基于马尔科夫模型的郑州市郊区多方案耕地保有量预测

以TM、ETM、SPOT-5等遥感影像和地形图为数据源,建立遥感解译标志进行人机交互解译获取1988、1997、2000、2002年郑州市土地利用现状数据,根据每一组时段获取不同的年均土地利用转移概率矩阵,以每个年均转移概率为预测方案,利用马尔科夫模型预测未来郑州市土地利用结构,进行不同发展模式下的耕地保有量预测。研究结果表明:随着城市化的不断发展,城市等建设用地面积不断增加,耕地面积将不断减少。到2015年,耕地保护模式下耕地保有量达到43 957.84 hm2,普通发展模式下耕地保有量分别达到38 703.89 hm2和30 491.87 hm2,快速城市化发展模式下耕地保有量为22 455.74 hm2。     

郑州市年降水量的ARIMA模型预测

郑州市是我国严重缺水的城市之一。为掌握该市降水资源变化状况,提供区域水资源合理开发利用的依据,运用差分自回归滑动平均模型(ARIMA),在对郑州市1951-2008年降水量数据进行预处理、模式识别、参数估计与模型检验的基础上,建立了郑州市年降水量的ARIMA(2,1,2)预测模型。结果表明:该模型预测相对误差范围为-6.36%~0.49%,预测精度较高,可以用于该区未来降水量的短期预测。     

基于碳收支核算的郑州市碳排放压力分析及预测

区域碳收支核算是全球气候变化研究的关键内容。城市碳收支核算不仅有助于建立区域碳平衡分析的理论框架,而且对于区域温室气体清单编制及低碳发展模式的选择也具有十分重要的意义。以郑州市为例,在对碳收支及碳排放压力进行核算分析的基础上,采用线性回归方法和最小二乘法对郑州市2030年的碳排放进行了预测研究,并提出了郑州市低碳城市发展的政策建议。主要结论如下:(1)郑州市碳收支呈明显不匹配现象,碳排放总量及其增速明显超过了碳吸收。其中,能源活动和农作物分别是主要的碳源和碳汇途径,两者各占碳排放/吸收比重的80%以上;(2)郑州市碳排放强度呈下降趋势。这表明,随着节能减排和区域发展模式的转型,区域碳排放效率明显提升;但总体而言,郑州市经济增长与碳排放的关系处于弱脱钩状态,经济发展仍然依赖于能源消耗及碳排放增长;(3)预测发现,2030年碳排放量虽比2012年大幅度增长,但碳排放效率逐渐提升,预期碳排放增长率不断下降。     

基于GlobeLand 30数据和CA_Markov模型的郑州市2000-2020年地表覆盖变化特征及预测分析

[目的]针对不同分类算法对地物识别结果的差异性导致地表覆盖变化分析难以为城市变化提供参考信息和决策依据问题.[方法]研究以GlobeLand 30标准产品为数据源,结合CA_Markov模型,对郑州地区2000 2020年土地利用变化速度、幅度、程度,以及熵值演变方向等时空变化特征进行分析与模拟预测.[结果] (1) 2000-2010年,郑州地区人造地表显著增加,湿地、耕地、草地有一定程度的减少,其中人造地表和湿地的变化速度相对较快;(2) 2000-2010年,郑州地区土地利用程度变化量为8.04,土地利用信息熵和均衡度都有所提升,优势度相应降低;(3)预测2020年郑州地区地表覆盖状态同2010年相比,人造地表和草地分别增加68.88％和49.99％,水体、湿地增加幅度均在30％以上,耕地、林地有一定程度的减少.[结论] 2000-2020年,郑州地区土地利用总体分布格局具有显著性差异,土地利用的复杂性增加,环境问题日益凸显.     

基于SCS-CN模型的郑州市区域产流特征研究

[目的] 根据郑州市下垫面产流情况研究该市内涝成因,为市区重要基础设施的暴雨内涝灾害风险防范与运行管理提供科学参考。[方法] 利用2016—2020年的气象资料和2020年的土壤、坡度、土地利用资料,采用SCS-CN水文模型,计算下垫面径流量,研究坡度、土壤、土地利用与径流量的关系。[结果] ①2016—2020年郑州地表径流分布整体上呈“东北高,西南低”“城区高,山区低”的趋势,除水域外,径流量主要分布在人类活动较密集区域。②较缓坡的径流最大。坡度贡献率与面积呈正相关。③郑州市土壤分为A (滨海风砂土)、B (黄绵土)、C (潮土等)、D (褐土性土)4类。D类径流最大,4类径流逐步呈上升趋势。土壤贡献率与面积呈正相关。郑州市主要为C类潮土,下渗率低。④SCS模型显示,前期土壤湿润程度越低,降雨下渗越多,径流越小。CN值越大,可能最大滞留量(S)越小,径流量越大。[结论] 郑州市地表产流在东北建设区域较为集中。产流越大,越易发生内涝。因此,应在产流集中的区域增加海绵砖、绿化带,及时修理排水管道。同时应推动郑州东南发展,以缓解郑州东北区域人类活动对地表产流的影响。     

基于滑动无偏灰色马尔科夫模型的水库年降雨量预测

为了判别灰色模型与灰色马尔科夫模型哪一个更适合于降雨量的预测,以山西省寿阳县蔡庄水库为研究对象,通过灰色模拟、无偏灰色模拟、滑动无偏灰色模拟3种模拟方法对研究区40a的降雨量进行数值模拟,比较了3种方法的精确程度。选出最优方法,将精度最高的滑动无偏灰色模型辅以马尔科夫模型,形成灰色马尔科夫模型,再与灰色模型作对比较,判断其精度。结果表明,灰色模型对于长期预测和波动性较大的数据列拟合效果较差,灰色马尔科夫模型能够更好地适应数据的波动性,模拟效果更好。因此,在改进灰色模型的基础上辅以马尔科夫模型,形成改进的灰色马尔科夫模型,发挥出灰色模型与马尔科夫模型各自的优点,达到了更好的模拟效果。     

基于等维新息灰色马尔可夫模型的河流水质预测

河流水质预测是对河流水环境污染进行分析、控制和治理的基础。基于太湖流域上海市青浦区急水港点位2004-2011年的水质指标COD,NH₃^-N数据,分别建立等维新息灰色预测模型;由于NH₃^-N指标的平均相对误差没有达标,因此利用马尔可夫模型对NH3-N指标的预测结果进行修正,之后应用两种模型分别预测未来几年两项水质指标数值。结果表明,等维新息灰色马尔可夫模型有效地减小了预测结果的平均相对误差,提高了预测精度;未来几年,两项水质指标均呈整体下降趋势,并在一定程度上趋于平缓。但由于太湖流域污染的长期性,其水环境形势依然严峻,应继续采取合理有效的治理措施,如从源头上进行减污,生态清淤,加快转变流域经济发展方式及完善流域管理等,使流域水质得到整体改善。     

郑州市土地利用/覆被变化与生境质量的时空演变及情景预测

[目的] 探究郑州市土地利用格局和生境质量时空演变特征并预测未来发展趋势,为区域生态保护实践和可持续发展提供理论参考。 [方法] 基于PLUS模型和InVEST模型,同时结合ArcGIS空间分析及地理信息图谱法,分析2000—2020年郑州市土地利用变化情况,并模拟2030年基准情景和生态保护情景下的空间分布格局,探究郑州市生境质量时空演变规律和像元尺度下的迁移状态。 [结果] ①2000—2020年,耕地和建设用地为郑州市主要景观类型,20年间,建设用地面积激增,涨幅15.76%,主要来源于耕地; ②PLUS模型对郑州市土地利用模拟具有适用性,相较于基准情景,2030年生态保护情景下建设用地扩张受限,生态用地总量上升,该情景可为研究区推进生态建设提供参考; ③2000—2020年生境质量不断退化,空间分布差异显著,高生境质量区始终位于巩义市和登封市,低和较低等级的图谱单元相互转移最频繁; ④2030年延续“西高东低”格局,生态保护情景下生境质量呈“低值减少,高值增多”的特征,向较高和高等级转移率升至14.44%,与基准情景相比表现出稳中向好的发展趋势。 [结论] 郑州市生境质量时空分布与土地利用变化密切相关,未来应注重国土空间结构的合理布局,增强土地利用效率,提升生态系统质量和稳定性。     

基于加权马尔可夫模型的土地利用预测——以徐州市为例

以正在进行功能转型的徐州市区为研究对象,通过遥感影像解译将该区域内土地分为水体、林地、建设用地、农田、未利用地5种用地类型,并计算了2001年、2005年和2008年的转移矩阵概率,利用加权马尔可夫方法预测徐州市未来9年内的土地利用变化。研究结果表明:徐州市在2009—2017年内,建设用地将增加7.363km2,水体和林地略有上升,耕地面积持续减少9.61km2;采用加权马尔可夫链进行修正,能提高预测结果的准确性。     

基于InVEST-PLUS模型的郑州市碳储量时空演变及空间自相关分析

[目的] 陆地生态系统碳储量的主要驱动因素之一是土地利用变化,以“过去—现在—未来”的逻辑,分析河南省郑州市土地利用与碳储量时空演变之间响应关系,为实现城市的生态安全可持续发展提供参考。[方法] 首先基于GIS和InVEST模型,对2005—2020年碳储量时空分布进行定量评估,然后结合PLUS模型,模拟2050年自然发展情景和生态保护情景下土地利用和碳储量时空变化特征;并辅以莫兰指数和热点分析在格网尺度下评估其空间关联程度。[结果] ①2005—2020年,耕地不断调整为建设用地,累计转入1 004.98 km²,致使郑州市土地利用结构发生显著变化,生态保护情景下生态用地减少趋势相对自然发展情景得到较好改善。②受城镇化快速扩张的影响,2005,2020年郑州市碳储量分别为6.59×10⁷,5.67×10⁷ t,15 a间高碳密度地类用地转移,碳储量空间分布呈“西高东低,南北中等,中部低”的特点,自然发展情景和生态保护情景下碳储量变化分别减少了8.27×10⁶ t和1.80×10⁶ t,其中耕地发挥着重要碳汇作用。③碳储量空间分布上具有集聚性,冷热点分布不均,生态保护情景下热点破碎化程度缓和。巩义市和登封市始终为碳储量集聚程度较高区域。[结论] 碳储量时空分布特征与土地利用结构变化密切相关,郑州市未来土地利用规划应适当采取生态保护措施,优化土地利用格局,增强生态系统固碳能力。     

基于多时相遥感数据的常州市城市热景观变化特征

为分析20多年来常州城市热景观时空变化特征,选用4景TM/ETM+影像(1986年、1992年、2000年、2010年)为基本数据源,在RS,GIS技术以及景观分析工具的支持下,分析了常州市区热岛景观格局变化特征。研究结果表明:1986—2010年常州建成区均存在显著的热岛效应。随着城市化进程加快,到2010年城市与郊区的温差达到最大,为35.3K;城市强热岛及其以上等级面积从1986年的8 580.24hm~2增加到2010年的17 725.23hm~2,相应比例从4.58%增加到9.45%,增幅达106.33%;城市热岛等级类型的景观指数分析表明,到2010年高等级的热岛斑块分布范围和强度都明显提高,两环内高等级的热岛片状分布明显。受城市人类活动加剧的影响,各热岛等级斑块的形状逐渐趋于复杂。从景观水平尺度变化来看,2010年热岛景观多样性最丰富,分布最均匀,同时破碎化程度也最高。研究结论可为城市生态建设提供参考。     

基于Markov模型的长沙市和泉州市土地利用变化预测及对比研究

为探索中国中部地区和东部沿海地区典型代表城市的土地利用程度变化特征和未来演变趋势,采用地理比较分析方法,基于地理信息技术（GIS）、遥感技术和Markov模型对长沙市和泉州市未来土地利用进行模拟预测,结合土地利用程度指数分析1990—2020年期间土地利用的变化情况及其变化趋势异同,试揭示不同时期、不同区域内土地利用程度变化差异性。研究结果表明:1995—2020年期间,长沙市数量结构变化较泉州市更为稳定,耕地和建设用地所占比例结构变化具有较大差异性;土地利用程度指数的对比研究表明,两市综合程度指数均呈现一定增长,且泉州市土地利用综合程度指数变化趋势较长沙市更为显著,其土地利用程度变化量和变化率均大于长沙市。研究结果可为两市区域土地利用规划提供参考,并将有利于我国东南沿海和中部城市土地利用的可持续发展和生态环境保护。     

基于Landsat TM/ETM的银川市热岛效应时空变化研究

应用1999年、2006年和2011年3期Landast TM/ETM 数据的热红外波段数据反演银川市地表亮温,并对绝对亮温值进行归一化处理得到相对亮温。结果表明,1999—2011年,银川市热岛范围逐步扩大,强度逐渐增加,其中金凤区热岛效应不断加剧,西夏区和兴庆区的热岛效应从无到有,从弱到强变化十分明显。从空间分布来看,热岛效应主要发生在西夏区的工业区,金凤区的经济开发区和兴庆区的商业区。热岛现象产生的原因主要是工业发展变化、道路建设和建成区面积增加等。     

杭州市城区热岛效应与景观格局的动态研究

以杭州市城区为研究对象,以1992年、2004年Landsat-5,2015年Landsat-8卫星遥感数据为信息源,利用单窗算法反演三期城区地表温度,通过提取土地利用类型信息来计算景观格局指数,结合多元回归线性模型分析了杭州市城区景观格局对地表温度的影响。结果表明:(1)在研究时间段内,杭州市城区存在着明显的热岛效应,高温区域不断扩张、分散;(2)多元线性回归模型可以很好地刻画景观格局与地表温度之间的定量关系,景观格局指数PLAND,ED,LSI和AI与地表温度的相关性最高,分别达0.753,0.771,0.779,0.772,景观的面积指标、形状指标、边缘指标和聚合指标等共同影响着杭州市城区热岛效应的强度;(3)在城市化建设进程中,应通过增加绿地景观的面积,合理选择植物物种,形成集中成片的绿地,从而对城镇用地进行分割,提高现有绿地景观的立体化程度,建设较为复杂的绿地生态网络系统等方式,来缓解和改善热岛效应,达到改善人居环境的目的。     

基于Landsat TM/TIRS的重庆市主城区热岛效应研究

使用Landsat数据对2001—2013年重庆市主城热岛进行研究,选取2001年、2007年的TM、2013年的TIRS三期夏季影像,采用单窗算法反演出地表温度。在此基础上,对主城热岛时空演化的整体特征、热岛强度进行分析,得出以下结论:（1）重庆市高温地表主要分布在主城建成区内,由过去呈一点向多点、零散向成片的分布,发展至目前呈多片块、多中心均衡分布,并有持续向外扩展的趋势;（2）市区内绿化较好或有水体覆盖区域,对城市高温起到一定的缓解作用,而长江、嘉陵江表面温度与陆上地表温度相差较大;（3）13年间交通线路的发展带动了周围地区及周边区县的城市化发展,使得传统的高温区温度有所降低,在交通路线所能达到的地方形成新的高温区;（4）2001年热场变异指数为0.63,2007年为0.49,2013年达到0.66,较高的热场变异指数使得重庆市热岛强度处于较高水平。     

基于GIS与RS的长春市热岛效应研究

基于Aster影像数据定量反演晴空状态下长春市城市亮度温度,提出了治理对策。研究表明,长春市热岛效应显著,热岛中心主要分布在宽城区南部、二道区北部和绿园区西南部。通过提高热源能源利用率、减少热量排放、提高城市绿化率和改善下垫面性质等方法可以有效缓解城市热岛效应。     

基于韧性理念的城市河流健康评价——以郑州市金水河为例

[目的] 在韧性理念指导下对郑州市金水河健康水平进行评价，为金水河修复与科学管理提供理论依据。 [方法] 以郑州市金水河为例基于压力-状态-响应模型(简称PSR)，构建城市河流健康评价指标体系，采用组合赋权法和物元可拓模型对河流健康水平与发展趋势进行评价与预测。构建城市化-河流健康响应模型，分析城市化对城市河流健康的影响。 [结果] 研究区的河流健康水平呈现明显的空间差异性，河段1，3，6，7，8，11，14的健康等级为健康、亚病态、亚病态、病态、亚健康、亚病态、健康(河段编号从河口向上游依次变大)，其中位于新城区的河段健康水平较老城区高，河段1，3，8，14健康水平有进一步恶化的趋势，而河段6，7，11的健康水平有向好发展的趋势；城市化水平(城市流域不透水面积比，ISC)对于河流健康水平产生显著影响的阈值在50%左右。 [结论] 研究区各河段健康水平在周边城市环境的影响下存在明显的空间差异，城市河流的健康水平与城市化水平密切相关，在对城市河流保护与修复时应加强城市规划的科学性以促进水城共融。     

郑州市郊区土壤重金属污染评价分析

为揭示城市化过程对土壤环境质量的影响,本研究以郑州市郊区为例,对其表层土壤重金属Pb、Cr、Cd、Hg、As含量进行了测定分析,按照单因子污染指数法和内梅罗综合污染指数法,根据土壤环境背景值标准进行了评价,并应用克里格插值方法对研究区内表层土壤污染的空间变异特征进行了分析。结果表明,研究区表层土壤中各种重金属均有超过背景值现象;其中Cr含量远远高于背景值,重度污染,为主要污染因子,Pb为轻污染,其它重金属处于警戒线等级;污染综合指数均超过1,处于轻污染以上等级;各重金属单因子污染指数和综合污染指数在郑州市郊区的分布特点各不相同。