子镇为例,基于遥感影像提取1975、1985、1995、2000、2005、2010年和2015年的土地利用数据,分别以20 a、15 a、10 a和5 a为时间间隔构建CA-Markov模型,模拟2015年土地利用结构,定量探讨时间间隔对CA-Markov模型精度的影响。结果表明：1975—2015年,四道河子镇LUCC以耕地和草地为主,期间耕地、建设用地迅速扩张,林地、草地和未利用地大幅减少,水域在1985—2000年呈现小幅增长。耕地的增加和草地及林地的减少是研究区近40 a LUCC最显著的特征。对比模拟结果与实际结果,时间间隔为20 a、15 a、10 a、5 a的TFOM分别为70.35%,69.18%,76.32%和88.00%。基于2005—2010年转移概率的模拟结果更接近于2015年实际结果,适合模拟四道河子镇未来的土地利用变化。土地利用模拟应依据区域LUCC特征确定最佳的时间间隔,提高模拟精度。     

延河流域土地利用/覆被变化模型的尺度转换方法

采用延河流域和安塞县2000和2006年的土地利用/覆被遥感影像,结合实地调研获取的2000-2006年该区域生态建设尤其是退耕还林还草数据,分别在流域尺度和县域尺度上,采用主成分分析法对延河流域及位于延河流域上中游的安塞县土地利用/覆被变化及其驱动力进行了分析,建立了耕地面积变化的驱动力模型.研究表明,在这两个尺度上,影响耕地面积变化的关键因素都是总人口和农作物播种面积.以此为基础,基于不同尺度上共同驱动力因子之间的相互关系,建立了不同尺度上耕地变化模型的尺度转换方法.对于不同尺度的土地利用/覆被变化模型,无论其模型形式的复杂程度如何,只要不同尺度上的关键驱动因子相同或存在明确的定量关系,就可以基于关键驱动力因子的定量关系进行不同尺度上土地利用/覆被模型的尺度转换.研究成果为土地利用/土地覆被变化的尺度转换方法研究提供了新思路.     

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。     

多尺度土地利用与土壤侵蚀

土地利用能够通过改变一系列的自然现象和生态过程影响土壤侵蚀,尺度不同,土地利用与土壤侵蚀的作用机制也会发生变化。本文针对坡面尺度、小流域／流域尺度和区域尺度,综述了不同尺度上土地利用对土壤侵蚀的影响研究。其中,在坡面尺度上,土地利用与土壤侵蚀的研究主要包括土地利用方式和土地管理措施对土壤侵蚀的影响,相应尺度上的模型有USLE／RUSLE、WEPP等;在小流域／流域尺度上,土地利用与土壤侵蚀的研究主要涉及土地利用结构和土地利用格局对土壤侵蚀的影响,相关的模型有LISEM、AGNPS、EUROSEM和SEDEM等;在区域尺度上土壤侵蚀评价研究主要是通过尺度上推和宏观因子评价的方法进行。多尺度土地利用与土壤侵蚀研究作为自然地理学研究中的热点问题,在进一步的研究中需要关注多尺度综合与尺度转换、土地利用政策效应、土地利用格局与土壤流失过程等方面的研究内容。     

基于多目标决策和CA模型的土地利用变化预测模型及其应用

结合宏观用地总体需求与微观土地利用适宜性, 集成灰色预测模型、多目标决策模型、 元胞自动机模型、地理信息系统技术方法, 建立了GCMG 土地利用变化预测模型。GCMG 模型包括非空间和空间2 个模块, 非空间模块侧重依据宏观社会经济发展趋势预测研究区未 来的总体用地需求变化, 而空间模块集成多目标决策模型、元胞自动机、地理信息系统等技 术方法实现了基于土地适宜性的土地利用空间配置。运用该模型对龙海市2000-2010 年土地 利用变化进行了情景模拟, 结果表明园地和建设用地是该区域内变化最为显著的用地类型, 基本农田保护政策严格实施与否将对龙海市未来土地利用变化产生深远的影响。GCMG 模型 在龙海市的应用实例表明, 该模型将土地利用系统作为一个整体, 兼顾到区域宏观水平上的 土地利用需求与局部尺度上的土地利用适宜性, 能够较好地同时模拟不同土地利用类型以及 不同人类决策情景下的土地利用转换概率, 因而可为理解土地利用多尺度复杂系统提供一定 的帮助。     

山区县域土地利用/覆被变化多尺度多模型模拟对比——以云南省勐腊县为例

土地利用/覆被变化(LUCC)模拟及其尺度效应一直是土地变化科学的研究内容与难点。本文选择西南沿边山区县域——云南省勐腊县为试验区,利用LCM、FLUS、CA-Markov和CLUE-S探究该县域LUCC模拟的最适模型和栅格尺度。结合1994年、2004年两期Landsat TM影像分类生成的土地利用/覆被数据,以及自然与社会经济数据,在60、90、120、150、180、210和240 m七个栅格尺度下模拟该县域2014年土地利用/覆被空间格局,并以同期土地利用/覆被遥感分类数据为参考来评价模型模拟精度,筛选出最适模型和栅格尺度,进而模拟该县域2024年土地利用/覆被格局。研究表明:四种模型均能较好地模拟该县域土地利用/覆被变化(K_(standard)=0.67～0.84),其中以LCM模型模拟精度最高(K_(standard)=0.77～0.84);各模型对不同土地利用/覆被类型的适用性不同,LCM模型模拟林地、园地和耕地效果最好,而FLUS模型模拟建设用地更佳;四种模型模拟LUCC的最适栅格尺度均为120 m,其K_(standard)0.70。整合不同地类的最适模型和栅格尺度模拟结果有利于提高山区县域LUCC模拟精度。     

基于元胞自动机模型的土地利用变化模拟——以大连经济技术开发区为例

元胞自动机模型已经成为模拟土地利用变化的重要方法。传统土地模拟方法中侧重于通过分析影响土地利用变化的因素来构建预测模型,较少从土地利用类型变化及其相互作用的空间角度来关注模型构建。本文以1998年、2004年和2009年1:10000土地利用数据,利用Python语言结合GDAL与Numpy类库实现局部土地利用竞争的元胞自动机模型原型开发,并用于模拟大连市经济技术开发区1998-2009年土地利用变化模拟。研究结果:1建立了发掘多地类之间相互作用关系的试验方法,研究适用于具有明确物理意义的多地类元胞自动机模拟模型;2该模型具有好的模拟精度,对建设用地、农用地和林地等3种不同类型用地进行同时模拟,其对应Kappa系数分别为0.762,0.634和0.678;3该模型建立了研究不同种地类协调作用的基本方法,可以用于进一步研究土地利用变化地类之间驱动原理。     

基于CLUE_S模型的矿区土地利用变化情景模拟——以徐州市贾汪矿区为例

以徐州市贾汪矿区1986、1996、2006和2016年4期遥感影像为数据源,基于CLUE-S模型,在传统Logistics回归模型的基础上引入空间自相关因子形成Autologistic回归模型,选取政策、自然环境、社会经济和空间约束等因素,对贾汪矿区2016年土地利用空间分布格局进行模拟以检验精度。在此基础上对研究区2026年趋势发展、经济发展和生态保护3种情景下的土地利用空间分布格局进行了模拟。结果表明：1）Autologistic回归模型在土地利用情景模拟过程中能够更好地反映真实的土地利用格局;2）研究区2016－2026年不同情景下,建设用地在3种情景下均呈现明显的增加趋势,未利用地面积持续减少,其中经济发展情景下建设用的增幅最大,生态保护用地情景下建设用地增幅最小,在生态保护情景下,林地、耕地等生态用地受到保护,建设用地的扩展速度被抑制。 关键词：土地利用变化;CLUE-S模型;Autologistic回归模型;情景模拟;贾汪矿区     

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。     

基于FLUS-InVEST模型的中国未来土地利用变化及其对碳储量影响的模拟

基于代表性浓度路径情景（Representative Concentration Pathways, RCPs）,耦合FLUS-InVEST（Future Land Use Simulation-Integrated Valuation of Ecosystem Services and Trade-offs, FLUS-InVEST）模型,以土地利用视角模拟了中国2100年的陆地生态系统碳储量,探讨其空间分异。结果表明：1）历史土地利用变化作用下,中国生态系统碳储量减少中心由华北地区转向东北地区,增加中心由西北地区转向西南地区;碳储量的减少由林地生态系统转向草地生态系统。2）未来RCPs情景下,中国林地生态系统碳储量都将持续增加,草地生态系统碳储量持续减少。RCP 6.0情景下,中国林地面积将增加9.43%左右,草地面积减少5.42%,全国林地碳储量较2010年增加2 332.64 Tg,而草地碳储量将损失1 719.03 Tg。在RCP 8.5情景下,全国林地面积增加5.15%,草地面积将减少5.10%,林地碳储量较2010年将增加1 754.59 Tg,草地碳储量将损失2 468.80 Tg。3）RCP 6.0情景对未来碳汇贡献度较RCP 8.5情景大。在RCP 6.0情景下,植被地上碳储量和表层土壤碳储量分别净增加127.12和83.67 Tg。但在RCP 8.5情景下,植被地上碳储量和表层土壤碳储量分别净减少24.67和32.41 Tg。4）不同RCPs情景下,碳储量增长均集中在横断山-秦岭-太行山-大兴安岭和雪峰山-太行山-大兴安岭两带;减少区域主要分布于云贵高原、四川盆地和京津冀地区。     

基于MAS的农户土地利用模型构建与模拟——以陕西省米脂县孟岔村为例

Multi-Agent System(简称MAS)给进行多主体参与的LUCC研究提供一个概念性框架.本文试图通过对多主体决策的模拟,来探讨MAS在微观层面土地利用变化过程中的应用,揭示农户土地利用决策变化的机制.首先,简要说明MAS在土地利用变化模拟中的研究进展和背景:然后,基于B、D、I的决策结构.建立基于MAS的农户土地利用框架;再次,以陕西省米脂县孟岔村为例进行研究:最后.探讨了MAS模型在微观层面模拟LUCC的潜力与不足.研究表明:①利用可清晰地表达决策产生过程的B、D、I决策框架,构建微观个体(农户)的土地利用决策模型:②利用连续函数,构建同类农户间的相互作用模型;③构建市场对农户决策的影响模型.定量分析市场对农户最终土地利用决策的影响,厘定市场、同类农户间相互作用对其土地利用决策的影响:④构建的基于MAS的农户土地利用决策模型为从微观视角研究土地利用变化提供了新的方法.同时.也为进一步探索宏观土地利用变化与微观土地利用决策间的互动机理积累理论与实践的经验.还需要进一步研究和探讨的问题包括:①决策的尺度变化问题,即单个农户决策与群体农户决策之间的转化问题;②探索在更长时间里进行农户土地利用决策研究的方法.以期在大量的土地利用资料与有限时间决策之间找到沟通的桥梁:③进一步探讨不同农户间相互作用的定量方法和模型,充实农户间相互作用的研究.     

基于CR-BDI模型的农户作物种植行为模拟——以陕西省米脂县姜兴庄为例

运用模拟平台模拟农户土地利用行为,对揭示农户土地利用变化机制和调整土地利用决策具有重要意义。本文选择生态脆弱区一乡一业、一村一品典型村陕西省米脂县姜兴庄为例,以信念—愿望—意图模型(BDI)为基础,构建有限理性能力与资源(CR-BDI)模型。基于NetLogo平台对CR-BDI模型和传统BDI模型的模拟情况进行对比分析,结果表明：①CR-BDI模型更适于微观尺度农户土地利用决策研究。2014年该模型面积失误率为6.78%,比传统BDI模型低8.48%,空间准确率比传统BDI模型高10.10%,2015年CR-BDI模型和传统BDI模型的整体空间正确率分别为78.8%和69.2%;②CR指数有利于体现农户的有限理性,与实际种植决策较为符合;③利用NetLogo平台有利于直观再现农户土地利用行为,揭示土地利用变化的微观机理,可作为研究土地利用变化互动机理的良好平台。     

村域尺度土地利用现状分类体系的构建与应用——以山东禹城牌子村为例

随着LUCC到GLP研究的不断深入,我国空心村土地整治实践的相继推进,以及高分辨率遥感数据的陆续产生,深入开展村域尺度的土地利用调查与评价研究具有迫切现实需求,而构建村域尺度土地利用现状分类体系则是支撑村庄土地利用用地调查与评价的重要前提与关键。参考《土地利用现状分类》国家标准(GB/T21010-2007),构建了基于0.25m分辨率中科高清遥感影像的村域尺度土地利用现状分类体系,并在山东省禹城市牌子村进行了实际应用。构建的基于高分辨率遥感影像的土地利用现状分类体系,不仅准确反映了牌子村的土地利用结构及其用地特征,而且还测算出该村所具备的土地资源整治潜力,取得了良好的实际应用效果。基于0.25m高分辨率遥感数据所构建的村域土地利用现状分类体系有据可依,简单易行,成果明确。研究成果可直接为我国村庄特别是空心村土地综合整治潜力的调查与评价提供技术方法的有益参考和有力支持。     

山区耕地细碎化对土地利用集约度影响——以贵州省亚鱼村为例

为探索耕地细碎化与土地利用集约度之间的关系,论文以贵州省亚鱼村为例,利用无人机高分辨率影像和农户调查数据,在对比不同通勤距离情景耕地细碎化测度模型准确性的基础上,计算农户耕地细碎化指数,并定量分析不同农户耕地细碎化水平对土地利用集约度的影响。结果表明：对比分析6种通勤距离情景耕地细碎化测度结果,发现农户耕作地块到其宅基地的道路网络距离情景下测度耕地细碎化水平准确度更高;这一情景下亚鱼村平均农户耕地细碎化指数是187.98,该村农户耕作通勤时间成本高;随着农户耕地细碎化程度加剧,农业经营中劳动力投入、资本投入和作物产值呈不同程度的下降趋势,其中资本投入中,耕地细碎化对省工性投入的影响最为显著;山区农业人口乡城迁移背景下农村细碎的耕地资源促使农户加快退出农业生产,导致耕地低效利用,甚至撂荒。     

“学生化”的城中村社区——基于广州下渡村的实证分析

学生化作为绅士化现象的一种类型,是高等教育规模扩张背景下学生群体对于城市空间进行重构的现象。起因于学生群体的居住偏好,以及投资者与房屋所有者的寻租行为,面向学生群体的居住空间开始产生并聚集,形成独特的学生化社区,并由此产生一系列的社会,经济与文化影响。基于对学生化现象相关研究的综述,本文对于广州市中山大学邻近的下渡村学...     

基于CAS理论的传统村落人居环境演化研究——以张谷英村为例

以复杂适应系统理论为基础,从基本特征、结构构成和适应机制等视角分析了传统村落人居环境的系统特征。传统村落人居环境系统由自然生态环境系统、社会文化环境系统、地域空间环境系统和多元主体系统等4个子系统构成,与复杂适应系统特征非常契合。以张谷英村为例,研究了其人居环境演化过程,结果显示：① 在徘徊阶段（1978-1988年）,村民自组织发展是张谷英村人居环境演变的主导力量,主体适应性行为和人居效应的作用强度均有限,人居环境系统演变处于量变的积累阶段;② 在过渡阶段（1989-2001年）,政府的强势介入是张谷英村人居环境演变的主导力量,导致了利益关联的复杂性、流要素转化的高速性以及系统演化的不确定性,人居环境系统演变处于质变的关键阶段;③ 在剧变阶段（2002年至今）,多元主体的交互作用是张谷英村人居环境演变的主导力量,各主体之间、主体与环境之间的作用强度和复杂程度增强,加速了人居环境功能转型和系统结构质的跃升。为了促进张谷英村人居环境系统的有序升华,从提升自适应能力、重视自组织反应、优化主导调控和引入社会治理等视角构建了系统调控机制。     

水城县沙坡村农户经济行为调查研究

通过对贵州省水城县沙坡村 80家农户的抽样调查分析 ,发现农户的经济行为是农民适应周围自然、资源环境和社会经济结构的反应。重点讨论了农户的就业方式及其就业结构、农户在农业和非农业领域的就业行为特征及其形成原因。由于农民掌握的知识、技能主要集中在农业生产领域 ,限制了他们在非农领域的经常性就业。临时性的非农就业虽然能够在一定程度上增加农户的家庭收入 ,增强农民与外部世界的接触和交流 ,但对于贫困山区的资源配置、环境保护和农村社会经济结构转型的作用还不明显。作者对此提出了相关建议。     

乡村振兴村庄类型识别与振兴策略研究——以山西省长子县为例

乡村振兴战略是新时代破解“三农”问题、实现农业农村现代化的重大战略部署。坚持乡村差异性与发展分化原则,科学识别乡村类型、明晰乡村振兴导向,对于编制区域乡村振兴规划与分类施策具有重要的现实意义。村域尺度是乡村振兴战略的基本尺度,但囿于微观尺度统计数据与基础资料的缺乏,亟需构建一套科学合理、简便易行的乡村类型识别方法体系。论文简要解析了影响村庄分布、演进与发展潜力的关键因素,据此构建乡村振兴村庄类型识别指标体系,并按照“自然因素→振兴潜力→发展现状→资源基础”的逻辑思路逐级识别乡村主导类型。结果表明：① 自然因子限制了村落的基本格局与演变方向,经济区位决定了村落的发展潜力与转型能力,二者在村落演进与乡村振兴中起到决定性作用;② 从农户视角看,村落的空间区位效能是否适应农户生产生活需求和生计方式,决定了农户居住场所是否发生空间迁移,并通过闲置废弃宅基地得到呈现;③ 将长子县村庄识别为城郊融合型、集聚提升型、传统农业型、特色保护型、搬迁撤并型5类,结合不同的乡村振兴模式提出相应的发展导向与振兴策略,以期为乡村振兴分类施策提供决策参考。     

陕北黄土高原丘陵沟壑区聚落适宜空间模式研究——以米脂县东沟为例

黄土高原丘陵沟壑区是我国西部新型城镇化实践的克难攻坚地,在未厘清地域性特征的情况下,现代城乡规划设计的介入对当地环境和文化产生了较大冲击。以陕北米脂县东沟为例,基于卫星遥感影像、数字高程模型(DEM)等数据,利用格网法揭示东沟地形变化与聚落规模的空间分布特征,借助四象限散点图法和立体网格分维模型测度并评价东沟地形复杂性与聚落集聚性的耦合协调关系及聚落空间分布效率,总结适宜于沟壑区的聚落空间营建模式。结果表明:(1)东沟聚落从沟口至沟内存在明显的空间分异特征:如聚落逐步偏离河岸,其建筑密度和容积率呈现从高到低、再升高降低的变化等。(2)根据东沟地形复杂度与聚落集聚度的叠加分析,平缓地形中的集聚聚落与复杂地形中的分散聚落属于人地关系协调的聚落类型,这两类聚落约占所有聚落总规模的70.5%。(3)东沟聚落的立体网格分维数分段特征明显,其中台地行列式和自由行列式聚落的立体分维数最高,为2.35~2.55。(4)在5种东沟典型人居空间模式中,台地行列式、自由行列式及密集斑块式聚落具有人地协调、空间利用高效的双重特征,可作为丘陵沟壑区聚落空间营建的参考。     

农户土地利用行为对退耕还林政策的响应模拟——以陕西省米脂县高渠乡为例

作为中国涉及面最广、群众参与程度最高的一项生态工程,退耕还林对区域土地利用变化产生了重大影响。目前对土地利用变化过程和土地利用主体行为的分析研究不足,不能有效揭示宏观农业土地利用变化的微观机理,难以合理解释农户土地利用行为的变化。本文以陕西省米脂县高渠乡为例进行研究,利用经历权重法定量分析了退耕还林政策结束前后不同农户群体土地利用策略的变化;利用构建的农户群体土地利用决策模型,模拟不同政策情景下农户群体土地利用行为的变化及其对区域土地利用变化的影响。结果表明,该模型可以显示还耕和撂荒两种土地利用行为的变化及其空间配置,能揭示造成这种区域差异的微观机理,为分析农户群体土地利用行为的变化、探讨农业政策与农户行为之间的相互作用,提供了可供借鉴的途径。