土地利用变化信息挖掘方法及其应用

以基本分辨率硬分类条件下的土地利用转换矩阵为基础,构建了土地利用净变化量、交换变化量、总变化量计算方法,通过土地利用类型间实际转换量与其理论频数的对比,构建了土地利用转换规则的挖掘方法;以多分辨率软分类方法为基础建立了土地利用交换变化距离的分析方法。应用上述方法对北京市海淀区土地利用变化进行了分析,应用表明上述方法可以有效挖掘各土地利用类型变化信息、土地利用类型间转换规则和土地利用交换变化的空间距离信息,可以为土地利用空间分析和建模提供有用信息。     

基于系统动力学模型的扬州市土地利用结构多情景模拟与实现

[目的]对江苏省扬州市未来土地利用结构进行多情景预测模拟,并探索不同情景下各目标土地利用结构的实现路径,为土地利用规划方案制定与管理提供科学依据。[方法]采用系统动力学(SD)模型模拟土地利用系统开展研究。[结果]在不同情景下几类主要用地差异明显,耕地面积在耕地保护情景下较高,而在生态保护与经济发展情景下耕地缓慢下降;城镇工矿用地与交通水利用地面积在3种情景下均获得稳定增长,但经济发展情景下的增长快于其他2个情景;林地面积在生态保护情景下出现大幅上升,在另外2个情景下则基本保持不变甚至小幅下降。结合各情景指标设定可得出,耕地保护情景下,除控制城镇扩张占用耕地外,还要加强未利用地开发与农村居民点整理以补充耕地;生态保护情景下,则需加强植树造林、保护好具有丰富生态服务价值的水域、滩涂用地。[结论]SD模型不仅可模拟不同情景下土地利用变化,还可将土地利用与社会经济系统之间的复杂非线性关系显化,有利于土地资源可持续利用调控。     

基于CLUE-S模型县域土地利用情景模拟与碳排放效应分析

土地利用与变化产生的碳排放是国家温室气体排放清单核算中的重要组成部分。该研究以辽宁省沈阳市法库县为研究区域,基于2013年土地利用现状数据,运用CLUE-S模型对法库县2019年土地利用变化格局进行模拟与验证。在此基础上,通过设置基线情景、农业发展、建设发展、生态保护、土地利用结构优化5种模拟情景预测2030年法库县土地利用分布空间格局及各情景下土地利用碳收支状况。结果表明：1）CLUE-S模型对法库县土地利用格局变化具有良好的模拟能力,Kappa系数为0.989 6,模拟总体精度达到99.14%;2）在5种模拟情景中,土地利用结构优化情景下2030年法库县土地资源利用效果最优,是法库县中长期发展阶段较为适宜的土地利用模式;3）法库县2013-2019年碳排放量增长5.53%。5种模拟情景同2019年相比,除生态保护和农业发展情景外,其余模拟情景下法库县碳排放量均呈现增长趋势,其中土地利用结构优化情景增幅最小,为2.29%。研究结果可为法库县土地利用优化布局、国土空间规划编制及碳减排相关政策制订提供参考依据和决策支持,研究方法也可为其他区域土地利用格局预测及碳收支变化提供借鉴。     

基于生态敏感性分析的江川区土地利用空间格局优化配置

为优化江川区土地利用空间格局,促进土地可持续发展,该文以云南省玉溪市江川区为研究区,将CLUE-S（conversion of land use and its effects at small region extent）模型和生态敏感性分析应用于江川区土地利用空间格局优化配置。以高度敏感区为CLUE-S模型中区域约束文件,突出研究区生态保护重点区域,并以综合生态敏感性分区为影响研究区土地利用变化的驱动力因子,提出一种将生态敏感性融入土地利用空间格局优化配置的过程和结果中的土地利用情景模拟方法,并借助2006年和2016年土地利用数据对江川区自然发展情景和土地生态优化情景2种模式下2025年的土地利用空间格局进行优化配置,并基于生态敏感性分区对优化配置模拟结果进行对比分析。结果表明：2种情景下2025年江川区土地利用格局既有共同特征也存在差异。在2种情景下均有效的保护了原有林地、耕地、未利用地和建设用地格局,但新增林地、草地等空间分布格局不同。根据2025年2种情景与2016年土地利用现状在不同敏感性区内主要土地利用类型分布情况表明,情景二土地利用空间格局优于自然发展情景和2016年土地利用现状。研究结果认为土地生态优化情景更为合理,该结果可为江川区生态保护和城镇发展提供参考。     

渭河流域径流对土地利用变化的时空响应

为定量分析渭河流域土地利用变化对径流的时空影响,该文基于渭河流域1985年,1995年和2005年3期土地利用数据,分析了流域近20 a的土地利用变化特征,结合SWAT(soil and water assessment tool)水文模型,设置5种土地利用变化情景,研究了流域土地利用变化与年、季径流的响应关系。结果表明,SWAT模型在渭河流域有较好的适用性;耕地、林地和草地为流域主要土地利用类型,面积变化小于10%,但它们在空间上的位置发生了较大转移;流域近20 a土地利用变化对径流影响小于15%;极端土地利用情景下,产流量总体趋势为耕地草地林地。退耕还林对年、季径流的影响程度均为干流大于支流,退耕还草对年径流(干流中游、下游、泾河)和季径流(冬季)的影响程度较大。该研究成果对于流域土地利用格局的合理规划及极端水文事件的控制具有重要意义。     

基于改进CoMOLA模型的镇域土地利用优化

全域土地综合整治是实施乡村振兴战略的重要抓手,也是提升农村土地整治效果的有效途径。为探索服务全域整治目标的土地利用优化配置方法,借助非优势排序遗传算法在进化模拟、全局搜索等多目标决策优化中的优势,从转型条件、面积约束、效益测算等方面构建约束多目标土地利用优化配置模型（Constrained Multi-objective Optimization of Land-use Allocation,CoMOLA）,同时借鉴首位度理论改进模型并选取典型研究区进行案例分析。通过设置经济优先、生态优先及生产优先3种不同发展情景优化土地利用土地管理配置,利用中间结果识别未来发展可能的冲突,为规划制定提供依据。研究结果表明：1）经济优先情景下,研究区2030年经济效益较基期年（2018年）增长了12.33%,生态效益和生产产量分别减少了11.41%和3.73%;生态优先和生产优先情景下,生态效益和生产产量分别提高了51.68%、11.63%;2）土地利用数量结构与空间结构在3种情景中均存在一定的极化趋势,绝对冲突地块面积分别为1.98%、3.12%和1.71%。需结合发展目标等多重因素,参考冲突识别结果,因地制宜制定发展方案。综合而言,运用改进约束多目标土地利用优化配置模型进行研究,能同时满足土地利用的时空特征,得到较为客观的土地利用土地管理优化方案,且其中间结果可作为地类发展冲突识别依据,可为多目标优化问题提供新的方法借鉴。     

基于Logistic-CA-Markov与InVEST模型对南京市土地利用与生物多样性功能模拟评价

针对目前国际上应用比较广泛的Logistic模型,在此基础上加入空间自相关变量,应用1985年、1995年、2005年、2015年4期土地利用数据,再结合CA-Markov模型模拟预测了南京市2025年3种不同情景(自然增长情景、生态保护情景和土地优化情景)下的土地利用发展方向;进一步结合InVEST模型,研究以上4年土地利用变化下的生物多样性服务功能分布和变化,以及2025年不同模拟情景下的生物多样性服务功能分布情况。结果表明:Logistic-CA-Markov模型精度Kappa值均在0.80以上,预测效果较好。在不同的情景设置下,土地利用存在明显的空间差异:自然增长情景按原有速率变化,则建设用地快速发展并占用大量耕地,生物多样性受到严重威胁,生态保护情景和土地优化情景对未来土地调控效果较好,生物多样性功能得到很好改善,可以为当地土地利用总体规划提供科学决策参考。     

郑州市土地可持续利用的模拟与评价

土地持续利用是区域可持续发展的核心内容与重要基础,是推动区域经济可持续发展的重要保障。利用GIS和CLUE-S模型,以郑州市为研究区,以郑州市2000年土地利用现状数据为基础,模拟研究区在可持续利用情景下的未来土地利用变化情景,并运用层次分析法对研究区土地承载力和环境敏感性进行分析评价,在此基础上对郑州市土地可持续利用发展模式进行了探讨。研究表明:郑州市土地承载力水平偏低,土壤环境敏感性较高。在未来情景建设用地面积将明显增加的情况下,郑州市应优化土地利用结构,加大环境治理力度,改善生态环境,以促进土地资源的可持续利用,保障社会经济稳定快速发展。本研究可为理解土地利用系统的复杂性和动态性提供帮助,并为研究区今后的土地利用总体规划编制和土地可持续性管理具有指导作用。     

基于多智能体的土地利用变化模拟

建立土地利用变化模型,模拟多种情景下的土地利用变化过程,能够为科学的土地利用决策提供辅助支持。以常州市新北区为研究区,从政策特征因子、全局特征因子和空间特征因子3个方面构建土地利用情景特征因子体系;运用多智能体建模方法构建基于主体的土地利用情景模拟模型;设定快、中、慢3种经济社会发展条件下的土地利用情景(I、II、III),模拟研究区2006-2020年土地利用变化。结果表明:3种土地利用类型的空间全局拟合度都相对较高,城镇用地、农村居民点用地和耕地的空间全局拟合度分别为78.45%、99.85%、98.35%;空间变化拟合度较低,分别为55.18%、0.02%、69.11%。在3种土地利用情景下,城镇用地增加面积分别为3788.44、2922.83和2114.64hm2,农村居民点用地减少面积分别为1106.60、858.61和592.35hm2,耕地减少面积分别为5378.72、4817.03和4238.97hm2。说明情景I下城镇化速度较快,城乡用地转换明显,农村居民点整治力度较大;情景II下城镇用地空间扩张和人口增长都减缓速度,耕地资源的流失得到一定程度控制;情景III下城乡用地变化速度显著放缓,耕地资源流失得到有效控制。     

基于遥感的10年间龙口市土地利用动态变化分析

对1992年6月、2002年6月两个时期的陆地卫星影像，采用监督分类和人机交互解译相结合的方法完成土地利用类型的计算机解译，定量分析了龙口市10年间土地利用的变化特征。结果表明：研究时段内园地、水浇地、水体，林地面积都有不同程度的减少；城乡用地、旱地、草地面积增加，其中城乡用地增幅最大；土地利用转换类型复杂多样，转换比例相对较大，说明龙口市土地利用方式受人为活动和经济发展影响强烈。     

共享社会经济路径下土地利用变化模拟

针对高原湖滨地区土地利用无序扩张等问题,构建共享社会经济路径(SSPs)与未来土地利用模拟模型相结合的研究框架,并选取云贵高原湖泊分布最为密集的通海县、华宁县及江川区为研究区,开展不同SSPs情景下的未来土地利用模拟。结果表明:(1)SSP1情景下建设用地与农用地集约利用程度提升,且大量其他用地被转化为生态用地,是高原湖滨地区最为理想的未来发展模式;(2)SSP2情景下研究区保持现有发展趋势,土地利用变化自然发展;(3)SSP3情景下人类活动对自然环境的干扰随时间变化逐步加强,是未来高原湖滨地区发展需要避免的情景;(4)SSP4情景下研究区发展不平衡情况严重,经济增长缓慢,难以与生态实现协同发展;(5)SSP5情景下研究区以大量能源消耗为代价,土地利用变化强度先增大,后逐步减弱并达到稳定的状态。SSPs为未来土地利用模拟模型的参数设置提供了内涵和依据,两者结合可为云贵高原湖滨地区的可持续发展提供决策依据。     

气候情景下典型开垦与退耕区耕地动态变化的定量模拟

全球气候变化是当前关注的热点问题,研究气候情景下中国典型开垦与退耕区耕地动态变化对保障中国粮食安全具有重要意义。该研究以东北地区作为典型区,基于设计的土地利用规划情景和RCPs（representative concentration pathways）气候情景,采用土地利用变化动态（DLS,dynamics of land system）模型模拟了在规划情景和RCPs气候情景下开垦与退耕区2010－2030年耕地的空间分布格局,分析不同耕地类型未来的变化趋势。研究结果表明：规划情景下水田呈持续减少的态势,而旱田在2000－2010年有小幅增长的态势,而后出现大面积减少;AIM（Asia-Pacific integrated model）气候模式情景下旱田增长趋势也较明显,水田则保持小幅减少的态势;MESSAGE（model for energy supply strategy alternatives and their general environmental impact）气候模式情景下,耕地面积呈减少的态势。从不同用地类型之间的转移分析得出,该区域开垦与退耕相逆的现象在未来情景下仍会延续,但是发生的频率却随时间的推移逐渐降低。该研究为开垦与退耕区应对气候变化,合理进行农业规划和耕地保护提供参考。     

基于不同种类生态安全的土地利用情景模拟

为解决中国城市化进程中日益严峻的生态和环境问题,合理确定未来土地利用结构和布局是关键,开展不同约束条件下的土地利用情景模拟研究对于科学规划和辅助决策具有重要意义。该文首先采用景观安全格局理论构建了曹妃甸新区综合生态安全格局,然后基于GIS和CA-Markov模型,提出了一种基于生态安全格局的土地利用情景模拟方法,并借助于2005年和2013年2期土地利用遥感解译图对曹妃甸新区生态安全格局保护与无生态保护2种土地利用情景下2021年的土地利用结构和布局进行了预测和模拟,结果显示,曹妃甸新区生态安全格局总面积为1 058.80km2,占区域总面积的53.53%,其中底线生态安全格局面积为312.67km2,占区域总面积的15.81%。生态安全格局保护情景下,底线生态安全格局范围内新增建设用地为0,且总生态安全格局范围内新增建设用地比无生态保护情景减少17.47km2。生态安全格局保护情景下,景观更趋于破碎化,景观的形状更趋复杂,建设用地与生态用地的分布更趋合理。该研究方法和结果可为区域城市规划和生态保护提供技术支撑和决策参考。     

基于InVEST和CA-Markov模型的黄河流域碳储量时空变化研究

区域土地利用/覆被变化是导致生态系统碳储量变化的主要原因,预测未来土地利用/覆盖变化及其对碳储量的影响对区域陆地生态系统的认识具有重要意义。本研究基于黄河流域2005—2018年土地利用/覆被变化规律,运用CA-Markov模型分别预测了生态保护情景(EVC)和自然变化情景(NVC)下的土地利用/覆被空间格局,采用修正后的碳密度,运用InVEST模型评估黄河流域2005—2030年6期碳储量。结果表明:2005—2018年黄河流域林地、水域和建设用地面积持续增加,耕地、草地和未利用土地面积减少, 13 a间全流域碳储量减少28.734×10~6 t。与自然变化情景相比,在生态保护情景下2030年草地和耕地相比2018年减少幅度较小,建设用地规模扩大得到了限制,产生了生态效应。2030年,自然变化情景和生态保护情景下的碳储量较2018年分别减少258.863×10~6 t和30.813×10~6 t,生态保护情景下土地利用覆被格局固碳能力高于自然变化情景,该研究可为黄河流域土地利用结构调整和土地利用管理决策提供科学依据。     

四川盆地紫色丘陵区小流域水土流失建模与控制方法分析

 该研究是在欧盟项目EroChiNut框架内实施的,其目的是利用不同土地利用形式、侵蚀敏感性矩阵以及土地管理和坡度研究土地管理模式对水土流失的影响。首先对不同土地管理模式进行分析以了解其对土壤流失的影响,其结果用来优化未来的土地利用方式。另外采用LISEM研究耕作方向对水土流失的影响。该研究运用23种作物和10个坡度建立侵蚀敏感性矩阵,它描述的是不同土地利用和坡度的平均土壤侵蚀强度。建立的矩阵可用于优化土地利用方式和扩大其使用范围。     

滇池流域土地利用动态变化及对流域水环境的影响分析

以滇池流域为研究对象,以1974年、1988年、1998年、2008年四个时期的TM遥感影像为数据基础,结合图像处理、地理信息系统及计量软件,应用马尔柯夫模型对研究区土地利用动态变化及变化趋势进行了分析,同时研究了该区域土地利用变化对水环境的影响。结果表明:①滇池流域近30a来土地利用状况发生了明显的变化,其中耕地、建设用地和其它地类的变化幅度较大,水域和林地变化不明显。②马尔柯夫链预测结果表明:2015—2030年研究区内建设用地面积进一步增加,林地、水域和其它地类进一步减少,但减少的幅度在逐渐变小,耕地面积也继续减少。③滇池流域的水质明显受到土地利用类型及利用变化情况的影响:在5%显著性水平下TP和BOD与土地利用类型之间存在相关关系,建设用地对总氮量的弹性为15.31,耕地对总氮量弹性为10.47,牧草地对总氮量弹性为-156.74。建设用地对BOD的影响为543.79,耕地对BOD影响为-272.49,林地对BOD影响为160.88;在20%显著性水平下COD与土地利用类型之间存在相关关系,建设用地、耕地和湿地对COD的弹性分别为173.88,-100.75,-4 920.59。④马尔柯夫链预测结果表明,随着年份的增长,水质污染状况指标呈现持续恶化的趋势。     

松嫩高平原黑土区土地利用/覆被变化及其景观生态风险分析

土地利用/覆被变化及其景观生态风险分析是实现区域土地生态安全和可持续发展的基础。以松嫩高平原黑土区黑龙江省巴彦县为研究区,利用GIS的空间分析功能,对巴彦县1991年、2006年和2009年三期遥感影像的解译数据进行图层代数运算,定量分析了18 a来巴彦县土地利用变化情况、各地类之间的转换情况,并运用生态风险指数法测算分析了三个时期景观生态风险的变化情况,最后对生态风险指数进行克吕格插值,得出巴彦县景观生态风险的空间分布情况。结果表明:18 a间,巴彦县土地利用变化及各地类之间的转化比较复杂,且主要是耕地、林地、其它用地之间的转化;土地利用结构的变化导致景观生态风险指数发生显著的时空差异,各级生态风险区域所占面积变化程度不同;插值结果表明巴彦县生态风险逐年加大,且生态风险分布主要受地形和地类的影响。巴彦县景观生态风险有扩大的趋势,应加强中级以上生态风险区域的生态保护和建设,以实现生态环境和社会经济的协调发展。     

不同空间约束条件下的城镇土地利用变化多预案模拟

为研究不同预案下辛庄镇未来几十年的土地利用变化情况,基于高分辨率遥感影像获取辛庄镇四期土地利用历史数据,结合GIS空间分析技术,从城镇土地利用发展趋势、耕地保护和生态安全角度设计了目前趋势发展、城镇规划和基本农田保护、生态环境保护3种预案,对研究区土地利用变化进行相应约束,利用CLUE-S模型模拟不同预案下辛庄镇未来20 a土地利用变化过程,并从时空特征、空间格局和生态风险等方面对不同预案下的土地利用预测结果进行比较分析。结果表明,在设计的3种预案下,未来的村镇建设用地均将持续增加,其中目前趋势发展预案尤为显著,并以消耗大量的耕地资源为代价。不同预案下的土地利用变化特征、景观格局和生态安全存在明显的分异特征,综合比较结果表明城镇规划和基本农田保护预案是辛庄镇未来土地利用变化的推荐预案。CLUE-S模型模拟结果能较好地反映不同约束条件下的未来土地利用变化以及潜在生态风险,基于该模型的预案设计和空间模拟方法可很好地辅助土地利用规划决策。     

近20年厦门市土地利用动态变化及预测

基于RS与GIS技术,提取1994,2000,2006和2013年4期遥感影像土地利用信息,利用土地利用转移矩阵、动态度模型、概率转移矩阵及马尔可夫模型,研究了近20 a厦门市土地利用动态变化特征,并预测其未来10 a的土地利用变化趋势。结果表明,近20 a厦门市土地利用变化速度前期较快,后期趋缓,变化面积高达46.75%;土地利用变化的总体特征与建设海峡西岸经济区龙头及加强海洋经济的城市发展战略相符;建设用地变化仍为该区域未来10 a土地利用变化的主导类型,需加强对耕地和林地的保护以促进土地利用可持续性发展。