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。     

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。     

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。     

基于GIS的雅鲁藏布大峡谷景观格局与生态敏感性分析

针对近期高寒山区生态景观急剧变化、严重影响生态敏感性的问题,为了更好地评价和分析这种变化带来的一系列生态现象,选取大峡谷为研究区,利用面向对象的分类方法确定景观类型,以多样性指数、优势度指数、均匀度指数和聚合度指数等作为指标,对研究区的生态敏感性进行评价和分析。采用面向对象的分类方法最终得到10类景观类型的斑块共1761个,其中林地景观和草地景观的面积占比最大,分别为48.84%和22.68%,冰雪/冰川景观的占比为17.39%。从景观指数来看,研究区景观多样性指数为1.374,优势度指数为0.982,均匀度指数为0.597,聚合度指数为97.374。可以看出,大峡谷研究区拥有较高的多样性,单一景观优势度相对较低,不同景观空间分配情况更好,总体上该区域景观以原始森林、高山草甸和冰川为主,人类活动干扰较小,并主要集中在河谷地带农田和草地的转换中。综合6类影响因子对大峡谷研究区生态敏感性进行加权分析,生态敏感性主要集中在中度和高度敏感区域,占比合计95.71%。中度敏感区域集中分布于河谷周边低海拔、低坡度区域,以水域、草地、灌木林为主;高度敏感区域集中分布于山地高海拔区域,以林地景观、冰雪/冰川景观为主。     

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。     

基于多模型的黑河中游甘临高地区土地利用情景模拟

混合元胞自动机（Mixed-cell cellular automata,MCCA）模型改进了传统的元胞自动机（Cellular automata,CA）模型,基于现实复杂土地结构引入混合元胞,实现了从定性、静态模拟到定量、动态模拟的跨越。本文首先探究MCCA模型在黑河中游甘临高地区（甘州区、临泽县和高台县）的适用性;之后分别采用多目标线性规划（Multiple-objective programming,MOP）模型、普通线性回归模型预测得到2035年可持续发展（Sustainable development,SUD）情景、基本发展（Basic development,BAD）情景中不同地类面积数值,然后将面积输入MCCA模型中进行不同情景的土地利用空间结构可视化,并开展对比研究。结果表明：各项精度评价指标均表明MCCA模型的模拟精度较高,Kappa系数、混合元胞质量系数（Mixed-cell figure of merit,mcFoM）和平均相对熵（Relative entropy,RE）分别为0.886、0.261和0.508,优于基于纯净元胞的斑块生成土地利用变化模拟（Patch-generating land use simulation model,PLUS）模型,因此MCCA模型适用于研究区土地利用结构模拟。2035年SUD情景中林地范围明显高于BAD情景,生态效益较BAD情景增速快,建设用地和耕地适度扩张,综合效益增速较快。该结果表明耦合MOP和MCCA模型模拟的土地利用优化配置方案能够更好地协调经济与环境的关系,既有利于经济快速发展,又能保护生态环境和维持社会稳定。     

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。     

基于元胞自动机模型的土地利用情景模拟与驱动力分析

土地利用格局的形成过程比其最终形成的结果更为重要。本文以哈尔滨市双城区为例,利用不同时期的土地利用数据,在土地利用变化关键驱动因素分析的基础上,选取了对土地利用变化影响较大的距离变量、邻近土地利用类型数量、单元自然属性、社会经济因素等4方面14个驱动力因子,建立了基于元胞自动机(CA)与人工神经网络(ANN)相结合的土地利用空间格局模拟模型。在此基础上,对研究区自然禀赋、社会经济快速发展、基本农田保护及土地利用规划等不同情景驱动机制下的土地利用空间格局进行了时空模拟,以此解析土地利用变化过程与驱动力因素的响应关系。模拟结果显示：自然禀赋情景下,各地类变化趋势与现在保持一致;在社会经济快速发展情景下,建设用地面积增加明显,主要由旱地和其他用地转入;在基本农田保护情景下,耕地面积比较稳定,各地类变化趋势较为缓和;在土地利用规划情景下,各地类变化较为合理,兼顾耕地保护和经济发展。研究结果显示,该方法对哈尔滨市双城区土地利用格局变化的驱动机制具有较好的解释作用。     

1990-2018年南渡江流域景观格局变化特征及其对人为干扰的响应机制研究

[目的]探讨南渡江流域景观格局变化特征及其对人为干扰动态 响应机制,对维护自由贸易港建设背景下流域生态保护和土地利用决策具有重要意义。[方法]基于1990、2000、2010年和2020年土地利用覆盖数据,采用景观格局指数、移动窗口法、人为干扰指数、地学信息图谱和GIS空间分析等方法,揭示南渡江流域景观格局特征动态变化,进而探讨其与人为干扰之间的相互关系。[结果]（1）30年间南渡江流域呈现以林地和耕地景观为主体的交错景观格局,林地和耕地景观的总面积分别减少69.95 km2和43.56 km2,建设用地景观面积增长62.45%。（2）南渡江流域整体景观破碎化增加,景观斑块单一化加剧且景观多样性增加,人为干扰是海口市中心城市群景观格局变化剧烈的主要原因。（3）轻微干扰区域占据最大的面积比例,中度和重度干扰次之;轻微和强烈干扰面积显著增加,中度和重度干扰面积显著下降;人为干扰的空间分布格局是由西南（自然景观）向东北（人文景观）逐渐增强。（4）2000-2010和2010-2020年“轻微→轻度干扰”和“重度→轻微干扰”图谱面积变化最显著,分别占据转移图谱总面积的26.79%和11.99%,低干扰等级向高干扰等级区域转移明显。（5）1990-2020年所有干扰区域与最大斑块指数（LPI）呈现显著相关性。[结论]南渡江流域整体人为干扰上升,尤其以海口市最为明显,城镇化进程是人为干扰上升的主要因素,需要加强流域生态环境治理与监测。     

基于最优粒度的翁牛特旗景观格局优化

以内蒙古自治区赤峰市翁牛特旗为研究区,计算不同粒度下的景观格局测定指标,综合粒度反推法与主成分分析法识别得出3 200 m为最优粒度,依据最优粒度景观特征选取生态源地51个。结合地区特征构建生态阻力面,提取生态廊道49条、生态节点58个,对廊道、节点进行密度分析。结果表明,翁牛特旗东西部生态状况存在显著差异,西部中、低山丘陵区源地、廊道集中,存在3处高节点密度区需要重点加强保护建设,东部平原区沙地广布,源地、廊道分散,能量流通主要依赖西拉沐沦河与老哈河,生态结构连通性差。基于最优粒度提取生态源地综合考虑了景观连通性与尺度效应,较传统方法更加科学、客观,可为区域景观格局优化提供参考。     

基于CLUE-S模型的煤矿城市土地利用变化模拟

以淮南市为研究区,选择1985、1995、2005、2016年土地利用数据,在分析土地利用动态变化特征的基础上,利用CLUE-S模型模拟预测了未来土地利用格局。结果表明：1985—2016年,研究区耕地面积减少11.62%;建设用地和水体面积百分比分别增加7.98个百分点和4.29个百分点。2005—2016年是各地类变化最强烈的阶段,其综合土地利用动态度最大,为13.46%。建设用地变化速率最快,其土地利用动态度为5.19%。土地转移主要发生在耕地、水体和建设用地之间,以耕地向建设用地和水体的转换为主。耕地转为建设用地的面积达207.61 km²,新增水体集中分布在潘谢矿区。加入空间自相关性和土壤质量因子后,耕地和建设用地的Logistics回归效果显著改善,ROC分别增加0.201和0.133。年均降水量是影响耕地变化的主要驱动因子,与耕地分布概率呈负相关;而建设用地变化主要驱动因子为GDP。土地利用模拟的Kappa系数为0.74,CLUE-S模型在研究区域具有较好的模拟能力。运用CLUE-S模型预测了研究区2028、2034、2040年土地利用空间分布,未来...     

基于离散元法的还田弯刀—秸秆—土壤互作模型仿真与试验

秸秆还田机还田弯刀的力学状态,直接影响还田质量及刀具可靠性.在含水率为30％,坚实度为700 kPa的黑土土壤中进行耕作参数优化试验,当耕深为200 mm、刀轴旋转速度为240 r/min、单位秸秆量为3.5 kg/m2时,刀轴扭矩平均值最小.依据优化的耕作参数及测定的仿真接触参数和材料参数,采用离散元法建立还田弯刀—...