土地利用/土地覆被变化CLUE-S模型与应用分析——以扬州市为例

本文以扬州市市辖区为例,利用2001年的ETM影像与2007年的ALOS影像两期遥感数据,采用面向对象的信息提取方法,获取了扬州市2001年与2007年两期土地利用空间分布图.在此基础上,研究了CLUE-S模型的原理及CLUE-S模型的应用;探讨了CLUE-S模型所需数据、驱动因子选取、模拟参数设置、模拟结果获取等,进...     

耦合FLUS和Markov的快速发展城市土地利用空间格局模拟方法

模拟城市土地利用空间变化格局的研究,对未来区域规划以及实现可持续发展具有十分积极的作用。以往基于FLUS的研究栅格尺度较大,如何模拟快速发展中城市的复杂土地利用变化过程,挖掘土地利用变化驱动机制值得进一步探讨。本文构建了耦合FLUS和Markov的城市土地利用格局拟合框架,创新性地引入房价指标表征社会经济属性,以深圳为研究区,基于30 m空间分辨率小栅格尺度的土地利用分类数据和基础地理、路网河网、感兴趣点等多源空间变量,模拟不同发展情景下的未来城市土地利用空间格局,并通过随机森林进行土地利用变化驱动因素分析。研究结果表明:本文提出的耦合FLUS和Markov方法相较于传统CA模型（RFA-CA和Logistic-CA）精度更高（FoM=0.22）,能更准确地模拟快速发展中城市的土地利用变化过程;多情景土地利用格局制图结果验证了城市发展过程中生态控制线的重要性,进一步说明本文拟合框架在未来城市规划布局中的参考价值;医院、娱乐场所等的基础设施和公交、路网密度等的基础交通比自然因素（高程、坡度）对城市发展的影响更大,到海岸线距离会在一定程度上限制深圳内部土地利用变化过程。本研究所构建模型及精细制图结果,可为城市区域规划和空间格局模拟等相关研究提供参考依据和理论基础。     

北京市潜在风道的数值模拟与综合识别

过去从局地尺度和微尺度优化规划和建筑设计的角度,城市规划与建筑学科的研究者提出了构建城市区域通风廊道的思想。但对目前的特大城市和城市群而言,无论城市热岛还是污染物输送都可能涉及更大尺度范围的区域影响。结合自然地理资源条件,对城市外围待发展区域的风道识别和规划,可能更具有现实意义。本文基于空气动力学粗糙长度计算通风指数,从动力学角度初步识别出北京不同区域的通风潜力：① 利用数值模拟输出的1月和7月平均水平风场发现,在背景风较强的冬季,水平风速的分布与下垫面的粗糙度保持高度一致,在北京城区东北方向存在一条明显的风道,在通过城区时受城市下垫面的拖曳影响出现显著的风速下降,在城市下风方向风速又有所回升;② 与热力分析对比发现,夏季城市外的低温区域与盛行风向相悖,偏南方向上的补偿空间面积比冬季小且与作用空间的温差也小,流向城市的可利用风资源匮乏;③ 基于近地面温度和粗糙长度加权计算后得到通风指数,冬季为0~0.25,夏季为0~0.60,数值越小通风能力越强,受季节热力差异影响,冬季通风能力显著优于夏季。④ 进一步结合数值模拟的风速分布,将通风评价结果划分为4个等级,从北京市全域尺度分冬、夏两季识别了北京市的潜在风道,冬季贯穿南北的风道全长约200 km,从城市外围引入风资源,可有效提高城市自净能力,而在背景风较弱的夏季,风道贯通性较差,气流疏导能力弱,亟待区域联动优化城市群发展规划。     

北京市土地利用动态变化及其预测

土地利用是人类经济活动在地理空间的集中体现。基于GIS的北京市土地利用遥感信息的叠置分析,发现北京市土地利用近15年来变化比较剧烈;以2000年的土地利用为基态,建立Markov模型,对北京市未来土地利用变化进行了预测分析,发现与国务院的要求还有很大差距,建议采取得力措施,加强土地利用管理,有效保护耕地。     

一类有限隐非齐次马尔可夫模型的混合性

研究了隐非齐次马尔可夫模型的混合性,首先给出并证明了非齐次马尔可夫链满足混合性的充分条件,然后将所得结果推广到了隐非齐次马尔可夫模型上,对进一步研究隐马尔可大模型提供了理论基础,且能为实际问题如弱相依随机变量的建模、发音过程、神经生理学和生物遗传学等领域的研究提供理论依据.     

基于Dyna-CLUE改进模型和SD模型耦合的山区城镇用地情景模拟研究——以岷江上游地区为例

山区城镇扩张受山区地形和山地灾害等因素限制,而常用的土地利用模型难以有效表达这一特征。本文通过对Dyna-CLUE（Dynamic Conversion of Land Use and its Effects Model）模型进行改进并结合系统动力学（System Dynamic,SD）模型,充分发挥这2个模型在微观土地分配,及宏观情景模拟上的优势,很好地表达了山区地形和山地灾害等因素对山区城镇扩张的限制作用,为山区城镇扩张情景模拟提供了一个有效的方法。以岷江上游地区为例,根据研究区历史统计数据构建山区城镇用地SD模型,模拟低速发展、惯性发展和高速发展3种不同发展情景下城镇用地的需求,结合Dyna-CLUE改进模型,预测了对应情景下2011-2030年的城镇用地范围,并探究其对其他土地利用类型的影响。结果表明,发展速度越快,城镇主体越快达到地理限制区域的上限,并开始沿山间平地向两端扩张。耕地受山区城镇扩张的影响要远远超出其他土地利用类型,离城镇越近受影响越大。随着城镇扩张的加剧,其对自然环境的影响也逐渐增大。模型模拟结果能为山区城镇用地规划、评估由城镇扩张造成的生态环境问题和制定相应的对策提供有效的技术支撑。     

北京市高速公路周边土地利用变化对景观格局的影响

高速公路的快速发展在推动经济发展的同时,也对区域的生态环境产生重要的影响。在地理信息系统的支持下,本研究以北京市高速公路网10 km缓冲区为研究区域,利用缓冲区分析、空间分析、统计分析等方法探讨了高速公路周边土地利用变化对景观格局的影响规律。结果表明：① 北京市高速公路周边的土地利用类型主要以建设用地、耕地、林地为主,土地利用变化以耕地向建设用地转入最为显著;② 空间变化上,各缓冲区内土地利用变化以林地、耕地、建设用地的相互转移为主,随着与高速公路的距离增大,土地利用类型从以耕地、建设用地为主逐渐转变为以林地、耕地为主;③ 2005-2015年,各类景观的景观指数变化差异明显,其中水域的斑块密度与分离度指数变化幅度最大,耕地的形状指数增加最快,建设用地的分离度指数减少最多,这与相应的土地利用变化密切相关;④ 基于土地利用变化,北京市高速公路网对周边景观格局的影响范围约为6 km,其中林地转入建设用地以及建设用地与耕地的相互转移是引起公路周边景观空间变化差异的主要原因。     

Assessment of industrial land use intensity: A case study of Beijing economic-technological development area

In recent years, great economic output of land has been achieved in economic-technological development areas in China, but the intensity of land use in some of these areas is very low. The degree of the low intensity of land use needs to be evaluated. The current method of comprehensive evaluation and grading by one index system has the limitations due to the existence of differences between regions and industries. This paper evaluates industrial land use intensity by Total Factor Productivity (TFP) analysis, which not only measures the intensity but also illustrates the ef-ficiency of input factors. This method is applied to the Beijing Economic-technological Development Area (BDA). A comparison analysis on factor use efficiency and input structure of capital and labor between industries is also carried out in the absence of a labor-income ratio.     

Analyzing land-use change in farming-pastoral transitional region using autologistic model and household survey approach

Land change science （LCS） strives to understand and model land-use change, which will further advance the understanding of multiple issues in the socio-ecological systems. Based on GIS/RS techniques, autologistic model, and household survey method, this study investigated major land use changes and their causes from 1978 to 2008 in Uxin Banner （county-level）, Inner Mongolia in China and then developed an understanding of the relationships between household livelihood and land-use pattern. Results showed that cultivated land increased from 1988 to 2000, and leveled offafter 2000. Built-up land increased stably for the period 1978 2008. The change of grassland and bare land differed among the three periods. From 1978 to 1988, grassland increased by 23.3%, and bare land decreased by 20.48%. From 1988 to 2000, bare land expanded by 1.7%, but grassland declined by 1.3%. From 2000 to 2008, an increase in grassland area by 1.8% was observed, but a decrease in bare land area by 9.0% was witnessed. The autologistic models performed better than logistic models as indicated by lower Akaike Information Criterion （AIC） values. Factors associated with human activities significantly correlated with the change of cultivated land, forest land, grassland, and built-up land. The produce prices and extensive cultivated land use are major issues in the farming area. This study suggests that completing land circulation systems and maintaining the stability of price are effective solutions. By contrast, reclamation and overgrazing are major concerns in the pastoral areas. Implementing environmental policies effectively, transferring population out of rural pastoral areas, and developing modem animal husbandry are effective ways to address these issues.     

Spatio-temporal patterns of intra-urban land use change in Beijing, China between 1984 and 2008

Urban internal structure is essential information for urban geography researchers and urban planners or managers. This research aims to examine the spatial structure changes of internal urban land use based on the interpreted datasets of 1984 and 2008. Spatio-temporal patterns of internal land use conversion and urban expansion are analyzed, and then dominant driving factors (e.g., social economy, population growth and urban planning) were identified. The results indicate that Beijing′s intra-urban layout has experienced tremendous adjustment from compact to disperse configure, otherwise its function objects have shifted from the major economic and industrial development before the 1990s to the combination with cultural, high-technological and inhabitable city at present. The dominant urban land use transformations include the relocation of industrial lands from core districts to suburban or other provinces, and the accelerating expansion of residential areas and green spaces for supplying the demand of housing and ecological protection. Although Beijing′s urban planning has experienced three major adjustments and improvement since the 1980s, its optimization of urban internal patterns still remains a challenge.     

基于改进Markov-CA模型的黄土高原土地利用多情景模拟

土地利用/覆被的时空变化研究能为区域生态环境恢复和生态系统集成管理提供科学支持.集成Logistic回归模型、改进的Markov与FLUS模型模拟黄土高原2020-2050年3种典型情景土地利用变化.发现各情景土地利用面积变化及空间置换转移主要集中在农用地、草地和城镇用地;历史趋势延续情景下农用地减少15 205 km...     

基于遥感和景观分类的北京市裸露农田分析和治理对策

基于遥感影像的决策树分类,结合土地利用图,将北京市农业地表覆盖划分为春玉米、冬小麦、果园、林木苗圃、牧草地、设施农业和畜禽饲养地。考虑海拔、坡度和土壤质地三个因子将北京市分成10个景观区,在景观分区和不同农业用地基础上划分出39类农业景观单元。利用基于遥感影像计算的归一化差异植被指数,结合实地调查验证,分类出北京市冬春季裸露农田。结合景观分类,分析了不同景观单元冬春季地表裸露情况。结果表明:2007—2008年冬春季裸露农田共8.05×104 hm2,主要分布在延庆盆地、密云水库北岸和城区边缘的近郊农业区;海拔和土地利用方式对裸露情况影响较大,其中山区春玉米和平原果园裸露情况绝对面积较大,分别占到总裸露农田面积的40%和17%,牧草地、林木苗圃与设施农业地裸露程度较高。基于不同景观单元裸露程度,结合绿肥种植、保护性耕作、生草覆盖等裸露农田治理方法,探讨了北京市农业产业和景观一体化建设策略。     

北京城市增长边界预测

为了遏制北京”摊大饼”式的城市发展模式,促进土地资源的集约、高效利用,引导国土空间合理布局,划定北京城市增长边界成为重要举措。本研究从城市内生发展动力角度,将遗传神经网络嵌入CA模型,建立北京城市增长边界预测模型,选定了自然、人口经济、区位、邻域、土地利用类型和政策规划6类因素共18个影响因子,预测北京市城市增长弹性边界。同时,从土地自身生态承载能力角度,用建设用地适宜性评价方法,选定了地形、地貌、公园水域、土地利用现状、自然保护区、城市用地距离为影响因子,划定北京市城市增长刚性边界。结果表明,利用该模型预测北京市2025年城市增长边界,总的面积匹配值为96%,模型精度较高;2025年北京市弹性增长边界总面积为1738.98 km²,刚性增长边界总面积为3297.01 km²。基于GANN-CA模型的城市增长边界划定方法对确定城市未来扩张方向有指导作用,可为城市规划和发展政策的制定提供依据。     

顾及土地生态安全的环鄱阳湖城市群土地利用情景模拟

在国家大力推进新型城镇化和落实城市群空间规划的背景下,评价城市群土地生态安全水平,并以此为限制条件预测城市群未来土地利用格局,对城市群可持续发展具有重要意义。本文以环鄱阳湖城市群为研究对象,对城市群土地生态安全格局和变化进行分析,根据土地生态安全评价结果设置自然发展情景和生态保护情景,结合多分类Logistic回归和多标准评价方法(MCE),构建CA-Markov模型,预测2种情景下2030年土地利用格局并进行对比分析。研究结果表明:①2005、2010和2015年,环鄱阳湖城市群网格平均生态安全值分别为0.574、0.573和0.571,空间布局上呈现"中部低、东西高"的特征;②预测2030年,自然发展情景下新增城镇用地主要位于九江市、上饶市和南昌市,生态保护情景下限制城镇用地和其他建设用地向土地生态安全高值区扩展,使得城镇用地和其他建设用地扩展更加集中;③预测生态保护情景下,高生态安全区面积比自然发展情景下多39.39%且分布更加均匀,包括鄱阳湖周边区域、九江市中部以及新余市和吉安市,城市群生态安全得到有效保护。该研究可为环鄱阳湖城市群土地利用规划及生态保护提供参考。     

基于LUR的二氧化氮浓度空间分布模拟及其下垫面影响因素分析

随着经济的快速发展,空气污染已经成为当今重要的环境问题,引起公众的广泛关注,二氧化氮（NO₂）作为主要的空气污染物之一,成为相关研究的重点。通过监测数据发现,二氧化氮质量浓度值的空间分布具有区域性差异,所以对其空间分布模拟,以及形成区域差异的下垫面影响因素分析,具有重要的研究价值。土地利用回归模型（Land-use Regression,LUR）是将统计方法中的回归模型与空间上的土地利用数据、监测数据和其他相关的地理数据结合分析并在地图上显示的方法。本文结合缓冲区分析、叠加分析、Spearman相关性分析、多元回归分析等方法构建土地利用回归模型（Land Use Regression,LUR）,用于识别与NO₂浓度相关的下垫面影响因素,并模拟NO₂质量浓度的空间分布。LUR模型可以模拟出NO₂质量浓度空间分布特征,并针对下垫面影响因素得到以下结论：城乡居住地及工业用地面积增加、污染源的距离减少和道路长度增加会导致NO₂浓度升高;耕地面积、绿地面积和水域面积的增加会导致NO₂浓度减少;NO₂浓度最高的区域主要集中在工业园区;NO₂浓度值从城区到郊区递减,需要通过改变工业区结构和增加绿地面积来减少城区的NO₂浓度。     

THE EXPERIENCES AND MODELS OF LAND RESOURCES USE IN CHINA

This paper introduces the experiences and models of land resources use in China. They are: (1) to protect farmland is as the basic state policy; (2) to carry out land resources survey and land use planning; (3) establishing a resource-saving agricultural production system with land saving as its priority; (4) to develop agriculture in the whole territory and explore food resources; (5) improving eco-environment and protecting land resources; (6) population control'and moderate consumption to release the pressure on land resources; (7) the integrated development and experiment of the typical regions.     

基于马尔可夫链和最大后验准则的模拟静止气象卫星数据地表组分温度反演

地表组分温度比像元混合温度具有更强的物理意义和实用价值,是定量遥感反演的一个重要研究方向。本文以马尔可夫链和最大后验准则地表温度尺度转换方法,结合静止气象卫星数据高时间分辨率的特点,通过模拟静止气象卫星数据地表组分温度反演进行分析和验证。在研究过程中,地面被简化为由植被和土壤两组分组成,同时假设邻近像元的植被和土壤组分温度相同。鉴此,本文通过模拟构建20×20像元大小的静止气象卫星混合像元图像,并对各像元各时刻温度添加均值为0标准差为2K的随机误差,最终应用所提算法估算各像元各时刻的植被和土壤组分温度大小。精度分析结果表明,该算法能够较为精确地反演植被和土壤组分温度,且误差基本控制在2K以内。此外,本文还进一步讨论了算法的适用性及其对混合像元温度误差、植被覆盖度误差,以及邻近像元植被覆盖度变化范围的敏感度。分析结果再次证明,该方法对混合像元温度误差和植被覆盖度误差都具有较低的敏感性,在最大温度误差条件(均值为1.8K,标准差为5K)和最大植被覆盖度误差(均值为0.18,标准差为0.2)的条件下,各组分温度的估算精度分别能控制在3K和2K以内,满足精度要求。但是,由于组分温度初值的确定方法,对所计算窗口内植被覆盖度变化范围有较强的敏感性,反演结果与植被覆盖度变化范围相关,要求窗口内植被覆盖度变化范围足够大才能满足初值估算的精度要求。     

基于地理分区与FLUS模型的城市扩张模拟与预警

城市的快速扩张不断改变着土地资源的转化,带来了诸多生态环境问题。分析和模拟城市扩张的机制,并对城市未来土地利用变化的风险进行预警,利于合理调控城市的发展。本文提出了一种基于地理分区和未来用地模拟(Future Land Use Simulation,FLUS)模型的城市扩张模拟模型,用于模拟和预测复杂的土地利用变化。该模型利用多指标数据进行空间聚类,耦合地理分区结果进行城市扩张模拟。珠江三角洲2005-2015年的城市扩张模拟结果显示,分区下的模拟精度(FoM=0.2329,提高了9%)明显高于未分区,说明不同分区在土地利用转化上存在空间差异,该模型能更有效地模拟城市土地利用变化。另外,本文构建了一种城市扩张预警指标评价体系,用于评估城市扩张的警情。根据在2005-2015基础上预测的2025-2045年土地利用变化结果,对珠江三角洲城市扩张进行多尺度预警分析。综合预警结果显示该区域大部分城市至2045年城市扩张警情将达到中警和重警,其中东莞警情一直维持在重警。由此,未来需要加强对珠三角城市扩张的宏观调控,以此来缓解未来城市扩张的警情。     

基于CA-Markov模型的长吉示范区土地利用格局多情景预测研究

吉林省长吉产业创新发展示范区位于我国东北地区的地理中心,是实施新一轮东北振兴和吉林省融入国家“一带一路”倡议的重要地区,该区土地利用变化对于生态环境变化及区域经济、社会发展有重要影响。本研究以Landsat TM/OLI和ZY-3遥感影像为数据源,获取长吉示范区1990年、2000年、2010年和2015年土地利用数据,分析示范区土地利用动态趋势,并利用CA-Markov模型预测了自然发展和生态规划两种情景下的2040年土地利用格局。结果表明,1990~2015年期间,约有288.14km^2的林地转化为耕地,同时有200.29km^2的耕地转化为建设用地。自然发展型情景预测结果显示,到2040年,长吉示范区森林面积将继续萎缩,湿地、耕地损失严重,建设用地显著扩张。生态规划型情景预测结果表明,如采取积极的生态保护和恢复措施,到2040年,示范区森林面积将恢复至910.17km^2,湿地将得到有效恢复,优质农耕区得到保护,同时保证了区域城镇化的发展。通过本研究中不同土地利用发展情境的模拟,可为示范区土地规划、生态保护和区域可持续发展提供决策依据。     

城镇-农业-生态空间划定的多情景模拟

城镇-农业-生态空间划定(简称"三区"划定)是国土空间规划的核心内容,对于科学合理地规划、利用有限的国土资源具有重要的意义。已有研究主要根据区域内土地利用与社会经济发展现状构建指标体系进行"三区"划定,较少将未来土地利用变化纳入"三区"划定过程中,使得划定结果在指导实践过程中缺乏前瞻性。针对这一问题,本文提出一种基于土地利用情景模拟,结合指标体系评价与决策树特征挖掘的"三区"划定方法,并以武汉市2015年土地利用现状为基础,在土地利用变化情景模拟的基础上进行"三区"划定。通过对比,验证了本文提出方法的合理性。研究发现:①不同情景下的"三区"空间在规模、空间分布上具有明显差异,将未来土地利用变化纳入"三区"划定过程中确有必要;②不同土地利用情景下"三区"空间的差异主要出现在三类空间的交界区域,这些区域是国土空间规划应该关注的重点区域。