基于分维模型的台兰河流域土地利用变化研究

以新疆台兰河流域1990年、2000年和2005年土地利用数据为例,将分形理论应用于土地利用空间分布及其变化的研究中,定量分析干旱内陆河流域土地利用空间结构复杂性、稳定性以及各土地利用类型随时间的变化趋势,从而阐述不同土地利用类型的空间分布规律。结果表明:各种土地利用类型都具有空间分形特征,分维数是面积、斑块数量和平均斑块面积等单项指标有机结合的综合表现,是综合表征土地利用变化空间格局的定量指标。1990年、2000年和2005年不同土地利用分维数的排序分别为:水域工矿居民用地耕地草地未利用地林地;水域工矿居民用地草地耕地林地未利用地;水域工矿居民用地草地林地耕地未利用地。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体土地利用分形维值分别为1.5993,1.5986,1.6079,流域土地利用的分维数呈现先减后增的趋势,土地利用空间结构趋于复杂化,土地利用类型有扩张的趋势。1990年、2000年和2005年台兰河流域整体空间结构稳定性指数分别为0.1720,0.1563,0.1435,说明整个流域土地利用类型的空间结构稳定性逐渐下降。     

1980-2016年科尔沁沙地土地利用重心的时空迁移特征

[目的]研究科尔沁沙地土地利用时空演变特征,为该区土地资源的合理开发和生态环境的改善提供科学依据。[方法]基于土地利用重心迁移模型,利用1980-2016年Landsat系列卫星影像,分析该地区土地利用时空格局和空间转移特征。[结果]1980-2016年科尔沁沙地植被重心向西北方向迁移,迁移速率为64.6 m/a;水体向东南方向迁移,迁移速率为389.3 m/a;建筑用地向东北方向迁移,迁移速率为53.6 m/a;沙地向西南方向迁移,重心迁移速率为379.5 m/a;耕地向东北方向迁移,重心迁移速率为148.3 m/a。[结论]1980-2016年科尔沁沙地各土地利用类型在不同时期的重心迁移速率有较大差异,建筑用地总体迁移速率最小,水体和沙地的重心迁移速率相对较大,该现象主要与科尔沁沙地生态环境脆弱有关,造成了水资源持续性减少以及沙地随时反弹。     

沈阳经济区土地利用转型与社会经济发展的关系

[目的]开展沈阳经济区土地利用转型与社会经济发展研究,为助力东北振兴提供科学参考。[方法]以沈阳经济区为研究区,运用GIS,RS技术,采用土地利用转移矩阵和重心转移轨迹模型,探讨1980—2018年研究区土地利用转型与社会经济发展在空间上的转移关系。[结果](1)研究区各种土地利用空间形态存在相互转化关系,耕地、林地和草地面积减少伴随建设用地面积增加;(2)研究区各种土地利用空间形态重心迁移的方向和速度差异明显,特别是2010年林地、草地、建设用地、水域和其他用地的重心迁移方向出现明显转折;(3)研究区人口、GDP重心分别呈现先"Z型"后"C型"迁移和"S型"迁移;(4)研究区各种土地利用空间形态与社会经济发展存在不同迁移形式。[结论]土地利用转型与社会经济发展相互作用,沈阳经济区的设立促进了区域人口、建设用地和耕地重心向研究区几何中心迁移。     

基于马尔柯夫模型的峨庄流域土地利用格局动态预测

该文以峨庄流域为研究区域,在GIS技术支持下,以2000年和2005年的TM影像为原始数据,建立空间信息库,分析2个时期土地利用格局特征及变化,并利用马尔柯夫模型对未来土地利用格局趋势进行预测.结果表明:2000-2005年,峨庄流域居优势地位的土地类型始终是林地类型,耕地等其他土地类型镶嵌其中;未来15a流域总体趋势是朝着好的方向发展,耕地、未利用地面积在今后一段时期内仍呈减少趋势,到2020年耕地面积比例较2005年减少1.53%,林地、草地、水域及城镇村交通用地仍呈增加趋势,其中以林地增长幅度较大,到2020年其占比例将达到61.85%.根据模拟结果可调整各类土地利用格局,为峨庄流域宏观决策提供科学依据.     

1990-2010年青岛地区热环境与土地利用变化的时空关系

[目的]揭示青岛地区热环境与土地利用变化的时空关系,为青岛市环境规划与管理提供依据。[方法]利用Landsat TM/ETM+数据反演青岛地区的地表温度,解译出土地利用类型,比较不同土地利用类型的温度均值及标准差,计算热环境影响指数,分析GIS重心轨迹。[结果]1990—2010年,城乡、工矿、居民用地和未利用土地的地表温度最高,水域最低;耕地的热效应贡献度最大;未利用土地和城乡、工矿、居民用地温度超过平均温度的地块较多;耕地类型中高于平均温度的地块占区域总面积的比重较大;城乡、工矿、居民用地中高于平均温度的地块占区域总面积的比重随时间明显增大;1990—2010年热岛重心一直向东北方向迁移,其中2000—2010年热岛重心迁移方向与城市重心迁移方向一致。[结论]青岛地区热环境与土地利用变化具有密切的关系,城市扩展逐渐成为热岛效应形成的主要原因。     

1990-2005年武汉市土地利用时空变化及其政策驱动因素分析

基于湖北省武汉市1990,1995,2000,2005年四个时相的土地利用数据,利用ArcGIS的空间分析方法和技术,获取土地利用转移矩阵、土地利用面积变化图及土地利用分布中心研究武汉市土地利用的时空变化特征,并从政策层面分析1990—2005年政策因素对武汉市土地利用变化的驱动影响。结果表明在1990—2005年:1）武汉市土地利用变化以耕地、城市建设用地、水域的变化及它们之间的相互转换为主,其中耕地面积持续下降,建设用地面积持续扩张,水域面积缓慢增加;2）武汉市林地、耕地和水域的空间分布中心均有向北迁移的趋势,建设用地中心有向西南迁移的趋势,而草地中心则有向东迁移的趋势;3）耕地保护、退耕还林和中部崛起等相关政策对武汉市土地利用时空变化存在着影响。     

重庆山地都市区1985-2010年土地利用重心迁移研究

土地是人类不可或缺的重要资源,研究土地利用重心,能揭示人类利用或改造土地在空间上的轨迹,有助于全面分析土地利用变化的内在机理。以重庆山地都市区为例,对25 a来各类土地利用垂直重心、坡度重心、平面空间重心及其迁移速率进行了系统分析,并全面阐述了土地利用重心的迁移过程。研究结果表明:重庆都市区25 a间各地类重心分布空间分异特征明显,各地类垂直重心分布具有明显的垂直分异特征,不同地类的坡度重心范围有明显的差异,各地类平面重心分布和迁移有明显的地域特征;各地类重心空间迁移方向和速度差异明显,水域总体相对较稳定,其重心迁移方向与速度都不大;建设用地与耕地各重心迁移趋势较为明显;草地、林地、未利用地重心迁移波动性较大。研究结果可为合理利用土地和改善生态环境提供参考。     

1990-2018年黄河流域(河南段)土地利用格局时空演变

研究长时间序列的土地利用时空演变规律，对科学推进黄河流域生态保护和社会经济高质量发展具有重要意义。该研究基于1990、2000、2010和2018年土地利用遥感数据，以具有中游和下游双重属性的黄河流域（河南段）为研究对象，利用土地利用变化指数、弦图（Chord Diagram）可视化模型及重心迁移模型，探讨了近30年黄河流域（河南段）土地覆被变化的流量、流向、多样性程度及政策启示。结果表明：1）粮食保障用地（约55%）和生产生活用地（约10%）主要分布在平原地带，生态保育用地（约35%）主要集中在海拔较高的山地。2）1990－2018年间旱地的流出和流入行为均体现出显著的主导性，水田、水域和草地以流出行为为主导，城镇用地、农村居民点和其他建设用地以流入行为为主导。3）中心城市的土地利用变化在整个时期内具有明显的区域带动效应。4）粮食保障用地和生态保育用地的重心均向西迁移且面积呈减少趋势，说明下游平原地带的优质耕地减少且生态系统服务功能在逐步减弱；生产生活用地面积逐年增加，城镇用地重心向东迁移表明下游各城镇的社会经济发展逐渐活跃，农村居民点和其他建设用地重心向西迁移表明中游的人口规模逐渐增大。     

新疆焉耆盆地绿洲景观分形特征及驱动机制分析

本文基于分形理论,在遥感和地理信息技术的支持下,对新疆焉耆盆地土地利用空间格局的变化进行了研究。首先对来自遥感影像建立起的焉耆盆地土地利用空间数据库进行提取,然后运用土地利用空间格局的分形模型,获得了1964、1973、1990年和2000年四个个时期各个土地类型的分形维数和稳定性指数,并对土地利用空间格局变化进行了定量分析,为干旱内陆区土地资源合理利用以及区域景观格局的持续发展提供了若干参考。     

海河上游清水河流域土地利用变化特征

[目的]海河上游清水河流域处于半湿润向半干旱过渡的生态环境脆弱区,研究该地区土地利用时空变化规律,旨在为当地生态环境建设提供一定的决策依据。[方法]基于清水河流域1990—2018年4期Landsat遥感影像解译的土地利用数据,在优选的最佳空间尺度下通过Logistic-CA-Markov模型对清水河流域土地利用变化进行分析和预测。[结果]①近30 a来清水河流域土地结构主要以耕地、林地、草地为主,三者面积之和比例超过总量的96%;其中,建设用地面积持续增加且变化程度最剧烈。②通过对受试者工作特征(ROC)曲线进行拟合优度评价,在100 m×100 m空间尺度下,各个地类ROC值达到最优水平。③2018—2027年间,草地和水域面积预计分别减少42.44,5.43 km~2,耕地、林地和建设用地面积分别增加16.51,16.89,14.67 km~2。[结论]①100 m×100 m是针对具有典型小流域特征的清水河流域进行预测模拟研究的最合适尺度;②因2022冬奥会的筹备促使建设用地的开发力度加大将成为未来清水河流域土地格局变化的主要因素。     

黄河下游地区土地利用和生态系统服务价值的时空演变

基于黄河下游地区1990—2015年土地利用分类数据,运用土地利用变化动态度、土地利用转移矩阵,探究不同土地利用类型的变化程度及转移情况,运用当量因子法、热点分析、重心模型、地理探测器探究黄河下游地区县域尺度生态系统服务价值的时空演变及其空间分异。结果表明:1)耕地、草地、未利用地面积逐渐减少,建设用地面积增加,耕地是建设用地面积增加的主要贡献者,建设用地扩张存在侵占耕地的现象。2)从时间尺度看,地区生态系统服务价值逐年减少;从空间尺度看,县域尺度的高值区逐渐减少,低值区逐渐增加;从地均生态系统服务价值的变化率来看,大部分县区的地均生态系统服务价值呈现持续降低趋势。3)地均生态系统服务价值的高值区与低值区空间集聚程度明显,但有逐渐弱化的趋势;生态系统服务价值的重心始终分布在山东省郓城县,重心迁移与两地区之间生态系统服务价值变化差值有关。4)黄河下游地区县域尺度地均生态系统服务价值空间分异受自然因素和社会经济因素共同作用的影响,是不同驱动因子共同作用的结果,其中人为综合影响指数对区域生态系统服务空间分异的影响最大。     

珠江三角洲土地利用分形特征及其影响机制

该文以遥感影像解译数据为基础,在分析1990、2000和2006年3个时期珠江三角洲土地利用数量变化的基础上,应用分形维数模型计算出珠江三角洲各土地利用类型的分形维数和稳定性指数,对其土地利用空间结构及其区域差异进行了深入研究,应用灰色关联分析法探讨了分形特征的影响机制。研究表明,珠江三角洲建设用地面积快速扩张,耕地、林地面积迅速减少,土地利用空间结构由复杂趋向简单,稳定性不断增强,水域空间结构最复杂,未利用土地最简单,水田、城镇用地、未利用土地的空间结构趋向复杂,其余地类的空间结构趋向简单。各市（区、县）分形特征差异明显,分形变化各不相同。分形特征主要受图斑自身几何性质的影响,人口因素影响在减弱,三大产业中以第一产业影响较大。     

黄河口生态脆弱区土地利用时空变化及驱动因素分析

黄河三角洲是典型的生态环境脆弱区,在人类活动及自然环境相互作用下土地利用变化剧烈,是研究土地利用变化的热点地区。该文以黄河口垦利县为研究区,选用1989年、1995年、2000年、2005年及2011年5个时相的遥感影像,获取各时相土地利用信息,利用土地利用变化相关模型,分析了研究区20余年来土地利用的时空变化特点,并对其驱动因素进行了探讨。结果表明:研究区土地利用变化的主要特征是旱地、林草地面积减少和建设用地、水域、盐荒地、滩涂面积的大幅增加。2000年之前总体土地利用变化程度高于后期,单一土地利用动态度,河流水面、水域及建设用地表现较明显。研究时段内旱地、盐荒地、水田、建设用地重心均向西南方向迁移,林草地、河流水面、滩涂重心则向东北方向迁移,水域重心转向西南,但整体地域分布特点变化不大。蒸降比大、偏砂质地土壤、地下水埋深浅且矿化度高、黄河断流等气候水文因素是该区土地利用覆盖变化的主导自然驱动,人类不合理的农业开发活动是主要人为驱动。该研究为黄河口生态脆弱区资源环境的利用保护和社会经济的可持续发展提供依据。     

基于CA-Markov模型的宁夏沿黄生态经济带土地利用变化及模拟研究

[目的]研究宁夏沿黄生态经济带2009—2017年土地利用变化特点,并模拟2025年土地利用空间格局,为宁夏沿黄生态经济带土地开发、利用与保护提供引导,为国土空间规划编制提供参考。[方法]基于时间尺度和空间尺度,对宁夏沿黄生态经济带2009—2017年各类用地变化情况进行了分析,计算得出了各类用地转移概率矩阵,并基于CA-Markov模型,对自然发展情景、土地规划情景、耕地和生态保护情景下宁夏沿黄生态经济带2025年土地利用格局进行了模拟研究。[结果] 2009—2017年,宁夏沿黄生态经济带土地利用整体呈现出耕地、其他农用地及各类建设用地不断增加,园地、林地、草地、水域及自然保留地均有所减少的特点;除水域、其他建设用地外,其他各类用地转为城乡建设用地概率普遍较高,特别是耕地转为城乡建设用地概率最高,达到10.65%。[结论]在自然发展、土地规划、耕地和环境保护3种情景下,宁夏沿黄生态经济带2025年土地利用结构仍然以牧草地、耕地、自然保留地为主,但随着城镇化进程加快和基础设施持续完善,城乡建设用地和交通水利用地增加幅度较大。     

黄河中游地区生态恢复对流域水资源的影响

[目的] 研究黄河中游地区生态恢复对水资源的影响，为流域生态保护和高质量发展提供科学依据。[方法] 利用GIMMS NDVI、ET、土壤水分、地表径流等相关水文数据，基于趋势分析和双累积曲线等方法，探讨生态恢复前后黄河中游地区蒸散发、土壤水分、地表径流的时空变化特征。[结果] 1982-2018年，黄河中游地区植被覆盖度增加了29.72%；在黄河中游地区植被覆盖度增加1%，蒸散发量增加了3~4 mm；在生态恢复区土壤水分呈下降趋势，下降速率为0.001 3%/a；各站点的平均径流量在1961-2018年呈逐年下降趋势，以生态恢复为代表的人类活动对径流量下降起到重要作用。[结论] 由于生态恢复和暖干化的气候背景，黄河中游水资源严重短缺。建议后续黄河中游生态恢复综合考虑水资源，减少人为干扰，以自然植被恢复为主。     

基于GIS和分形理论的沱江流域土地利用结构动态分析

以沱江流域2000年、2020年土地利用空间数据库为基础,应用GIS技术及分形理论,定量分析研究区土地利用空间结构复杂性、稳定性以及空间分布规律。结果表明：(1)各种土地利用类型都具有分形特征,分形维数可以表征土地利用空间格局的变化。(2)20年间,沱江流域的土地利用类型以耕地和林地为主,占研究区总面积的90%以上,受人为活动影响,流域内不同土地利用类型之间存在相互转化的过程,主要的转化特点是耕地和林地大面积减少,而城乡建设用地迅速扩张。(3)流域2期土地利用的总分形维数分别为1.351、1.503,上升趋近于临界值1.5;土地利用整体空间结构稳定性指数从0.149下降到0.003,说明总体上流域土地空间镶嵌结构趋于复杂化,稳定性变差。(4)流域各地类的分形维数和稳定性指数变化存在一定差异,除未利用地外,其他土地利用类型的分形维数均呈变大趋势,空间镶嵌结构趋于复杂化;耕地、林地、草地、城乡建设用地稳定性指数均减小,减小的幅度分别达80.137%、52.439%、55.556%、26.957%,空间结构变得不稳定;水域稳定性指数变大,空间结构变得稳定。     

近25年延河流域土地利用/覆盖变化的时空特征

基于1980年和2005年两期土地利用矢量数据,选取土地利用转移矩阵、土地利用动态度和重心转移3种方法对延河流域土地利用/覆盖时空变化特征进行了定量研究。结果表明:(1)在近25a,延河流域森林和农田面积在数量上发生了大幅度的变化,以农田流向森林为主,然而草地和农田始终是流域主要的土地利用类型,二者所占比重之和在两个时期均在87%以上,加上森林三者所占比重达99%以上;(2)25a内,延河流域仅有3.89%的土地资源发生了利用方式的变化,但聚落用地面积增加迅速,年均增加速率为4.10%,主要靠占用农田和草地来实现;(3)区域之间以及区域和整个流域之间的土地利用变化方向和变化速度不一致,其中安塞地区的各土地利用类型变化速度均大于全流域,这与安塞地区的社会经济活动比较活跃,土地利用变化总体较为剧烈息息相关;(4)25a内,各种土地利用类型在空间上分布比较均匀,其中森林在空间上不断向上游、高海拔方向转移,而流域内水体的重心向流域下游迁移。     

基于LMDI模型的黄河中游城市群水土资源利用影响因素分析

[目的]水土资源是城市发展的重要生产要素,是探索黄河中游城市群水土资源利用过程中的关键因素,对科学促进黄河中游城市群经济快速发展具有重要意义。[方法]以黄河中游三大城市群为例,通过运用LMDI加法模型对2010—2019年黄河中游三大城市群分别构建影响水资源消耗量变化及城市建设用地数量变化的因素分解模型,计算并比较不同驱动因素的效应值。[结果](1)水资源利用效率提高和产业结构的优化能够抑制水资源消耗量的增加,而经济规模和人口规模扩大则促进其增加。(2)产业规模、经济规模及人口规模扩大对建设用地扩张存在推动作用,而城市建设用地消耗强度对建设用地扩张具有抑制作用。(3)对于水资源利用量变化,黄河中游不同城市之间产业结构优化水平存在较大差距;对于城市建设用地变化,三大城市群总效应值比较结果为关中平原城市群>中原城市群>晋中城市群。[结论]基于区域差异和时间差异角度探讨黄河中游城市群水土资源利用的影响因素,有助于丰富水土资源可持续利用的相关研究,为黄河中游城市群的可持续发展提供理论指导。