基于MAS-LCM的沙漠化空间模拟方法研究

以干旱区典型城市磴口县为研究区,利用1995—2015年每隔5年的Landsat TM影像通过遥感解译获取研究区20年的各等级沙漠化空间分布,利用GIS空间分析和重心迁移模型分析沙漠化景观时空变化趋势。并以2010年沙漠化分类数据为基期年数据,利用Logistic元胞自动机(Cellular automata-Markov,CA-Markov)模型(简称LCM)并引入多智能体系统(Multi-agent system,MAS)模型修正转移规则,预测2015年沙漠化分类情况及其空间分布格局。研究结果表明:磴口县20年间重度及极重度沙漠化面积减小,轻度沙漠化景观面积逐渐增大,其中2015年的非沙漠化景观达到37.09%,各类型沙漠化重心远离磴口县城,呈现良好态势。引入MAS模型的CA-Markov预测模型能够显著提升模型的模拟精度,所预测的2015年数据结果 Kappa系数达到0.62,高于CA-Markov模型模拟结果,能较好预测干旱区沙漠化分布情况,为沙漠化监管与治理提供了技术支持。     

基于SFLA-M-L模型的景观格局优化研究

以内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县为研究区,基于混合蛙跳算法,耦合逻辑回归与马尔可夫模型构建了SFLA-M-L(Shuffled frog leaping algorithm-Markov-logistic regression)模型。利用逻辑回归,综合考虑高程、坡度、地下水埋深、干旱度指数、归一化植被指数与当前景观分布进行了景观适宜性分析;利用Markov模型,构造了县域景观转移概率矩阵。利用景观适宜性指数和景观聚集度指数构造目标函数,以景观转移概率矩阵为景观变异的控制条件,对2016年景观格局分布进行了县域景观格局优化。优化结果中,景观聚集度为96.71%,比2016年景观分布提升了6.43个百分点;景观适宜性指数为96.23%,比2016年景观分布提升了4.18个百分点;不同景观类型间相互转移超出转移概率矩阵控制仅4.66 km~2,确保了优化结果的合理性。     

磴口县地下水空间异质性分析及其对景观格局变化的响应

应用地统计学和地理信息系统方法,分析内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县地下水埋深对景观格局演变的响应。首先,通过半变异函数模型分析了磴口县地下水埋深的空间异质性特征,进而利用克里金插值对研究区2008、2016年的地下水埋深空间分布进行了拟合;其次,基于磴口县2008年与2016年的景观格局分布数据,研究了其景观格局演变特点;最后利用GIS叠加分析手段,将地下水埋深变化与景观格局演变数据进行耦合,分析了地下水埋深对景观格局演变的响应机制。研究结果如下：①空间上,磴口县地下水埋深大体遵循由东北向西南逐渐加深的趋势,研究时段内其空间异质性呈上升趋势,空间异质性中的随机扰动增强。②县域主要景观类型为林地,其次为沙地、裸地与水体,研究时段内建筑用地与水体增加明显,耕地与沙地略有减少。③景观格局演变对地下水埋深有较明显的影响,建筑用地的扩张使其加深,地表灌溉系统的不断完善使其上升。总体来看,磴口县地下水资源利用效率有较明显的提高。     

基于BRT_DC_Pd模型的土地利用模拟研究

通过对Dyna-CLUE模型进行改进,嵌入BRT模型和Patch-dynamics模型,形成BRT_Dyna-CLUE_Patchdynamics模型。以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区,基于2006年磴口县土地利用情况,应用BRT_Dyna-CLUE_Patch-dynamics模型,对磴口县2016年的土地利用状况进行模拟预测,并与目前应用较多的Logistic_CA_Markov模型进行对比验证。结果表明,Logistic_CA_Markov模型模拟结果的Kappa系数为0.721 4,BRT_Dyna-CLUE_Patchdynamics模型模拟结果的Kappa系数为0.782 6,2个组合模型的模拟结果精度较高,均与真实解译结果具有高度一致性,但BRT_Dyna-CLUE_Patch-dynamics模型模拟精度更高,结果更优。因此,将BRT_Dyna-CLUE_Patchdynamics模型应用于当地土地利用变化模拟预测,具有一定可行性,可为当地生态治理以及相关政策的实施提供一定的参考。     

基于MCR-ANN-CA模型的包头市生态用地演变模拟

以内蒙古自治区包头市为研究区,耦合最小累积阻力(MCR)模型、人工神经网络(ANN)和元胞自动机(CA)构建MCR-ANN-CA模型。利用MCR模型量化包头市各用地类型演变为生态用地时的阻力,构建CA适宜性规则;利用ANN模型提取CA邻域转换规则,基于包头市2006、2011年土地利用数据及归一化植被指数(NDVI)、高程、坡度、水体距离、人口密度多项数据,对2016年生态用地演变情景进行模拟,以2016年实际生态用地分布为参照,将该模型模拟结果与CA-Markov模型的模拟结果进行对比(以2016年实际景观分布为参照),结果显示,两种模型模拟结果的卡帕一致性指数(Kappa index of agreement,KIA)分别为0. 89和0. 87,相对误差分别为3. 10%和5. 31%,MCR-ANN-CA模型显示了较高的模拟精度。     

基于GIS与RS的东北森林带景观格局演变与模拟预测

研究东北森林带景观格局及演变,对评估我国东北地区生态安全具有重要意义。以东北森林带为研究区,选取2000年、2005年、2010年、2015年的MODIS遥感影像,将东北森林带景观类型划分为森林、草地、湿地、农田、人工表面和其他用地6类。对东北森林带2000—2015年景观格局变化进行生态系统结构、生态系统转换方向、景观指数变化分析,运用MCE-CA-Markov模型,模拟2020年东北森林带景观格局变化趋势。研究结果表明：15年间,生态系统整体呈稳定状态,前10年生态系统改善趋势较强,后5年转变趋势变缓。人工表面逐年增加,城市化进程有所加快;草地的破碎化在15年间有所加剧,而森林的破碎化程度较低且变动较小;运用MCE-CA-Markov模拟景观格局演变是可行的,模拟东北森林带2015年景观格局结果与MODIS分类结果一致,Kappa系数为0.9181,相对精度达到80.88%;预测结果显示,2020年东北森林带的森林、农田比例将进一步下降,草地、人工表面比例进一步上升。研究表明东北森林带的生态环境恢复和重建将面临较大压力。     

基于GIS和PCA降维的森林景观格局等级特征分析

森林景观空间格局及其内在等级特征辨识是森林资源管理和生态环境规划的重要基础。以新疆天山北坡西段霍城林场为对象,以森林资源二类调查资料和DEM数据为基础,基于GIS和PCA降维方法,通过景观等级分类和景观指数分析,对林区森林景观空间格局及其等级特征进行了研究。结果表明:天山北坡森林景观格局存在明显的等级特征,在不同等级上森林景观破碎化严重,斑块大小空间变异强烈;随着森林景观等级细化,森林核心斑块大小、破碎化、景观丰富度、空间邻近程度等指标变异加强;在较高等级水平上,斑块密度(PD)、平均斑块面积(AREA_MN)、景观形状指数(LSI)、周长-面积分形维数(PAFRAC)等指数对概括森林景观空间格局具有决定性。森林景观资源保护和精细化管理应注重对景观破碎化、丰富度、斑块空间邻接度等指标的考虑及调控,进而为林区景观格局优化、森林景观资源健康经营与管理提供有力参考。     

城市水源地景观格局变化研究——以贵州省六盘水市中心区水源地为例

通过土地利用动态变化模型及景观格局指数分析贵州省六盘水市中心城区主要水源地(城区水库区和郊区水库区)景观格局动态变化特征,并分析评价1990-2010年生态环境变化的趋势及原因,结果表明:①城区水库区在1990年绿色景观占绝对优势,为93.38％,至2010年所占比例虽然在下降,但仍是区域内主要生态景观;20 a间红色景观所占比例有较大程度提高,翻了近4倍;蓝色景观所占比例稍有提高,至2010年增加为0.86％;郊区水库区在1990-2010年的20 a间以绿色景观为主,景观生态格局变化不大.②城区水库区在1990-2010年间土地利用结构发生了很大变化,尤其是2000-2010年处于快速变化期.郊区水库区除水体变化幅度巨大外,其他土地利用结构变化较缓.③1990-2010年研究区斑块数量和斑块密度都有不同程度增加,蔓延度指数降低,景观多样性在增加,人工干扰指数呈上升趋势;城区水库区均匀度指数有所下降,郊区水库区均匀度指数在提高.     

包头市景观格局时空演变研究

以内蒙古自治区包头市为研究区,选取2006、2010、2016年相同月份遥感影像,结合包头市土地利用数据,将包头市景观类型划分为林地、草地、水体、耕地、建设用地、其他用地共6类,进行景观格局动态度变化分析、转移网络分析、变化空间集聚特征分析、重心转移分析、景观格局指数变化分析和景观格局演变驱动力分析。结果表明,2006—2016年市域景观特征发生了较大变化,其中2006—2010年其他用地景观类型的减少速度高达19. 48%,10年间建设用地的增加速度从1. 3%增至2. 76%,在2010—2016年有15. 19%的耕地转化为草原景观,3. 79%的耕地转化为建设用地; 10年间景观变化呈现点状分布,主要分布在耕地密布、草地破碎的农业耕作区和不同景观交替的边缘; 2006—2010年间,其他用地中的北部裸土地经过生态治理面积减少,其重心向东南移动73. 79 km;景观分割指数、香农多样性、香农均匀性等呈减小趋势,尚未形成优势景观,景观破碎度加剧;通过景观格局驱动力分析发现,景观变化密集度与NDVI具有相关性。     

鸭绿江口滨海湿地保护区景观变化分析

以鸭绿江口滨海湿地保护区1995年和2010年两期遥感影像为基础数据,进行景观格局指数计算,对研究区景观格局的变化特征进行分析。结果表明:1995—2010年,保护区天然湿地的面积减少了19.58 km2,其中滩涂面积大量缩减;景观斑块数(NP)由1995年的2 177块增加到2010年的2 928块,增加了34.50%,表明东港市滨海湿地的景观破碎化程度越来越严重。滨海湿地景观的变化同时受到自然因素和人为因素的影响。     

不同生产条件下农田景观格局分析与评价

农田景观格局是在一定历史、自然和人文等条件下形成的,不同生产条件下的农田景观格局存在明显差异.为此,通过历史文献分析,归纳出人与畜力、机械化、集约利用和持续利用等条件下农田景观格局特点,揭示出农田景观演变与生产力水平的相互关系,同时提出我国农田景观的发展模式和措施,为社会主义新农村建设提供参考.     

小水电开发中的景观生态规划探究

以景观生态学的“驱动因子－景观变化－生态影响”模型分析小水电开发带来的景观生态影响。在景观生态规划中，提出合理配置景观要素来优化小流域景观生态格局、结构和功能，修复受损河流生态系统。加强水电环境影响定量评价，并制定环境与生态恢复预案，预留足够的生态系统自我修复本底，保障河道环境与生态用水，重塑河流自然水文水力状态，挖掘其自我恢复能力。同时柔化处理自然基质、重新连接断裂河流廊道、恢复重建生物生境。     

农村居民点布局景观特征分析——以湖南省汉寿县洲口镇为例

本文以湖南省汉寿县洲口镇为例,以土地利用现状图为数据基础,从景观生态学的角度,通过相应景观指数的测算,分析了区域内农村居民点布局的景观格局,为当前开展的村镇规划和土地整理工作从景观布局角度提供依据。     

乡镇尺度森林景观格局特征与影响因素定量分析

为更客观、精细地刻画森林生态系统格局的完整性、稳定性和森林资源健康状况,为森林资源源头保护和合理经营管理提供科学依据和决策支持,以河北省易县森林资源清查数据、DEM数据和社会经济资料为基础,运用景观指数、结构方程模型和统计学方法,分析乡镇尺度森林景观类型、数量与分布,研究自然地理、社会经济和土地开发利用主导下森林景观格局特征差异及其影响机制。结果表明,西部山区乡镇森林景观资源优势明显,东部平原乡镇森林资源则较小,森林资源主要分布于海拔100～300 m浅山丘陵区和海拔500～800 m中山区。在景观和类型水平上,斑块密度(PD)、凝结度(COHESION)对地理环境支配和人类活动干扰的响应更大,低破碎化、高连通性、多样化森林景观与高海拔、高起伏度的地形条件关系密切,乡镇耕地和居民建设用地面积占比(PCLA、PRCLA)越大,林地景观破碎化越强和连通性程度越低。平均坡度(MS)、土层厚度(SD)和高差(ED)作为基础性的控制因素,直接影响耕地、居民建设用地占比等方面,间接作用于森林景观格局。在一定的地形土壤条件下,降低人口数量、耕地数量和居民建设用地占比,可降低森林景观格局破碎化,提升森林景观连通性。     

基于EnKF-MCRP模型的生态用地扩张模拟研究

以生态脆弱区典型县域磴口县为研究区,基于2002、2007、2012、2015年4期遥感影像解译数据,将数据同化技术引入生态源地的变化模拟中,考虑生态障碍和生态阻力构建En KF-MCRP模型,进行磴口县生态用地的变化模拟。结果表明,引入数据同化技术的En KF-CA/Markov模型的模拟总精度达到82.4%,数据同化能够减少误差的积累。根据扩展能力磴口县生态源地共分为5个等级,其中3、4、5级生态源地的空间布局形成东北-西南、西北-西南的沙漠化防护格局。引入生态源地变化的En KF-MCRP模型的生态用地扩张模拟精度最高,生态用地面积与空间布局最接近实际情况,方差达到0.4。此研究可为当前以及未来的生态用地规划和管理提供科学根据。     

基于景观格局与空间自相关的永久基本农田划定研究

在综合考虑耕地综合质量、空间自相关性和景观格局的基础上,进行永久基本农田的划定,对区域粮食安全和生态安全具有重要的意义。以崇仁县为例,借助GIS平台与Geo Da软件,通过耕地综合质量评价体系的构建进行耕地综合质量评价,根据综合质量评价结果进行空间自相关分析,再根据自相关分析结果与耕地景观生态安全格局对应关系,进行永久基本农田的划定。根据研究区土壤理化性质、耕作利用条件和耕作区位条件,提出了一种基于耕地综合质量、综合质量聚类关系和耕地景观结构的永久基本农田划定方法,划定崇仁县永久基本农田305.94 km~2,划入的耕地更符合永久基本农田的要求,有助于基本农田长期的管理和保护,也可为丰富耕地综合质量评价与基本农田划定研究提供参考。     

基于SWAT模型的布尔哈通河流域面源污染的变化研究

【目的】揭示土地利用变化下面源污染时空变化特征,探究流域景观格局与面源污染的关系。【方法】以布尔哈通河流域为研究对象,利用SWAT分布式水文模型模拟1986-2016年4期土地利用变化下面源污染分布特征,运用Fragstats4.2软件计算了1986年和2016年布尔哈通河各子流域的景观格局指数,最后使用CANOCO5.0软件分析子流域面源污染和景观指数之间的关系。【结果】①构建的SWAT模型模拟的径流量和总磷量在校准期和验证期的决定系数R²和纳什效率系数NSE都达到0.6以上,模型能很好地模拟流域水文水质状况,1986-2016年,SWAT模拟的总磷年负荷分别为74.04、73.78、82.50 t和128.31 t。②面源污染与景观格局存在密切关系,景观组成格局方面,林地面积与总磷负荷负相关,农田和建设用地面积与总磷负荷正相关;景观空间格局方面,林地斑块破碎化程度与总磷负荷正相关,而农田斑块的破碎化程度与总磷负荷负相关。流域斑块之间的越高流通性和聚集性,对养分流失改善有积极作用,而流域内景观异质性的增加和形状的复杂化,则会导致污染负荷输出风险的增加。【结论】流域面源污染负荷急剧增加,面源污染防治的关键控制区域在坡度较高的北部区域和农田及城镇集中的东部区域,该区域规划土地利用和优化景观格局时,应优先考虑防止林地斑块破碎化程度的提高和控制城镇面源污染源。     

简析土地开发整理规划前后的区域景观格局嬗变

土地开发整理是区域建设中的重要基础工程,但整理规划工作会对区域的景观格局产生影响。针对组织开发整理的不同土地类型,通过必要的方法对规划前后的景观格局变化进行定量分析,结果表明土地开发整理会让规划后的区域景观格局发生理想嬗变。     

基于CA—Markov模型的细河流域土地利用变化动态模拟

为探讨细河流域的土地利用变化情况,利用1991,2001和2011年3期遥感影像解译得到的土地利用数据．采用CA—Markov模型模拟2011年的土地利用情景,确定模型可靠。以2011年数据为基础,预测20a后的土地用情况。结果表明：2031年细河流域的土地利用格局基本不变,与2011年相比,林地、草地、水域和建设用地处于增加状态,而耕地与未利用地则相对减少。     

翁牛特旗景观格局尺度效应分析

以内蒙古自治区赤峰市翁牛特旗为研究区,采用2008、2013、2018年相同月份的遥感影像,结合翁牛特旗地区土地利用数据,将景观类型分为耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地6类,进行景观格局指数分析,选取6个景观类型水平指数和6个景观水平特征指数,分析不同粒度对景观格局各指数的影响。研究结果表明:在景观水平格局指数中,斑块密度从0. 40个/hm~2下降到0. 32个/hm~2,香农多样性从1. 37增加到1. 45,香农均匀性从0. 76增加到0. 81,说明尚未形成优势景观,景观破碎度加剧;在景观类型水平上,随着粒度的变化斑块面积百分比没有明显变化,其他景观类型均随粒度的变化而变化。其中,在2013年和2018年水域对斑块密度的粒度效应反映较为强烈,分别从0. 005个/hm~2增加到0. 046个/hm~2、从0. 010个/hm~2增加到0. 046个/hm~2;未利用地对有效网格面积的粒度效应反映较为强烈,从24 596 m~2增加到40 697 m~2;建设用地对聚集度、凝聚度的粒度反映较为强烈,分别从0. 9减少至0. 3、从94%减少至49%。