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相似文献
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1.
土壤侵蚀系统是一个典型的非线性动力系统,系统内部的侵蚀发育演化过程十分复杂,为了对该过程进行精确的模拟和预测,需要发展有效的技术和方法.元胞自动机( cellular automata,CA)是一种具有时空特征的离散动力学模型,采用“自下而上”的构模方式,对于模拟和分析具有空间特征的土壤侵蚀系统具有先天优势.由于空间尺度变化所引起的土壤侵蚀因子对侵蚀产沙过程的影响不同,CA模型在坡面尺度下主要针对细沟侵蚀和土壤颗粒的变化,在小流域尺度下涉及到更多的元胞状态和更加完整的侵蚀过程,在大区域尺度下重点研究气候和地貌之间的相互作用.不同空间尺度建立的CA模型没有确定的转换规则,模型通用性较低,今后需要在三维可视化、智能化等方面深入研究CA模型在土壤侵蚀领域的应用.  相似文献   

2.
丹江口库区土地利用结构与格局优化   总被引:2,自引:0,他引:2  
丹江口库区作为南水北调中线工程的水源区,其生态环境状况和水质安全不仅关系到库区的社会经济和环境保护的协调发展,也决定着调水工程的成败。科学量化评价丹江口库区土地利用结构并进行格局优化,对于库区可持续发展有着重要的意义。利用丹江口库区1990年、2000年、2007年TM遥感数据,在RS和GIS技术的支持下,在综合使用马尔柯夫预测模型和元胞自动机方法的基础上,建立了土地利用格局优化模拟模型,进行了丹江口库区生态安全条件下的土地利用格局优化模拟研究。通过马尔柯夫预测模型得出各土地利用总量预测结果,以宏观用地总量需求和微观土地供给相平衡为原则,利用具有复杂空间演变能力的元胞自动机完成土地空间分配。结果表明:1990—2007年期间,丹江口库区土地利用类型的面积发生了很大变化,其中主要以农田面积大幅度减少和林地、灌丛以及居民地面积的大幅度增加为主。在未来的2020年,经格局优化,农田、未利用地面积显著减少,林地、园地面积相应增加,生态环境状况良性发展。结果显示使用CA-Markov模型进行土地利用变化预测,充分利用CA模型模拟复杂系统空间变化的能力和Markov模型长期预测的优势,对于揭示土地利用变化的动态机制具有一定意义。  相似文献   

3.
海岸带土地利用模拟结果对元胞邻域的响应研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
通过元胞自动机(Cellular Automata,CA)动态模拟能够重建和预测复杂系统的全局结构及其演变.海岸带土地利用变化模拟是CA应用研究的重要领域之一.元胞邻域及其组合作为CA的必要组成部分,对海岸带模拟结果有显著影响.以半径为1,2和3的Moore邻域为例,测试并分析了模拟结果对元胞邻域的响应.研究表明:这种影响表现在3个方面:分别是元胞数量、空间形态和不确定性.小范围邻域组合模拟结果形态真实、不确定性较低,但是模拟变化容易过早终止;大范围邻域组合模拟结果形态真实性较差、不确定性较高,但是模拟结果能够保持延续.针对具体的模拟案例,元胞邻域的选择需要结合影响系统演变的全局因素而确定.模拟结果的响应特征不仅适合海岸带土地利用模拟,也适合其他类型的空间系统演变模拟.  相似文献   

4.
以GIS为技术支持,完成了以元胞自动机(CA)为模型的基于土地利用变化的土壤侵蚀空间演化分析。通过对土地利用规划前和规划后不同利用模式制约下侵蚀发展状况的模拟,预测了不同利用模式中各地块单元土壤侵蚀的发展方向,为评价土地利用合理程度提供了理论依据。  相似文献   

5.
山东沿海地区土地利用和景观格局变化   总被引:16,自引:4,他引:12       下载免费PDF全文
为分析和预测山东省沿海区域土地利用和景观格局变化,该文将景观格局指数作为评价土地利用变化模拟模型的基本指标;基于RS和GIS技术分析2000-2010年土地利用和景观格局的变化特征,并尝试CA-Markov模型预测土地利用变化,发现其在景观格局预测方面的不足,因而探索和提出Spatial-Markov模型,该模型不仅适合于土地利用变化模拟,也适合于景观格局过程分析。具体包括:1)基于2000、2005和2010年的Landsat影像进行土地利用分类,分析10a间土地利用和景观格局的变化特征,表明:耕地面积不断减少,城镇和农村居民点用地不断扩张而占用大量耕地,草地等又不断开垦为耕地;区域景观格局破碎化趋势显著,人为干扰加剧,各种景观类型的分布向均匀化发展;2)基于Logistic-CA-Markov模型,以11个变量、2000和2005年土地利用分类图为基础,模拟的2010年土地利用图与观测值相比较,虽然得到的Kappa系数较高(0.8530),但难以支持对景观格局特征的预测和分析;3)提出Spatial-Markov模型,基于2000和2005年土地利用分类图模拟2010年土地利用,模拟结果的Kappa系数高达0.8872,且景观格局指数也与观测值非常接近,因此,选择该模型预测2015和2020年的土地利用和景观格局;4)预测结果表明,2010-2020年间耕地面积将继续减少,城镇、农村居民点将继续保持快速增长的态势;景观尺度除了分形维数,其他指数保持2000-2010年间的变化趋势,而在类型尺度,除水域和未利用地外,各种景观类型多个景观指数将总体保持原有的变化趋势。该研究可为山东沿海区域土地利用规划提供参考,并为土地利用预测研究提供了一种新的方法。  相似文献   

6.
钟小敏      钟科元  高怡婷  李煜连  涂浙  黄莉  帅红   《水土保持研究》2022,29(6):52-58
为揭示水文模型计算单元划分引起的土地利用变化对模拟结果的影响,采用SWAT模型,通过设置11种子流域阈值情景(4 000,3 200,2 000,1 500,1 100,800,400,200,100,50,25 hm2),并保持地形和土壤数据不变,定量分析了子流域划分引起的土地利用空间离散化对径流输沙模拟结果的影响。结果表明:(1)随着子流域数量的增加,流域内土地利用中面积最大的林地呈先增加后减少趋势,所有情景下林地面积均高于实际林地面积; 而随着土地利用离散程度的增加耕地面积呈减少趋势,水域、草地和建设用地面积则呈增加趋势并逐渐接近实际面积;(2)土地利用空间离散化导致年均径流量(1.85%)和输沙量(65.84%)减少,且对输沙量影响更显著;(3)土地利用空间离散化造成洪水过程和输沙峰值显著降低,并导致年最大1 d、连续最大5 d和连续最大7 d输沙量显著下降(p<0.01)。综上所述,SWAT模型不同子流域划分显著改变了流域土地利用分布,进而引起径流输沙有关参数变化,最终导致径流和输沙模拟结果的变化。  相似文献   

7.
试论元胞自动机模型与LUCC时空模拟   总被引:10,自引:1,他引:9  
汤君友  杨桂山 《土壤》2003,35(6):456-460,480
对土地利用变化过程的模拟和预测,需要地理信息系统(GIS)等相关技术的支撑。但目前GIS不能完整地表达地理实体的时态信息和时空关系,缺乏时空分析和动态模拟的能力。元胞自动机(Cellular Automata,简称CA)是一种自下而上的动态模拟建模框架,具有模拟地理复杂系统时空演化过程的能力。本文从元胞自动机的原理和特征入手,介绍了CA模型的构造方法,对CA模型应用于土地利用变化过程的动态模拟及预测的可操作性进行了探讨,并分析了其应用现状,存在的问题及前景。  相似文献   

8.
黑河下游土地利用与景观格局时空特征分析   总被引:4,自引:2,他引:2  
潘竟虎  刘普幸  赵军 《土壤》2008,40(2):306-311
基于研究区1986年Landsat TM和2000年Landsat ETM 遥感影像资料,综合运用遥感与GIS技术手段,结合景观格局分析软件,就近15年来黑河下游额济纳流域土地利用与景观格局变化进行了分析,并探讨了引起变化的驱动因素.结果表明:①研究区草地、林地、水域、耕地面积减少,居民工矿建设用地和未利用土地面积显著增加;土地利用动态转化过程以草地转化为未利用土地、林地转化为草地和未利用土地逆转为草地为主要特征;土地利用的空间位置转换面积大于其数量变化.②景观的破碎化程度降低,景观多样性及景观异质性程度减小,景观的稳定性降低.③气候的暖干化趋势,黑河下泄水量的持续减少,加之人类不合理的经济活动,是黑河下游土地利用和景观格局变化的主要原因.  相似文献   

9.
利用遥感与GIS研究区域土地利用变化,揭示其空间变化规律,能够有效监测土地利用变化.本文以重庆山地城市区为研究范围,利用1985-2010年8期LandsatTM遥感数据,对土地利用动态度、土地利用程度的变化特征进行系统分析.结果表明:1985-2010年重庆山地城市总体上呈现耕地、草地、未利用地面积减少,林地、建设用地、水域面积增加的趋势,且各地类变化的程度和过程有所不同;不同土地利用类型的动态度变化呈现出差异性,未利用地和建设用地的动态变化度一直较大,耕地和林地的很小;近26a来,土地利用程度总体呈增大的趋势,表现出明显的时间阶段性.研究结果对区域土地管理及土地的合理利用具有一定的参考价值.  相似文献   

10.
以山西省闻喜县为例,利用该县1:10000土地利用现状图作为数据源,应用GIS技术以及景观格局软件Fragstats,研究了土地利用类型数不同时景观格局指数的空间粒度效应和不同粒度下土地利用类型数对景观指数的影响。结果表明:随粒度增加,斑块密度、景观形状指数、景观聚集度呈逐渐下降趋势,且下降幅度逐渐减小,周长面积比分维数总体呈上升趋势,最大斑块指数和Shannon多样性指数无明显变化。随土地利用类型数目的增多,斑块密度、景观形状指数、Shannon多样性指数呈阶梯式上升趋势,最大斑块指数呈阶梯式下降趋势,周长面积比分维数无明显变化,景观聚集度的变化曲线比较复杂。  相似文献   

11.
基于约束性CA模型的城市开发边界划定方法   总被引:3,自引:1,他引:2  
为了解决土地利用总体规划中划定城市开发边界问题,该文研究了基于约束性元胞自动机(cellular automata,CA)模型的城市开发边界划定方法,以辅助规划方案的编制。将CA模型与城市发展适宜性、规划指标约束、发展空间约束等相结合,在Arc GIS系统平台上,利用Python语言实现了城市开发边界划定系统工具。基于河南省巩义市中心城区2005和2010年2期数据,模拟了2015年的城市边界,并与2015年真实数据对比验证。结果表明,城市发展总规模和新增建设占用耕地规模均不超设定的规模指标2 865.92和282.80 hm~2;新增用地在空间上避让了基本农田等限制区,达到了空间限制性要求;以城市土地利用适宜性为转换规则,体现了规划的"上下结合"原则;城市用地模拟精度总体达到93.09%,Kappa系数90.41%。该方法可用于土地利用总体规划中划定城市开发边界,为规划方案的制定提供辅助决策支持。  相似文献   

12.
细胞自动机原理广泛应用于土地利用变化空间模拟。邻域距离是细胞自动机模型的主要参数,但在以往研究中讨论较少。该研究利用土地利用变化模型(CLUE-S)邻域模拟模块,以北京市密云县1991-2004年的土地利用变化模拟为例,研究了模型中不同邻域距离参数对土地利用空间变化模拟精度的影响。基于1991年真实土地利用数据,选择200、400、600、1 000和1 200 m的邻域距离在两种邻域形状下分别模拟了2004年土地利用空间分布。通过2004年实际土地利用空间数据和模拟数据比较,利用kappa系数评价模拟结果精度。结果表明,在两种邻域形状下,邻域距离的变化对模拟结果精度都有较大影响。环状邻域距离的增大会导致模拟精度的降低,面状邻域距离的增大则导致模拟精度先增后降。不同土地类型对邻域距离变化的敏感程度和反应皆不相同。今后在土地利用变化模型应用中,对细胞自动机模型的验证过程中需考虑对邻域距离的研究和讨论。  相似文献   

13.
元胞自动机已被广泛应用于城市发展变化的模拟研究中,但多数应用局限于两类土地利用类型的转变。借助神经网络中的BP算法,以遥感和GIS技术为依托,在对TM影像分类的基础上,应用GIS技术提取一系列LUCC空间影响因子,建立了模拟土地单元转变概率的BP神经网络模型。并以模拟的概率值代替CA模型的若干规则,对于田绿洲LUCC做了动态模拟。结果显示,该方法在干旱区复杂土地利用动态变化模拟中具有一定精度,能够对土地资源的可持续利用规划提供有用信息。  相似文献   

14.
基于生物多样性保护的土地利用结构预测   总被引:11,自引:6,他引:5  
土地利用结构预测是土地利用与管理的核心问题,基于生物多样性保护的土地利用结构预测对生态环境良好、物种丰富的地区尤其重要。该文应用元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markov)模型建立了基于生物多样性保护的乐东县土地利用结构预测模型,获得了2020年土地利用结构。结果表明:2020年土地利用结构预测结果较2009年更合理,其中建设用地布局更加集中,北部生物多样性极为丰富区内建设用地大部分转变为林地,滨海地区在发展旅游建设的同时海岸带生态资源得到保护;耕地元胞单元增加,且增加部分主要分布在西部生物多样性丰富度一般区。预测结果突出了对生物多样性的保护,对乐东县土地可持续利用具有重要的现实意义。  相似文献   

15.
为探究科学合理的耕地规划方法,以河南省兰考县为例,从影响耕地规划的适宜性、限制性及竞争性3个方面对土地适宜性进行分析,并运用CA(cellular automata)模拟系统,模拟2020年兰考县指标控制下的耕地规划情况。结果表明,兰考县2020年耕地面积为76 411.32 hm~2,其中因城镇发展导致耕地面积减少226.44 hm~2,村庄、内陆滩涂及果园等其他土地转化为耕地的面积为8 227.13 hm~2。结合耕地适宜性评价结果对比发现,质量上模拟规划的耕地高于现行的土地利用规划中的耕地,空间分布上同时避开城镇发展、生态保护及其他因素的影响,具有稳定性。该研究为管理者制定耕地规划提供重要的方法参考。  相似文献   

16.
基于改进CA-Markov模型的山地城市边缘区土地利用变化模拟   总被引:2,自引:2,他引:0  
山地都市边缘区土地利用处于深刻转型中,其变化模拟一直以来都是难点问题。现有的模拟方法如传统的CA-Markov模型等存在明显缺陷。该研究基于层次分析的多标准评价模型MCE引入传统的CA-Markov模型,改进传统模拟方法。在限制因素和限制因子适宜性评价基础上,结合实证区域2006,2011和2016年土地利用现状数据,引入改进的CA-Markov模型,模拟山地城市边缘区土地利用时空变化。首先是利用改进的模型与传统的模拟分别模拟2016年研究区域的土地利用变化;其次将2种方法获取的图像分别与实证区域的土地利用现状图进行精度分析,改进方法模拟精度明显高于传统方法精度;最后利用改进的方法和2016年现状数据,进一步模拟2030年实证区域的土地利用时空格局。结果表明:维持研究区现有的城镇化发展速度,到2030年研究区的耕地、林地、园地、水域、未利用地和农村居民点等将大幅减少,这对于研究区粮食安全、生态保护等造成较大威胁。改进的MCE-adjusted CA-Markov模型,相对于传统的CA-Markov模型,能较好地模拟山地城市边缘区土地利用时空格局变化。此外,讨论了研究结果对该区域国土空间规划编制的启示以及模型未来改进的方向等。  相似文献   

17.
基于CA-Markov的河西走廊土地利用变化研究   总被引:28,自引:7,他引:21  
基于河西走廊1990年、2000年土地利用矢量数据,通过空间叠加和构建土地利用分布与变化的1 km-Grid数据集以研究20世纪90年代土地利用分布与变化的数量特征和空间格局特征,并运用马尔可夫模型和元胞自动机技术对2010年土地利用分布情景进行预测。研究表明:河西走廊以未利用土地和草地为主;20世纪90年代,耕地、城乡工矿居民用地增加,而林地、草地、水域和未利用土地减少;多种土地利用类型的开垦在区域土地利用变化中处于主导地位,其中“草地→耕地”和“未利用→耕地”2个变化类型的规模最显著。主要交通线与大的河流附近人类活动强烈,因而土地利用类型及变化类型比较多样,空间格局复杂。CA-Markov模型模拟结果表明2000~2010年间6个土地利用类型将保持原有的变化趋势和变化速率,因此,迫切需要加强对林地、草地和水域的保护,控制和阻止盲目开垦耕地的行为,推进退耕还林还草工程,促进区域生态环境质量的保护和改善。  相似文献   

18.
In response to the dust bowls of the mid-thirties in the USA, soil and water conservation programmes involving reduced tillage were promoted to control land degradation, particularly soil erosion. The farming and land management practices that were considered to adequately address soil and water conservation objectives were based on no-till seeding and maintenance of soil mulch cover. This collection of practices led to what became known as conservation tillage, although no-till systems by definition avoid soil disturbance by no-till direct seeding, and maintain an organic mulch cover on the soil surface.This article is an overview of achievements in soil and water conservation on agricultural lands through the experience derived from the adoption and spread of Conservation Agriculture (CA) world-wide. CA is an agro-ecological approach to sustainable production intensification. It involves the application of three inter-linked principles that underpin agricultural production systems based on locally formulated practices: (i) permanent no or minimum mechanical soil disturbance, which in practice entails direct seeding through mulch into no-till soils; (ii) maintenance of soil cover with crop residues and green manure crops, particularly legumes; and (iii) diversified cropping system involving annuals and perennial in rotations, sequences and associations.In 2011, CA had spread over 125 million hectares (9% of the global cropped land) across all continents and most agro-ecologies, including small and large farms. In addition, there is a significant area of CA orchards in the Mediterranean countries. CA is now considered to be a practical agro-ecological approach to achieving sustainable agriculture intensification. It offers environmental, economic and social advantages that are not fully possible with tillage-based production systems, as well as improved productivity and resilience, and improved ecosystem services while minimizing the excessive use of agrochemicals, energy and heavy machinery. While there are challenges to the adoption of CA, there is also increasing interest from producers, the civil society, donors and private sector institutions to further promote and service the uptake and spread of CA globally.  相似文献   

19.
This work assesses relationships between characteristic aggregate microstructures related to biological activity in soils under different long‐term land use and the distribution and extractability of metal pollutants. We selected two neighbouring soils contaminated with comparable metal loads by past atmospheric deposition. Currently, these soils contain similar stocks, but different distributions of zinc (Zn) and lead (Pb) concentrations with depth. One century of continuous land use as permanent pasture (PP) and conventional arable (CA) land, has led to the development of two soils with different macro‐ and micro‐morphological characteristics. We studied distributions of organic matter, characteristic micro‐structures and earthworm‐worked soil by optical microscopy in thin sections from A, B and C horizons. Concentrations and amounts of total and EDTA‐extractable Zn and Pb were determined on bulk samples from soil horizons and on size‐fractions obtained by physical fractionation in water. Large amounts of Zn and Pb were found in 2–20‐µm fractions, ascribed to stable organo‐mineral micro‐aggregates influenced by root and microbial activity, present in both soils. Unimodal distribution patterns of Zn, Pb and organic C in size‐fractions were found in horizons of the CA soil. In contrast, bimodal patterns were observed in the PP soil, because large amounts of Zn and Pb were also demonstrated in stable larger micro‐aggregates (50–100‐µm fractions). Such differing distribution patterns characterized all those horizons markedly influenced by earthworm activity. Larger earthworm activity coincided with larger metal EDTA‐extractability, particularly of Pb. Hence, land use‐related biological activity leads to specific soil microstructures affecting metal distribution and extractability, both in surface and subsurface horizons.  相似文献   

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