元胞自动机在模拟土壤侵蚀时空演化过程中的应用

土壤侵蚀作为一个全球性的环境问题已经越来越受到人们的广泛关注。动态模拟和预测土壤侵蚀的发育及演化过程具有十分重要的意义。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。从元胞自动机的概念和原理入手，介绍了CA模型的特征及其在土壤侵蚀学科中的应用情况和存在问题，对CA模型应用于土壤侵蚀过程的模拟、预测的可行性和可操作性进行了探讨。     

基于元胞自动机模型的城市绿地系统探讨

将城市绿地规划与元胞自动机相结合建立城市绿地的时空动态模拟模型,正在成为环境复杂性研究的新方法。本文通过建立机理和空间明确的城市模拟模型,科学分析中国城市绿地系统空间格局演变,及其可能的环境影响与控制策略,为国家生态城市发展规划提供科学依据,对城市绿地系统的规划提供有用的决策支持。     

基于灰色模型-元胞自动机模型的佛山市土地利用情景模拟分析

通过模拟土地利用变化情景,了解土地利用变化趋势,可为制定科学的土地利用管理策略提供支持,根据近年来建设用地扩张在佛山市土地利用类型变化中占主导地位的特点,选择灰色模型作为数量模型,元胞自动机模型作为空间模型,设定3种建设用地扩张情景:适度约束、中度约束和强力约束,结合数量模型和空间模型的优点,模拟2015年土地利用空间布局。研究结果表明:在设定的3种建设用地扩张情景下,建设用地增加的面积分别为278.3、216.5和154.6km2,相应来源于耕地的比率分别为42.28%、48.38%和55.96%,说明耕地仍然是建设用地增加的主要来源,也即耕地保护和经济发展的矛盾将会进一步增大,可为政府和土地管理部门制定政策提供一定的参考,从而采取更有针对性的措施。     

LUCC研究进展及其对干旱区生态环境的意义

土地利用/覆被变化（LUCC）是全球变化的主要原因和核心主题之一。本文通过综述国内外LUCC研究成果,阐述了国际上LUCC研究在信息获取、数据处理、驱动力分析和模型建立等方面所取得的最新进展,分析了LUCC研究对干旱区生态环境保护与区域可持续发展实现的研究意义,介绍了LUCC研究的新趋势,并对研究过程中现存的一些如信息获取过度依赖于3S技术,忽视实地调研等传统信息获取方式与新技术手段的结合、模型功能的欠完善、干旱区土地实现可持续利用缺乏相应的比较全面的科学理论指导等问题进行了讨论。研究认为,健全LUCC研究理论体系,开展相应的理论建设将是未来整个LUCC研究工作的一个重要方向和趋势。     

基于神经网络的元胞自动机支持下的干旱区LUCC模拟研究——以新疆于田绿洲为例

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。     

基于元胞自动机的土壤侵蚀过程CA模型研究评述

土壤侵蚀作为一个全球性的环境问题已经越来越受到人们的关注,开展土壤侵蚀的动态模拟和预测其发生发展及演化过程研究,对于深入认识土壤侵蚀机理、预测土壤侵蚀发展趋势及优化水土保持措施等具有十分重要的意义。介绍了目前国内外土壤侵蚀预测模型研究和应用以及基于元胞自动机的土壤侵蚀过程CA模型的研究现状,指出了基于CA的土壤侵蚀研究存在的问题和今后有待加强的研究内容。     

基于元胞自动机的城市地表积水模拟研究

[目的]对城市地表水文产汇流时空过程进行模拟研究,以期为城市排水防涝应急决策提供依据。[方法]针对城市地表覆盖破碎性和地形复杂性的特征,构建基于元胞自动机(CA)的城市地表积水模型,结合水力水文学原理定义元胞及其规则。[结果]与传统统计经验模型、物理模型相比,该模型避免了汇水区划分、水流路径确定、参数提取等数据预处理问题,以广州市番禺区富华东路段区域作为试验区进行参数率定及模型验证,根据规则更新每个元胞的状态参数可获得任意时刻地表积水量、径流量和水流。[结论]该CA模型可以准确模拟地表水流时空分布及其变化,模拟结果可靠、表达直观;通过雨水口不同排放量模拟和常用数学模型对比分析表明,CA城市地表积水模型在城市内涝模拟中具有良好的实用性及易操作性。     

华北农牧交错区LUCC对生态系统服务及生态环境质量的影响——以内蒙古自治区多伦县为例

[目的]探究华北农牧交错区土地利用/覆被变化(LUCC)对区域生态环境的影响,为类似地区国土空间用途管制和生态文明建设提供理论参考。[方法]基于华北典型农牧交错区内蒙古多伦县2004年、2009年和2014年3期土地利用现状数据及其变更调查资料,获取该区2004—2014年LUCC时空数据。参考Costanza和谢高地等的研究成果,选取生态系统服务价值、生态环境质量指数和LUCC生态贡献率等,构建LUCC与生态环境质量评价体系。[结果]①2004—2014年,研究区土地利用/覆被类型发生明显改变。②生态系统服务价值总量不断提高,主要由林地增加而来;草地、耕地、水域和未利用地生态服务价值的减少在一定程度上削弱了这种增加趋势;10 a来研究区各土地利用/覆被类型生态系统服务价值变化与各自面积变化规律一致。③从生态环境质量指数变化来看,区域生态环境质量不断改善。但从变化细节上分析,生态环境存在改善和恶化双向变动;草地转向耕地和建设用地是该区生态环境恶化的主导因素,未利用地向草地和林地转换则促进生态环境质量的改善。[结论]生态文明建设过程中要切实重视生态脆弱区土地利用变化对区域生态环境之影响;从提高土地利用效率,加强"山水田林湖草"生命共同体建设,构建合理的国土空间规划体系入手,引导区域人口、经济、资源和环境持续高质量发展。     

青岛市1990-2011年土地利用/覆被变化研究

基于青岛市1990,2000,2006年LandsatTM影像和2011年‘HJ-1’卫星影像,采用土地利用动态变化模型,分析了青岛市1990-2011年土地利用/覆被变化(LUCC)情况.结果表明,21 a间青岛市土地利用状况变化显著.(1)耕地、草地面积减少,城乡、工矿、居民用地增加,林地面积先减少后增加,水域和未利用土地则呈现先增加后减少的态势;(2)青岛市土地利用程度逐年提高,说明青岛市正处于土地利用发展时期,土地利用集约度将进一步提高;(3)空间上,中部和东部地区变化显著,北部和西南部变化相对较小.土地利用变化类型转换关系复杂,主要向城乡、工矿、居民用地转化.     

基于元胞自动机的土地利用空间规划辅助研究——以眉山市东坡区为例

以1996年和2005年东坡土地利用现状为基础数据,基于元胞自动机模型,假设了东坡区2006～2014年的三种规划目标,并相应给出了三种规划方案。在充分挖掘数据的前提下,使多要素共同转化为CA-Markov模型的转化规则,分别模拟出了三种规划方案下的2014年东坡区土地利用数量及空间变化情景。结果表明,以基本农田保护和退耕还林为目的,既考虑土地整理又考虑城市发展方向的规划方案3的发展模式最为"理想"。分析了这种"理想"规划方案下2014年东坡区土地利用数量及空间演化情景与2005年现状的对比情形,并提出了相应的政策措施。     

栾城县土系划分及其基本性状

本文根据中国土壤系统分类的原则要求,对河北省栾城县土壤进行了全面调查,确立了特征土层,具体划分出16个土系,初步明确了其基本属性与区域分布。     

云南省屏边县土地利用/土地覆盖时空动态研究

以卫星遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）等技术和方法为支撑,对云南省屏边苗族自治县1987年和1999年的土地利用/土地覆盖现状及空间结构演变进行了时空变化叠合分析。结果表明：从总的土地利用/土地覆盖变化（LUCC）分布格局和变化趋势上看,1987-1999年,林地为主的土地利用格局保持了一个稳定的小幅度变化;变化最活跃的是荒草地,每年平均减少3.77%,其中最大的一部分演变为耕地,占演变总数的49.30%。空间叠合分析发现：耕地的变化与海拔有着密切的联系,主要变化发生在800-1500m,以及1500m以上的中高海拔地区。人类活动的干扰是该研究区LUCC变化的主要驱动因子。     

国内LUCC研究进展综述

土地利用／覆被变化(LUCC)是全球环境变化的重要组成部分和主要原因之一，本文综述了国内LUCC研究在动态信息获取、土地利用／覆被分类与制图、驱动力探讨与模型建立、LUCC环境效应及与可持续发展关系等方面研究所取得的进展，并针对当前国内LUCC研究中存在的一些问题，认为今后LUCC研究应加强RS信息与其他来源信息的结合、完善LUCC模型功能以及构建综合的LUCC理论体系。     

SIMULATION MODEL OF WATER AND SOLUTE TRANSPORT IN TWO TYPES OF ROCKWOOL

The aim of this study is to present a two dimensional model for describing the movement of water and solute transport in two types of rockwool slabs – Floriculture, a high density type; and Expert, which has a low density. Water movement is described by the Richards equation, which is implicitly solved using the control volume finite element method. The governing convection dispersion equation describing the solute transport is explicitly solved. Numerical solutions are obtained for the distribution of water and also for the concentration of solute. The model is validated by comparing the results of water transport developed by this model with numerical results obtained by CFD that are validated by experimental results. A composite substrate is tested and validated, and is shown to give good conditions for development of plants.     

基于RS和GIS的西宁市LUCC分析及模拟预测

通过研究位于青藏高原东部边缘西宁市土地利用/覆被变化（LUCC）空间转化规律,以期揭示在人类活动加剧的大背景下,实施生态建设对城市与农村及其农牧业土地利用格局、生态环境效应、社会经济状况等产生的驱动机制。运用RS与GIS综合技术,通过精确解译西宁市1999年与2005年两期Landsat TM遥感影像,获取了较高精度的土地利用/覆被的定量统计及矢量图,结合动态指标分析了LUCC特征;并采用地图代数运算法求得各土地利用类型的Markov转移矩阵。结果表明：1999－2005年西宁市的耕地、草地和未利用土地是LUCC的核心类型,共有占研究区域总面积73.58%的土地利用方式发生了变化,表现为一种突变性质;6 a间,西宁市的河流、湖泊、湿地、草地和林地等面积显著增加,充分表明自2000年以来实施的生态建设极大地改善了西宁市的生态环境。在目前外界驱动力不变的条件下,通过Markov过程模拟与预测,未来10 a以及至终级稳定状态下,西宁市的耕地面积将继续减少,建筑和交通等建设用地持续增加;林地和草地,以及河流和湖泊等湿地所占面积比例的增加,将产生良好的生态环境效应。     

水、沉积物和土壤中重金属生物有效性/毒性的生物配体模型研究进展

重金属以多种化学形态存在于环境介质中,仅根据环境中重金属元素总量已不能对其生物效应进行良好预测,因此在制定重金属环境质量标准和进行环境风险评价时,明确考虑其生物有效性逐渐受到重视。水体重金属的生物有效性和毒性很早就被认识到是水化学性质的函数,并形成了一些机理描述模型,如自由离子活度模型(FIAM)、鱼鳃点位交互作用模型(GSIM)和生物配体模型(BLM)。BLM在FIAM和GSIM的基础上,同时考虑了水中金属离子的化学形态以及阳离子与金属离子在生物配体(BL)上的竞争对其毒性的影响,能成功预测水体金属的生物有效性/毒性,并被用于水质金属基准的制定。本文对BLM在水环境中的概念模型、发展状况及软件应用做了全面介绍,并对BLM在沉积物和陆地环境中的拓展作了综述,重点介绍了针对植物、土壤动物和微生物的陆地生物配体模型(t-BLM),提出了土壤重金属t-BLM的概念模型并对其构建方法学等进行了探讨。联合了土壤理化性质、金属形态及生物积累和毒性效应的t-BLM,将提供一个环境风险评价和制定更合理土壤环境质量标准的新工具。     

种植作物条件下粉砂壤质土壤水盐运移的数值模拟研究

利用大型水盐运动模拟土柱研究了在田间气候作用下作物 (小麦 玉米连茬种植 )生长对土壤水盐运移的影响。研究并建立了土壤水盐运移的数学模型 ,就模型所需的饱和导水率、水力传导度、水分特征曲线、水动力弥散系数进行了室内外测定 ,并对数学模型进行了数值求解。对四个土柱的模拟结果与实测结果进行了数据分析和对比。结果表明 :数值模拟结果和实测数据比较 ,除个别点有一定偏离之外 ,模拟计算结果与实测值拟合效果比较理想 ,说明该模型用于模拟种植作物条件下粉砂壤质土壤的水盐运移是实际可行的。     

川西盆周山地土地利用/覆被变化特征、机制与对策研究-以雅安市天全县为例

采用GIS和数理统计方法,以及土地利用变化指数模型和景观生态学中的空间格局指数对天全县1992~2002年10年间土地利用/覆被变化特征进行研究。结果表明:林地在各种土地利用类型中占的比例最大,且呈逐年递增趋势,2002年达79.14%,但年变化率则很小,只有0.29%;耕地占的比例很小,仅有5.50%,而且10年间面积减少了4813.3hm2,但年变化率比林地大得多,高达2.68%。受人类活动的影响,10年间多样性指数和均匀度指数呈上升趋势,而优势度指数不断下降。由此得出产生土地利用/覆被变化的机制,除了受地形条件和自然灾害等自然因素的影响外,更为主要的是受人口增长、城市化进程以及政府政策等社会经济因素的驱动。从而有针对性地提出生态发展模式的建议,以期为土地资源的可持续利用提供借鉴。     

A FUZZY RULE BASE APPROACH FOR DEVELOPING A SOIL PROTECTION INDEX MAP: A CASE STUDY in the UPPER AWASH BASIN,ETHIOPIAN HIGHLANDS

Land use practices and vegetation cover distribution are considered to be the most important dynamic factors that influence the land degradation or the soil erosion of a region. In this study, a Soil Protection Index (SPI) is defined as a function of land use practices and intensity of vegetation cover. This index is used to map the relative degree of protection of topsoil from being eroded by external effects such as rainfall and overland flow. A fuzzy rule‐based model integrated within ArcGIS® has been set‐up and tested with the aim to develop SPI maps. The amount of vegetation cover distribution, that is, Normalized Difference Vegetation Index as proxy parameter and Land Use–Land Cover map are chosen as fuzzy input parameters for the SPI as the desired system output. The approach was tested in the Upper Awash basin in Ethiopia. The output SPI map was qualitatively evaluated against the expert‐defined land degradation risk class, and it was found that locations that are mapped with ‘low and very low’ SPI classes at different time periods of the year have a high potential land degradation risk. Furthermore, socio‐economic data (‘population and livestock densities’) and environmental parameters (‘altitude and soil erodibility’) for the region are used to correlate with the SPI map as an indirect method of evaluation. It is found that population and livestock density explained 68 per cent of the spatial distribution pattern of predicted SPI and an adjusted R‐squared value of 0·681 (p < 0·05) was obtained. It was also found that the SPI distribution over the region for two different time periods, that is, January and July 2001, correlated positively (R² = 0·41 and R² = 0·51) with the soil erodibility of the region. The transferability and applicability of the model for different environmental settings or landscapes were tested by mapping the SPI of Italy. This SPI map of Italy was compared with the soil erosion map of Italy produced by the European Soil Bureau. It can be concluded that the SPI map reflects the potential land degradation risk distribution of the case‐study region. Results show that a fuzzy rule‐based model can provide useful preliminary information even without detailed and precise data information for developing appropriate strategies for land degradation assessment vital for sustainable land use management. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

上海地区水稻土氮素矿化及其模拟

采用改进的培养方法和分析手段研究了上海地区典型水稻土淹水条件下的氮素矿化过程。结果表明矿化量为全N的 4 0 %～ 9 4 % (N 6 0～ 2 4 1mgkg-1)。通过偏相关分析 ,矿化量只表现为与全N相关。矿化期间pH变化较大且与矿化量直线相关。选择 (1)有效积温式 ;(2 )一级反应式 (One pool模型 ) ;(3)两部分一级反应式 (Two pool模型 ) ;(4 )带常数项的一级反应式 (Special模型 ) ,对实验结果进行了拟合。非线性拟合表明Two pool模型和Special模型最优 ,后者体现出温度效应。通过参数分析和实际应用可能性剖析 ,认为Special模型能对实际情况下的氮素矿化作出更为准确的描述