基于CA-Markov模型的中亚典型城市土地利用变化预测分析

在RS和GIS技术的支持下,采用LANDSAT卫星1989年、2001年TM影像,2011年ETM影像,对中亚典型城市塔吉克斯坦首都杜尚别进行监督分类,以1989年和2001年分类结果来模拟2011年杜尚别土地利用状态,确定CA-Markov可行性,系统分析了1989—2011年间的土地利用时空变化特征,反映出城市规模增加趋势十分显著,植被和未利用地变化明显,人工河流和水体面积变化极为微小。分别利用1989—2001年和2001—2011年概率转移矩阵对2020年土地利用进行模拟和预测,得到两个不同时段预测出的2020年土地利用状态数据2020A和2020B,两者之间在空间和数量上有着明显的一致性,但另一方面也存在着整体和局部上的差异性,2020A和2020B的杜尚别主城区城镇及建设用地面向西方向增长明显,2020B增长更为显著,在东北方向上主城区增长并不明显,主城区周围建设用地面积增长2020A较之2020B更为缓慢,植被面积预测结果较为一致,但是城镇及建设用地和未利用地具有显著的差异,人工水体、河流面积也存在较小的差异。原因在于在这两个不同的时间段下,其各个土地利用类型的转移方向和方式有所不同,转移程度也都有差别,加上分类精度、模型不确定性及其他因素都会对预测结果产生影响。     

基于CA-Markov模型的山东省临沂市土地利用格局变化研究及预测

以山东省临沂市为例,基于1990年、2000年和2010年Landsat TM影像数据,运用马尔科夫(Markov)转移矩阵及地学信息图谱理论分析20a的土地利用格局变化,并利用CA-Markov模型对2020年研究区域的土地利用类型进行预测和模拟。结果表明:(1)耕地面积不断减少,但仍为研究区域的基质景观,建设用地面积不断增加,耕地转移成建设用地是土地转移的主要轨迹。(2)耕地—耕地—耕地为代表的稳定型图谱的面积最大,分布最广;反复变化型图谱所占比例较小。(3)2020年土地利用类型预测结果显示,土地利用格局将保持1990—2010年的变化趋势,耕地面积主要转出为建设用地。区域的优势景观仍为耕地,其次为建设用地;林地、水体、草地和未利用地面积变化较小,处在相对的动态平衡状态。研究结果为临沂市土地资源社会经济和环境生态协调发展提供了重要的参考依据。     

基于RS和GIS的西昌市土地利用及景观格局变化

为了解西昌市土地利用及景观格局时空变化特征,以3期遥感影像（1989年TM、1998年ETM和2008年ASTER）为数据源像,利用RS、GIS技术和景观生态学方法,对研究区1989－2008年土地利用和景观格局时空变化特征进行分析研究。结果表明,研究区景观要素类型以林地、草地和耕地为主,其中林地面积最大,占50%以上。近20年来,耕地、草地、未利用地和水域面积持续减少,其中耕地减少幅度最大,减少了20.01%;建设用地和林地显著增加,分别增加4?861.31和7?609.46 hm2,其中建设用地增加了64.55%。景观要素明显变化的区域主要集中在地势低平,工、农业集中,人地矛盾异常突出的中部安宁河谷和东部邛海盆地。由于人类活动的干预,研究区景观要素类型相互转化较为频繁,主要表现为耕地转为建设用地和林地,草地转为林地和耕地,未利用地转为耕地和草地,水域转为耕地和建设用地。1989－2008年研究区多样性指数和均匀度指数分别从1.323和0.738下降到1.256和0.701,优势度从0.469上升到0.536,表明景观异质性程度有所降低。     

基于CA-Markov模型的黄土塬区黑河流域土地利用变化

研究黄土高原的土地利用变化,可为其生态建设提供重要的决策依据。基于CA-Markov模型,分析了黄土高塬沟壑区黑河流域1985－2000年土地利用变化的趋势、速度、类型及其与地形的关系,并模拟了2015年土地利用情景。结果表明,黑河流域以耕地和中覆盖草地为主;1985－2000年林地和农地减少,草地和建设用地增加,其他类型变化很小;林地和草地相互转化与耕地转出是两大变化类型;土地利用变化主要发生在沟壑区。CA-Markov模型模拟的2000－2015年土地利用将保持1985－2000年的变化趋势,因此,需加强耕地保护措施,推进退耕还林草工程,促进区域可持续发展。     

基于CA-Markov模型的藉河流域土地利用变化动态模拟

为了探讨黄土丘陵沟壑区藉河流域的土地利用变化规律及驱动力,基于1995和2008年两期遥感影像解译得到的土地利用数据,通过土地利用动态度模型和空间测算模型对藉河流域土地利用类型的动态变化程度进行分析,并运用CA-Markov模型对2022年土地利用空间格局进行预测.结果表明,空间分析测算模型由于同时考虑了各土地利用类型的空间转移及新增过程,能更为准确地测算出各种土地利用类型的动态变化程度与速率;CA-Markov模型预测结果表明,整个流域总体的Kappa系数为0.9515,预测结果可信;除草地和未利用地外,2008-2022年期间其他土地利用类型继续原有的变化趋势,到了2022年表现出坡耕地、草地、水域和未利用地面积减少趋势,梯田、林地和居民地面积呈增加趋势.黄土丘陵沟壑区水土流失严重,此研究有助于加强土地资源的保护和实施退耕还林还草等措施,为当地土地利用规划管理提供参考.     

基于CA-Markov和InVEST模型的土地利用格局与生境质量时空演变及预测——以江西省南昌市为例

为揭示土地利用变化对区域生境质量时空演变的影响,促进土地资源的合理利用和生态规划体系的建立健全,以江西省南昌市为例,基于1995年、2005年和2015年的土地利用数据,应用CA-Markov和MCE模型并结合InVEST模型,评价和预测了土地利用演变角度下的生境演化特征。结果表明:(1) 1995—2015年,草地、耕地及水域是南昌市的主要土地利用类别,占比超过90%;建设用地急剧扩张,20 a间涨幅高达96.44%,耕地和林地是流转为建设用地的重要地类。(2)研究区整体景观生境质量显著下降,大量高等级生境景观向低等级生境景观转化;城市附近和各个流域的生境退化比较显著;生境稀缺性高的用地类型大多是耕地和林地。(3) 2015—2025年期间,区内景观格局和生境质量继续保持1995—2015年的演变趋势,建设用地等生境适宜度较低的地类高速扩张,进而侵扰林地、水域和草地等生境质量优质地区,致使威胁源规模和影响范畴急剧扩大,景观破碎度水平升高,稳定性降低,这将引起研究区生境质量的持续下降。1995—2025年研究区生境质量明显退化,城镇化扩张与生态用地缩减是其主要原因。     

基于CA-Markov模型的土地利用景观格局预测研究

土地利用景观格局分析及预测,对平衡经济发展和生态保护、实现土地可持续生态利用和保护管理具有重要意义。本文以江西省抚州市东乡县为例,利用2005年和2015年两期遥感影像,获取东乡县土地利用类型转化数据,结合景观生态学研究了东乡县近10年的土地利用景观格局变化特征;运用CA-Markov模型对土地利用变化过程进行模拟,预测和分析了东乡县未来10年土地利用景观格局特征。结果表明:东乡县在过去10年建设用地、耕地分别增加了71.82、10.76 km~2,水域、林地和未利用地相应减少,减少幅度顺序为未利用地水域林地;各景观斑块分布均匀,景观多样性增加;景观形状趋于简单,相互之间连通性降低、关系变弱。人类经济活动及土地利用政策对东乡县景观格局有显著影响。到2025年东乡县建设用地将增加68.72 km~2,水域、林地和未利用地仍将不断减少,但耕地有所增加;景观斑块数增加,形状略趋复杂;景观异质程度提高,有向多样化、均匀化发展的变化趋势。总体来说,东乡县景观格局正逐步朝着稳定、均匀和多样的方向发展,但仍需加大力度保护和增加耕地资源,控制和合理规划建设用地,维持生态环境平衡。     

京郊半城子水库流域土地利用及景观格局变化分析

运用遥感与地理信息系统技术,对半城子水库流域2000年和2005年的2期遥感影像数据进行解译判读,结合土地利用动态度模型和景观生态学数量方法分析了流域土地利用和景观格局的变化。结果表明:①2000-2005年间,流域土地利用类型发生了一定变化,但林地始终是流域主导土地利用类型;②研究期内,半城子水库流域土地利用年变化速度为1.30%,其中阔叶林是最稳定的土地利用类型,其他土地是最活跃的土地利用类型;③类型水平上格局指数显示针叶林斑块形状最复杂,混交林的异质性较高;④景观水平的格局指数显示,区域景观破碎化程度加剧,多样性增加,均匀度增强。     

基于GIS/RS的榆林市土地利用时空格局动态分析

根据1997年和2010年2期Landsat TM影像数据,运用遥感监督分类方法得到榆林市近13 a土地利用分类图;应用GIS空间分析技术,采用定量和定性相结合的方法,对榆林市能源基地建设以来土地利用类型转换,土地退化时空规律,土地利用格局变化的驱动机制等进行了深入分析.研究表明,1997-2010年,榆林市土地利用时空格局发生了显著变化,其中果园、草地、林地面积大幅增加,增长幅度分别为1 578.8％,108％,84.6％;耕地及未利用地面积显著减少,减幅为57.1％和59.3％.土地利用变化存在明显的区域差异,各类型间的转化总体表现为未利用土地、沙地、耕地通过综合治理及退耕还林还草等措施,转化为有利于改善区域生态环境的林地、草地、果园.     

基于地形梯度的哈尔滨市土地利用格局变化分析

为揭示土地利用格局变化在地形差异上的演变过程,探讨不同地貌部位自然因素和人文因素在土地利用变化过程中的作用,以1989年、1995年、2001年和2007年Landsat TM/ETM+影像为主要数据源,在RS和GIS支持下获取土地利用数据。基于地学信息图谱分析理论,研究该区域不同时期土地利用空间格局变化进程,揭示土地利用变化成因和机理,并基于DEM(digital elevation model)探究土地利用图谱地形梯度的空间分异和时空演变规律。结果表明:土地利用结构以耕地和林地为主,耕地和未利用地面积持续减少,平均斑块面积分别由20.96km2减少到2.87km2和3.92km2减少到0.09km2,破碎化程度加剧,且未利用地(滩涂地和湿地)→耕地是其主要的转变轨迹,居民工矿用地呈现不平衡的增加态势,耕地是居民工矿用地和林地的主要转化来源,林地的破碎度由0.117个/km2增加到0.532个/km2,破碎化程度日益严重;前期变化型和持续变化型的分布指数在地形位等级2时最大,稳定型和反复变化型的在地形位等级1时最大,之后随着地形位的增加而减小;中间过渡型呈现一定的曲线变化。该文为城市化过程中的土地资源的合理规划和利用提供科学依据。     

松嫩高平原土地利用格局变化时空分异

土地利用格局能够影响区域生态环境,也是诊断区域土地利用合理与否的重要依据。该文基于县级尺度,以松嫩高平原典型区域巴彦县为研究区,运用地理信息系统、遥感技术,采用Matlab编程,测算不同时段（1979－1991年、1991－2003年和2003－2015年）的综合土地利用动态度和不同时点（1979年、1991年、2003年和2015年）的土地利用强度、土地利用多样性程度,利用半方差函数挖掘土地利用信息图谱,揭示1979－2015年研究区土地利用格局变化时空分布特征及其分异规律。结果表明：1）综合土地利用动态度、土地利用强度和土地利用多样性程度的空间异质性由结构性因素、随机性因素或由二者共同作用引起,其土地利用格局受自然因素和人类活动干扰的影响程度不同。2）1979－2015年间,研究区土地利用变化速率呈现较为明显的差异,1979－1991年、1991－2003年和2003－2015年3个阶段的综合土地利用动态度平均值分别为1.12%、1.11%和0.85%,呈现逐阶段下降的趋势,在空间上,3个阶段在行政区边界的综合土地利用动态度相对较高。3）1979年、1991年、2003年和2015年研究区全域土地利用强度呈现逐年上升的趋势,其平均值分别为3.66、3.68、3.76和3.82;4个时点研究区全域土地利用多样性程度呈现逐年下降的趋势,其平均值分别为0.29、0.28、0.27和0.26;在空间上,土地利用强度越高的区域,土地利用多样性程度越低,土地利用强度的分布与土地利用多样性的分布呈现互反性。     

基于遥感的吉林省中西部耕地数量和质量空间格局变化分析

耕地数量和质量变化直接关系到国家粮食安全和社会稳定,研究粮食主产区耕地数量和质量变化具有重要的现实意义。该研究利用2000年、2013年Landsat TM/ETM+/OLI遥感数据和2351个样点土壤实测数据,对吉林省中西部耕地分布的空间变化和由此引起的不同质量等级耕地的时空特征进行分析。结果表明:2000—2013年期间,吉林省中西部耕地总量稍有增加,面积由5.61×104 km2增加到5.64×104 km~2,其中旱田面积增加645 km2,水田面积减少350 km~2。研究区耕地分布表现出明显的西部增加、东部减少的趋势;新增耕地最主要来源于湿地(66.04%)和草地(21.12%),传统耕作区(主要为城市周边)耕地大面积减少,其中45.08%转化为人工表面,28.85%和22.61%转化为林地和湿地;水田与旱田之间的相互转化比较剧烈。2000—2013年期间,研究区耕地质量总体呈下降趋势,净减少的耕地为一、二等地,其中一等地净减少305 km~2,长春市占96%,净增加的耕地是三、四和五等地,分别为235、148和218 km~2,主要分布在白城市和松原市。城市化占用和耕地保护政策的实施是该区域耕地数量和质量变化的主要驱动因素,研究时段内吉林省中西部优质耕地流失严重,存在突出的占优补劣问题。     

松花江流域哈尔滨段土地利用时空格局演变特征分析

利用1996年、2005年Landsat TM/ETM+遥感影像和野外调查数据,运用ArcGIS分析土地利用变化,并基于DEM探究松花江流域哈尔滨段土地利用空间格局的时空演变。结果表明：区域土地利用空间位置转换面积小于其数量变化,土地利用变化面积大小顺序为：林地＞耕地＞草地＞水域＞未利用地＞建设用地;土地利用转化过程以耕地-林地、草地－林地和未利用地－林地为主,其中耕地－林地相互转换最为剧烈,林地、水域和建设用地具有较高的保留率,草地、未利用地和耕地具有较高的转换率;海拔300～600 m、坡度大于25°的区域,以林地－耕地和草地－耕地为主,局部存在滥垦草地、毁林开荒等现象。该区域是黑龙江省重要粮食产区,此研究有助于加强土地资源的保护和实施退耕还林、还草等农林复合经营措施,对缓解人地矛盾、实现土地资源合理利用及维持区域生态平衡具有重要意义。     

基于CA-Markov模型的昌化江流域土地利用动态变化

为研究土地利用空间变化趋势,找出系列变化与其驱动因子间的关系,该文以海南昌化江下游流域为研究区域,采用CA-Markov模型,基于1998年、2008年土地利用解译数据,结合降雨、坡度、距离等因素对2018年土地利用类型进行了模拟和预测。并模拟出2009年预测数据与解译数据进行对比,得到模拟精度为77.67%,说明模型可信度较高。进一步分析了天然地类(河流、天然林)的转出与人均GDP、人均农业产值和人口数量3个地类变化驱动因子之间的关系。结果显示,天然林和河流面积主要转出变为了果园。从与变化驱动因子的关系上看,河流转出面积随着人均GDP的升高而增大,天然林在分布上主要在低人均GDP水平的地区转出;人口在20～47万规模的地区河流与天然林面积转出最多,因此,需要加强这些地区的天然资源的保护措施,改变发展模式,保护和利用好该地区的生态环境资源,该文的研究可为生态保护与资源优化配置提供决策的依据。     

基于改进CA-Markov模型的山地城市边缘区土地利用变化模拟

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。     

基于改进CA-Markov模型的山地城市边缘区土地利用变化模拟（英文）

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。     

基于半方差函数的银川平原土地利用强度图谱分析

应用地学信息图谱方法研究土地利用强度的空间变化规律,可以揭示土地利用强度的区位变化特征,为区域土地资源优化配置和社会经济可持续发展提供基础依据。该文以银川平原为研究区,通过土地利用遥感制图和基于半方差函数的地统计学方法,对银川平原2006年土地利用强度图谱进行了研究。研究结果表明:银川平原的土地利用强度存在明显的空间规律性,表现为南-北方向性,在银川平原中部表现明显的带状特征,南部表现明显的环状特征,银川平原的西部和北部土地利用强度较弱,土地利用强度综合指数最低值只有0.9449;各级行政中心、灌排水系统和交通网络控制着土地利用强度的空间分布格局。加强各级居民点周边地区土地利用调控与优化布局以及银川平原西部、北部中低产田的整治利用是当地土地整理工程的重点和难点。