基于随机森林模型的安徽省土壤属性空间分布预测

为探讨随机森林(random forest,RF)模型对土壤属性空间预测的精度,本文以安徽省为例,收集140个土壤样本,利用GIS和RS技术,获取相关的地形因子、遥感植被指数及气候数据,利用RF模型分析土壤有机碳(SOC)含量、土壤容重和土壤黏粒含量与地形因子、遥感植被指数及气候数据之间的关系,并进行空间分布预测。研究结果表明:①RF建模预测中,当节点分裂次数(mtry)值为1,决策树数量(ntree)值分别为100、1 000和100时,获得的SOC含量、土壤容重和土壤黏粒含量RF模型最优;②高程、归一化植被指数(NDVI)、地貌、多尺度山谷平坦指数(MrVBF)和土壤类型是SOC含量的重要预测因子;地貌、年均降水量(MAP)、MrVBF、高程和土壤类型是土壤容重的重要预测因子;高程、MAP、MrVBF和平面曲率是土壤黏粒含量的重要预测因子;③RF模型可以较好地进行土壤属性空间预测,多源环境变量组合可以分别解释SOC含量、土壤容重和土壤黏粒含量的26%、23%和22%;同时RF模型对于土壤类型和地貌等类型变量的处理具有一定优势。研究表明,在大尺度研究区域内,利用RF模型进行土壤属性空间预测有一定的意义。     

矿化地下水补给模型的建立及其验证

应用3年室内矿化地下水补给试验的监测数据,研究了地下水补给量与地下水条件及其作用时间的关系,建立了矿化地下水补给量模型。该模型意义简明,结构简单且具有较高的精度,适用于裸地浅地下水埋深条件下矿化地下水补给量的精确测定。该模型的建立,将为进一步提高农业水资源的利用效率及有效防治土壤盐渍化提供参考     

基于改进的GM(1,1)模型的辽西地区地下水预测研究

传统灰色动态预测模型GM(1,1)未能考虑各个变量之间的权重,在收敛计算时易出现无收敛解的缺陷,因此引入改进的GM(1,1)模型。该模型引入权重系数对每个变量赋予权重值,从而解决传统模型存在无收敛解的缺陷,并将改进的GM(1,1)模型用于辽西地区地下水预测。结果表明改进的GM(1,1)模型可解决传统模型无收敛解的局限,且在地下水预测中具有较好的精度,可用于辽西地区地下水的预测。研究为辽西地区地下水预测提供参考。     

内蒙古河套灌区节水灌溉工程实施后地下水变化的BP模型预测

根据黄河河套灌区多年的水文、气象和地下水资料，应用不同的ANN—BP网络模型对灌区年、月地下水埋深的变化进行了模拟，预测了黄河河套灌区节水工程实施后未来灌区年平均地下水位下降的情况，从预测结果可以看出，河套灌区节水工程实施后灌区平均地下水位预计下降0.5 m左右。此外对BP模型的结构设计中隐含层数、隐含单元数和学习速率的合理确定作了具体分析，提出了学习速率取值范围lr=0.01～0.1，为河套灌区节水工程改造规划、设计和管理决策及BP模型的应用提供了参考依据。     

基于调控适宜性区域评价的红崖山灌区地下水位动态预测

红崖山灌区位于中国典型干旱内陆区石羊河流域下游,当地地下水的过度开采已引起地下水位持续下降、生态环境严重恶化。2006—2010年期间,红崖山灌区实施了"关井压田"等相关治理措施,并于2010年开始对青土湖进行生态泄水,用水环境随之发生变化。该文运用GIS技术和FEFLOW软件,基于2011—2012年观测数据构建了红崖山灌区潜水三维数值模型;基于井群调控原则,对研究区进行调控适宜性区域评价,在此基础上以地下水开采量为基准设置了若干调控方案;利用构建的地下水数值模型对现状条件和各种调控方案下20 a内地下水动态变化进行了预测。结果表明:现状用水条件下,当地地下水位依然整体以低降幅持续下降,地下水降落漏斗进一步扩大;水量的削减能让地下水位下降趋势得到有效的遏制并修复地下水降落漏斗;依据评价值大小确定限釆比例的方案比全区域均匀比例限采方案能更有针对性地回升地下水位、修复地下水降落漏斗,且调控井数更少。     

粮食生产潜力短期预测的“趋势-波动模型”的验证

应用全国、31个省、6个典型地区和16个典型县的数据对粮食生产潜力短期预测的趋势-波动模型进行了系统性的验证和讨论。研究结果表明:(1)预测误差大小反映短期生产潜力的预测精度,预测误差大的主要原因是经济发达地区高产农田被大量占用和(或)蔬菜、水果种植面积大幅度增加而短期内使粮食单产下降;(2)小趋势修正方法是趋势-波动模型中不可缺少的一部分,它能将大趋势预测不能包括的短期如气象因素、科技投入、社会因素等影响纳入预测中,提高预测精度;(3)就我国近些年来的实际情况而言,越是经济发达的地区短期生产潜力的波动越大;同样发达地区短期潜力存在增加-下降-回升阶段;(4)就短期生产潜力预测精度而言:国家级大于省级、省级大于地区级、地区级大于县级;不同省、不同地区、不同县之间预测精度差别比较大,这与境内气候的互补性和农田抗御自然灾害的能力有关。     

基于作物模型的专家系统预测和决策功能的结合

本文从作物系统分析入手,论述了作物模型和专家系统的基本特征及关系,指出了基于作物模型的专家系统的功能优势、结构特点和应用价值。     

再生水灌区地下水防污性能区划模型的建立与验证

为促进地下水水资源保护和利用,根据研究区域的特点以及地下水防污性能的影响因素,基于DRASTIC模型,选用以下6个因子：地下水水位埋深、降雨入渗补给量、表层土壤类型、包气带岩性、含水水力传导度以及土地利用类型建立了再生水灌区地下水特殊防污性能区划模型。采用地理信息系统GIS技术和内梅罗指数法,绘制研究区域地下水综合污染指数分布空间图,并且探讨了防污性能区划的验证方法以及等级划分标准。结果表明：地下水综合污染指数与研究区域的防污性能具有很好的相关性（R2=0.9591）,采用DRASTIC模型评价地下水特殊防污性能是可行的,可为再生水灌区地下水的保护以及利用规划提供重要借鉴。     

基于修正SCS-CN模型集雨垄径流预测

为了探寻半干旱区垄沟集雨种植控制水土流失和增产的机理,利用前2年(2012—2013年)日降雨量、实测径流和修正SCS—CN模型,率定集雨垄的径流模型参数CN、λ和α,然后利用后3年(2014—2016年)日降雨量和实测径流资料检验该模型有效性,预测不同覆盖材料(土壤结皮、生物可降解地膜和塑料地膜)和不同垄宽(30,4...     

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。     

1995—2015年上海市土地利用及其景观格局变化

[目的]揭示快速城市化过程中城市景观生态变化的时空规律,为当地编制土地利用规划提供科学依据。[方法]基于5期遥感影像数据,借助GIS技术与Fragstats等软件,分析1995—2015年上海市土地利用及其景观格局的动态变化情况。[结果]1995—2015年上海市耕地、草地以及水域呈减少趋势,林地呈现先减少后增加的趋势,城乡、工矿和居民用地呈现不断增加的趋势;耕地的动态度明显,而草地的土地利用动态程度最弱,单一土地利用类型的动态度在2000—2005年多发生剧变,综合土地利用动态度呈现先增加后减少再增加的年际波动规律;土地利用类型转化主要发生在耕地和城乡、工矿和居民用地、耕地和林地之间的相互转化,以耕地的转出和城乡、工矿和居民用地的转入为主要特征;上海市景观格局在时间上表现为斑块数目不断增多,景观破碎度呈现越来越高的主要特征;在空间上表现为景观多样性指数从中部高、四周低的趋势逐渐转化为中西部、北部部分高的趋势。[结论]城市在未来发展过程中要进一步提升用地潜力,提高土地集约利用度,保护并且增加生态服务功能性用地。     

地表沉陷预测评价模式的灵敏度分析

针对矿区地表沉陷预测评价,以缓倾斜中硬煤层为例分析了概率积分法模式的稳定性。该模型有较好的稳定性,用于缓倾斜煤层的地表沉陷预测,可以满足预测的精度要求。在煤层的倾角、厚度、埋深及综合评价系数中,以综合评价系数的灵敏度最大,是主要控制参数。     

基于PSR模型的青铜峡市土地生态安全评价与预测

[目的]通过研究宁夏自治区青铜峡市的土地生态安全发展状况,为该市的土地生态安全及其可持续发展提供科学的参考依据。[方法]综合运用熵权法、P-S-R模型、综合指数法、地理探测器和GM(1,1)预测模型等方法对该区域土地生态安全、安全等级以及影响土地生态安全的主要因子进行评价研究,并对其未来9a的土地生态安全状况进行预测。[结果](1)青铜峡市土地生态安全综合指数在研究期间整体呈现出先下降后上升的变化趋势。2006—2009年土地生态安全指数呈现波动下降的态势,由2006年的0.446 3下降到2009年的0.419 1;2009—2016年青铜峡市土地生态安全综合评价值不断上升,由2009年的0.419上升到2016年的0.505 1,其安全等级始终保持为临界安全,研究期间青铜峡市土地生态安全整体水平不断提高和改善。(2)通过地理探测器诊断得出人口密度、农用化肥使用量、废水排放量、万元GDP能耗、工业固体废物产生量、建成区绿化覆盖率、水利、环保设施投资占GDP的比率等要素是青铜峡市土地生态安全的主要影响因素。(3)利用GM(1,1)预测模型对青铜峡市未来9a土地生态安全发展水平进行预测,结果表明2017—2025年该区域土地生态安全水平不断上升,但其安全等级不高,仍处于临界状态,有待于提高和改善。[结论]研究期间青铜峡市土地生态安全波动变化明显,但总体上呈上升趋势,土地生态安全得到明显提升和改善。     

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BP神经网络的济南市建设用地规模预测

随着经济的发展,城市建设用地面积呈迅速扩张的趋势。城市建设用地面积的增长受社会、经济、人口等多种因素的影响。运用主成分分析法对济南市建设用地变化的驱动力进行分析,人口和GDP是影响建设用地面积的主要的驱动因素,通过建设用地驱动因子的人工神经网络模型,预测出2010年和2020年济南市建设用地的面积需求状况。     

2007-2017年夏冬季上海市内外圈层土地覆盖与地表温度的定量关系

[目的]探究超大型城市地表温度对不同土地利用类型的响应特征,为城市建设和规划设计提供科学参考.[方法]以上海市为例,运用2007,2013,2017年夏冬季共6期Landsat系列多光谱及热红外影像数据,解译土地利用类型并反演地表温度,基于900m×900m网格分析了夏季和冬季上海市外环内外土地利用类型对地表温度影响特...     

Markov和灰色模型在土地利用预测中的应用

马尔柯夫和灰色模型都适用于土地利用变化预测，根据同一套土地利用数据分别用两种模型预测．将所得结果相互验证、对比分析，提高预测可信度。以江西省新建县为例．两种预测方法的预测结果都表明，若继续保持1996-2000年的变化速度．耕地和未利用地将持续减少，林地和建设用地呈增长趋势，而草地和水域相对较稳定，草地有下降趋势，水域呈缓慢上升趋向。预测结果可为土地利用规划管理及政策的制定提供科学依据，研究方法为土地利用变化预测研究提供一种思路。     

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Markov-FLUS模型的广西土地利用变化模拟预测

耕地保护是确保粮食安全和社会经济稳定的头等大事,土地利用变化预测分析则是调整耕地保护政策的重要依据。为了探究广西耕地保护工作成效、促进土地资源合理配置,围绕耕地保护,运用Markov-FLUS模型,分别基于非限制性与耕地保护两类情景,预测2025年广西土地利用数量及空间变化状况,对比了两类情景下耕地变化差异。结果表明:(1)广西城市建设效果明显,2005—2015年,城镇用地、交通基础设施用地等其他建设用地面积增长了893 km²,增长率达77.25%。两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,城镇用地面积均保持增长趋势,但耕地保护情景下,其扩张速度受到限制;(2)广西生态保护成效良好,两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,林地、草地、水域等生态用地面积均保持增长趋势;(3)广西耕地保护任重道远,2005—2015年,耕地面积减少626 km²,两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,耕地面积均延续减少趋势。但耕地保护情景下,耕地面积减少态势得到一定程度遏止;(4)不同发展阶段,影响广西耕地保护的主导因素各异:2005—2015年,交通道路等基础设施建设是影响广西耕地保护的主要因素; 2015—2025年,随着社会经济加速发展,南宁市、桂林市、柳州市以及“钦北防”沿海城市建设用地的扩张和桂西北、桂南地区林业用地的增长,将成为广西耕地减少的主要原因。     

基于土地利用的驻马店市碳源/汇时空分布及预测

土地覆盖变化是引起陆地生态系统碳源/汇变化的重要原因，研究土地利用转型与碳源/汇关系对优化区域土地利用规划，实现可持续发展与“双碳”目标具有重要意义。运用空间分析技术对碳源/汇的时空变化进行分析，通过预设3种未来发展情景对驻马店市未来碳源/汇变化进行预测。结果表明：(1)驻马店市净碳排放量由2005年的268.13×10⁴ t增加到2020年的578.04×10⁴ t,增加309.91×10⁴ t,呈现逐年增加趋势。(2)驻马店市土地利用转型表现为碳储量减少的过程主要为耕地转为建设用地和林地转为耕地，碳储量增加主要为耕地转为林地、建设用地转为水域。(3)通过灰色模型以及PLUS模型预测驻马店市未来土地利用及碳源/汇的时空变化，预测结果为驻马店市未来净碳排放量持续上升，但在耕地保护情景下上升趋势明显减缓。在保护耕地基础上，驻马店市在未来土地规划中，要控制建设用地向生态用地的扩张，加快农业技术改革，实现低碳循环发展。