基于CA-Markov模型的黄河流域土地利用模拟预测研究

【目的】分析黄河流域现有的土地利用数据,揭示黄河流域未来30年土地利用时空格局的演变趋势。【方法】基于黄河流域1980,1990,2000,2010和2015年5期土地利用数据,采用元胞自动机-马尔可夫模型（CA-Markov）对2000和2010年的土地利用格局进行模拟,在满足精度要求的基础上,对2020,2030,2040和2050年的土地利用变化情景进行预测,并借助GIS空间分析功能,剖析黄河流域2020－2050年的土地利用时空格局演变趋势。【结果】基于CA-Markov模型的黄河流域2000和2010年土地利用模拟误差均小于10%,Kappa指数高达0.872 8和0.897 0,证实了CA-Markov模型在黄河流域土地利用模拟上的可行性及精度的可靠性;未来30年间,黄河流域主要土地利用类型为耕地、林地和草地;耕地和草地将减少约10%,林地将增加约5%,建设用地将增加约150%,且主要集中于宁蒙河段以及中下游地区。【结论】CA-Markov模型可较好地模拟预测黄河流域土地利用的时空演变格局,模拟结果可为黄河流域未来土地利用规划和管理及生态修复提供科学依据。     

耦合GMOP与PLUS模型的干旱区土地利用格局模拟

为模拟昌吉回族自治州自然发展情景下未来土地利用格局变化趋势,构建区域内经济效益和生态环境效益协同优化的土地利用空间分布格局,运用PLUS模型和GMOP模型,基于2010、2020年土地利用现状数据,借助土地利用动态度和土地利用转移矩阵对研究区土地利用趋势进行分析和情景模拟。结果表明,2010—2020年昌吉州地类变化主要是由草地向其他土地利用类型转入,其中草地退化为未利用地的占比最高,为58.76%。基于PLUS的自然发展情景模拟,2030年建设用地扩张,南部山区草地退化,土地经济效益相比2020年增加91.43%,而生态价值却减少了1.40%;基于GMOP-PLUS耦合模型的多目标优化情景模拟,2030年草地退化和建设用地扩张趋势得到控制,未利用地得到较大程度的开发利用,实现了土地经济效益（81.90%）和生态价值（5.61%）双提升。研究表明,GMOP-PLUS模型既实现了研究区土地利用类型在结构上的优化,又能较好地模拟各地类空间分布格局,可为昌吉回族自治州未来土地利用规划编制和土地可持续利用情景预测提供理论依据。     

基于CA-Markov模型的天津市土地利用预测研究

CA-Markov模型在土地利用研究领域得到了越来越广泛的应用。为了研究天津市土地利用变化规律,以1999、2007两年的同时相ETM/TM遥感影像为数据基础,采用CA-Markov模型,对天津市2015和2023年土地利用空间格局进行动态模拟和预测。结果表明：1999-2007年间,人工湿地和建设用地呈现增加趋势;自然湿地和耕地面积逐年减少,主要是工业、建设用地占用;其余土地类型面积变化不大。CA-Markov模型预测结果表明2007-2015年,2015-2023年土地利用变化保持1999-2007年间的变化趋势,自然景观逐步向人为景观转变。根据预测结果可以合理调整各类型土地格局,为该区土地管理规划提供科学依据。     

基于CA-Markov模型的自然保护区土地利用变化分析

以广西山口红树林自然保护区为研究区,1999和2005年SPOT4影像作为土地利用信息源,采用CA-Markov模型预测2011年和2017年研究区土地利用空间变化,在此基础上利用11个景观指数分析1999-2017年研究区整体景观格局演变情况。结果显示,CA-Markov模型模拟的2005年土地利用空间分布的面积和空间精度分别为93.13%和87.57%,具有较高可靠度;1999-2005年各用地类型的相互转化较为复杂;2005-2011年,红树林和养殖区增长最为显著;1999-2017年间,斑块数呈下降趋势,景观破碎化程度在减轻,受人类活动的影响在减弱,各斑块类型在景观中呈均衡化趋势分布,但景观稳定性和抗干扰性下降。研究表明CA-Markov模型是模拟与预测自然保护区土地利用变化的有力工具,能为土地规划与管理提供一定的决策信息。     

基于Landsat影像的抚仙湖流域土地利用变化及预测研究

以云南抚仙湖流域1974年、1988年、1996年、2001年、2005年、2010年和2015年7期Landsat遥感影像为基础数据,通过目视解译和支持向量机相结合的方法进行土地利用类型分类,并采用土地利用动态度、综合程度指数、转移矩阵等模型,定量分析抚仙湖流域土地利用类型的变化过程,最后基于CA-Markov模型对未来土地利用情况进行预测模拟。结果表明:1974—2015年乔木林、灌草丛和水域面积呈持续下降趋势,主要的转出方向为农田,建设用地面积增加主要来源于农田,湿地和裸地呈逐年增加趋势,上述变化趋势与当地社会经济快速发展有关;总体分类精度为90.29%,满足精度要求;土地利用预测趋势为乔木林、水域面积保持减少态势,灌草丛、湿地面积呈增加趋势,农田扩张现象依然存在。本研究可为抚仙湖流域土地及水资源的科学规划、保护和合理利用提供参考。     

基于CLUE-S模型的湟水流域土地利用空间分布模拟

基于CLUE-S模型,以青海湟水流域为研究区,分别利用1987年和1996年两期土地利用数据,运用逻辑斯蒂逐步回归方法选择自然和社会经济等18种驱动因子,对湟水流域2007年土地利用空间分布格局进行模拟.在此基础上,构建流域2008-2027年土地利用变化的4种不同情景,并模拟了4种情景下2027年土地利用空间分布格局.研究结果表明:(1)两期模拟总体精度分别达到了88.31％和89.96％,4种Kappa指数均大于0.82,表明CLUE-S模型在湟水流域具有良好的土地利用模拟能力.(2)流域2008-2027年不同情景下,城乡居住建设用地在4种情景下均表现为明显增加,主要沿湟水河谷区域扩展,而3种退耕情景下的坡耕地空间格局模拟结果存在着明显的空间差异,从情景二、情景三到情景四,流域内坡耕地范围逐步减小,林地、草地面积范围增大,退耕部分主要分布在流域东部、西部和北部:东部地区退耕的范围主要是集中在乐都县和民和县;北部地区退耕的范围主要是集中在大通县县城北部;西部地区退耕范围则主要在湟源县县城西北部的湟水河两岸.研究结论可为湟水流域未来土地利用管理、规划及政策的制定等提供参考依据和决策支持.     

基于CA-Markov模型和MCE约束的白洋淀流域景观动态研究

CA-Markov模型对景观动态分析的精度受到环境因素的影响,本研究以添加约束条件的MCE-CA-Markov模型为对比,基于白洋淀流域2008、2013年和2018年的景观数据对2023年景观进行预测,比较CA-Markov模型和MCE-CA-Markov模型模拟结果差异。结果表明： 2008、2013、2018年三个时点的耕地和林地面积合计均超过白洋淀流域总面积的75%,始终为基质景观。各景观类型斑块2008—2018年破碎且分散,耕地、林地的优势度逐渐降低,全流域格局多样性和复杂程度明显增强。2018—2023年,白洋淀流域耕地、林地面积减少,其他景观面积增加,各景观斑块主要呈紧实且聚集状态,建设用地优势度逐渐升高,全流域格局趋于多样化和均匀化。经验证,MCE-CA-Markov模拟精度（0.900 7）优于CA-Markov模型,2023年白洋淀景观结构和格局变化幅度整体小于CA-Markov模拟结果,且各景观转化特征更符合社会发展实际。     

海河流域土地利用变化图谱分析(英文)

[目的]定量探求海河流域土地利用类型转换、变化强度与空间分布规律,以期为该地区土地利用的科学管理提供依据。[方法]在遥感技术与地理信息技术支持下,解译并绘制了研究区 40 年(1970~2010 年)5 期(1970 年、1980 年、1990 年、2000 年和 2010 年)的土地利用图,并以此为基础进行空间叠加构建了土地利用变化图谱、过程图谱、涨势图谱和演变模式 4 种图谱,分析了土地利用格局变化规律。[结果]整体上看,耕地转化为建设用地是40 年来海河流域最主要的土地利用变化特征;非稳定区域面积占到 35%,海河流域土地利用变化剧烈,加强土地科学管理十分必要;1980～1990 年期间各土地利用类型新增转化均最小,形成了增量波动低谷,表明在此时期土地利用类型之间转化最为平缓。[结论]该研究结果表明与常规转移矩阵法相比,地学信息图谱方法在土地利用变化分析方面有着明显优势,能够展示兴趣区的空间位置分布,表现出多维空间信息。     

海河流域土地利用变化图谱分析

[目的]定量探求海河流域土地利用类型转换、变化强度与空间分布规律,以期为该地区土地利用的科学管理提供依据。[方法]在遥感技术与地理信息技术支持下,解译并绘制了研究区40年(1970～2010年)5期(1970年、1980年、1990年、2000年和2010年)的土地利用图,并以此为基础进行空间叠加构建了土地利用变化图谱、过程图谱、涨势图谱和演变模式4种图谱,分析了土地利用格局变化规律。[结果]整体上看,耕地转化为建设用地是40年来海河流域最主要的土地利用变化特征;非稳定区域面积占到35%,海河流域土地利用变化剧烈,加强土地科学管理十分必要;1980～1990年期间各土地利用类型新增转化均最小,形成了增量波动低谷,表明在此时期土地利用类型之间转化最为平缓。[结论]该研究结果表明与常规转移矩阵法相比,地学信息图谱方法在土地利用变化分析方面有着明显优势,能够展示兴趣区的空间位置分布,表现出多维空间信息。     

基于元胞自动机复合模型的村镇土地利用变化模拟

为向村镇土地利用规划和管理提供合理决策依据,开展村镇土地利用空间格局变化进行模拟研究。在元胞自动机模型基础上,引入马尔科夫模型和多标准评价方法,构建元胞转移数量规则及空间位置规则,从自然环境、社会经济与政策等3方面分析土地利用影响因子,构造元胞自动机复合模型;选取北京市房山区为研究区,以村镇为单元对其土地利用空间格局进行模拟。结果显示:房山区的耕地、林地面积不断减少,建设用地占用农用地现象突出;人口集中、农业资源丰富的平原区各村镇土地利用变化明显。研究表明,多标准评价方法使元胞转移空间位置有规律可循,并有效避免模拟结果中大量错误斑点的产生;以村镇为单元进行分析,模拟的结果更加精细和合理。