基于CLUE_S模型的矿区土地利用变化情景模拟——以徐州市贾汪矿区为例

以徐州市贾汪矿区1986、1996、2006和2016年4期遥感影像为数据源,基于CLUE-S模型,在传统Logistics回归模型的基础上引入空间自相关因子形成Autologistic回归模型,选取政策、自然环境、社会经济和空间约束等因素,对贾汪矿区2016年土地利用空间分布格局进行模拟以检验精度。在此基础上对研究区2026年趋势发展、经济发展和生态保护3种情景下的土地利用空间分布格局进行了模拟。结果表明：1）Autologistic回归模型在土地利用情景模拟过程中能够更好地反映真实的土地利用格局;2）研究区2016－2026年不同情景下,建设用地在3种情景下均呈现明显的增加趋势,未利用地面积持续减少,其中经济发展情景下建设用的增幅最大,生态保护用地情景下建设用地增幅最小,在生态保护情景下,林地、耕地等生态用地受到保护,建设用地的扩展速度被抑制。 关键词：土地利用变化;CLUE-S模型;Autologistic回归模型;情景模拟;贾汪矿区     

基于PLUS模型的乌鲁木齐市生态服务价值权衡协同探究

土地利用/覆被变化将干扰生态系统的稳定供给能力,进而对生态系统服务和可持续发展构成威胁。以乌鲁木齐市为研究区,基于斑块生成土地利用模拟（Patch-generating land use simulation,PLUS）模型,模拟了2030年多情景下乌鲁木齐市的土地利用变化,并结合当量因子法、空间自相关分析等方法估算并预测了1990—2030年乌鲁木齐市生态系统服务价值（Ecosystem service value, ESV）及其权衡协同关系。结果表明：（1）1990—2020年乌鲁木齐市土地利用呈现“两增四减”变化趋势。2030年在惯性发展情景下,除林地外其他地类皆遵循历史演变规律;在生态保护情境下,建设用地面积萎缩,生态用地大幅增加;在综合开发情境下,建设用地面积有所增加的同时生态用地面积也处于上升状态;在重点开发情景下,城市建设用地扩张最为剧烈,耕地面积退化严重。（2）1990—2020年乌鲁木齐市ESV整体上呈现“V”型下降态势,共减少59.59×108元。2030年在生态保护情景下和综合开发情景下ESV处于增加趋势,在惯性发展情景和重点开发情景下ESV出现减少趋势。（3）2...     

江浙沪地区土地利用变化模拟和景观格局分析

土地利用／覆被变化对于生态系统多样性和区域生态经济系统可持续性具有深远的影响。本文基于地理信息技术,以江浙沪地区土地利用遥感解译数据为基础,采用景观格局分析法分析了江浙沪地区的景观格局特征;运用CA—Markov模型对江浙沪地区土地利用时空变化进行了模拟。1980-2005年期间,江浙沪地区景观格局变化特征是建设用地增加迅速,耕地集聚减少,建设用地增加主要来自耕地转移,其贡献率达到93．11％。各类斑块类型的破碎度提高;林地和建设用地斑块平均分维数增加,斑块形状趋于复杂,斑块空间分布趋于集中。总体景观破碎度不断提高,景观多样性和景观异质性增加,景观均匀度有所提升：2005年CA—Markov模型模拟结果和遥感解译数据具有高度一致性,Kappa指数达到91％,2010年和2015年模拟结果显示,耕地减少和建设用地增加趋势显著,耕地和林地的减少呈加速状态,建设用地增加的速度降低。未来发展需提高土地利用效率和注重生态格局安全,在提高城市化水平的同时又能兼顾生态保护,以提高区域可持续发展能力。     

哈大齐工业走廊土地利用空间变化动态模拟

CLUE-S模型是研究中小尺度规模高分辨率土地利用变化空间模拟模型,哈大齐工业走廊面积为3451044hm^2,属于大尺度规模的研究区域。本研究基于哈大齐工业走廊1990、2000、2005年的Landsat TM遥感影像资料,利用CLUE—S模型首先对哈大齐工业走廊所属的7个市县土地利用变化分别进行模拟,然后将各市县土地利用变化模拟图进行拼接,采用面积优先法解决拼接时所遇到的行政区边界出现的土地利用类型不连续面,实现了利用CLUE-S模型模拟大尺度规模的土地利用变化空间模拟。研究结果表明,哈大齐工业走廊地区2015年土地利用变化主要趋势表现为耕地数量将略有增加,约增加2．62％,建设用地将明显增加,约增加24．37％,林地、草地和水域面积减少较为突出,分别减少11．17％、6．44％、18．04％,未利用地减少约5．58％。     

2010-2015年中国土地利用变化的时空格局与新特征

土地利用/覆被变化是人类活动对地球表层及全球变化影响研究的重要内容。本文基于Landsat 8 OLI、GF-2等遥感图像和人机交互解译方法,获取的土地利用数据实现了中国2010-2015年土地利用变化遥感动态监测。应用土地利用动态度、年变化率等指标,从全国和分区角度揭示了2010-2015年中国土地利用变化的时空特征。结果表明：2010-2015年中国建设用地面积共增加24.6×10³ km²,耕地面积共减少4.9×10³ km²,林草用地面积共减少16.4×10³ km²。2010-2015年与2000-2010年相比,中国土地利用变化的区域空间格局基本一致,但分区变化呈现新的特征。东部建设用地持续扩张和耕地面积减少,变化速率有所下降;中部建设用地扩张和耕地面积减少速度增加;西部建设用地扩张明显加速,耕地面积增速进一步加快,林草面积减少速率增加;东北地区建设用地扩展持续缓慢,耕地面积稳中有升,水旱田转换突出,林草面积略有下降。从“十二五”期间国家实施的主体功能区布局来看,东部地区的土地利用变化特征与优化和重点开发区的国土空间格局管控要求基本吻合;中部和西部地区则面临对重点生态功能区和农产品主产区相关土地利用类型实现有效保护的严峻挑战,必须进一步加大对国土空间开发格局的有效管控。     

基于CLUE-S模型的黄土台塬区土地利用变化模拟——以陕西省咸阳台塬区为例

本文以2000 年的TM遥感影像解译数据以及水文水资源数据为基础, 综合运用Binary Logistic、CLUE-S模型以及SPSS19.0 统计分析软件, 测评了咸阳黄土台塬区水土资源在数量和空间上的配置, 并在此基础上模拟了咸阳台塬区未来土地利用变化的图谱。分析发现:①从水土数量优化配置的结果可知, 耕地、草地、水域及未利用地面积减少, 而林地和建设用地面积则有增加的趋势;②从面向生态的角度出发, 黄土台塬区的水土优化配置结果反映了台塬区土地生态系统的生态价值和经济效益, 台塬区的生态效益由2000 年的1.5313 亿元增加到2020 年的1.5445 亿元;而台塬区的土地经济收益则由2000 年的68.4901 亿元增加到2020 年的71.9021 亿元;③从水土空间优化配置的结果可以看出, 咸阳台塬区建设用地在过去10 年以及未来10 年变化极为明显, 建设用地主要在原有建设用地周边进行拓展, 其中, 建设用地变化最为明显的区域主要集中在咸阳市的秦都区以及三原县。     

土地覆被及生态服务价值变化的多时间尺度模拟——以四川省渔子溪流域为例

根据渔子溪流域1986年和1994年的遥感影像土地覆被解译资料为基础,建立了模拟渔子溪流域生态环境变化的Markov Chain模型和Patch-dynamics模型,并以2002年遥感影像资料作为验证数据对模型进行了误差分析。以此为基础,分别以1年和8年的时间尺度对渔子溪流域土地覆被及其生态服务价值的变化进行了模拟,结果表明,时间尺度对模拟结果具有显著影响：在1年和8年的模拟尺度下,以Markov Chain模型得到的流域生态服务价值在1986~2018年间变化的相对误差为20%;不同土地覆被类型在不同步长下模拟结果的相对误差不一样,表明不同土地覆被类型变化的特征时间尺度不一样,以Patch-dynamics模型的模拟结果为例,步长为1年比步长为8年的相对误差大的土地覆被类型为耕地 (-8.2%/-5.6%)、有林地 (-0.5%/-0.4%)、草地 (0.7%/0.4%) 和居民建设用地 (-29.9%/-16.4%),它们的年际变化较大,其变化趋势不稳定,受到人为偶然因素的影响明显;而相对误差较小的土地覆被类型为灌木林 (-1.5%/-1.7%) 和永久冰雪覆盖 (27.3%/41.9%),它们的变化趋势较为稳定,主要受比较稳定的自然因素的影响。研究还表明,采用Markov Chain模型的模拟结果与采用Patch-dynamics模型的模拟结果总体上是一致的,但后者的模拟结果更稳定、更可靠。     

山区县域土地利用/覆被变化多尺度多模型模拟对比——以云南省勐腊县为例

土地利用/覆被变化(LUCC)模拟及其尺度效应一直是土地变化科学的研究内容与难点。本文选择西南沿边山区县域——云南省勐腊县为试验区,利用LCM、FLUS、CA-Markov和CLUE-S探究该县域LUCC模拟的最适模型和栅格尺度。结合1994年、2004年两期Landsat TM影像分类生成的土地利用/覆被数据,以及自然与社会经济数据,在60、90、120、150、180、210和240 m七个栅格尺度下模拟该县域2014年土地利用/覆被空间格局,并以同期土地利用/覆被遥感分类数据为参考来评价模型模拟精度,筛选出最适模型和栅格尺度,进而模拟该县域2024年土地利用/覆被格局。研究表明:四种模型均能较好地模拟该县域土地利用/覆被变化(K_(standard)=0.67～0.84),其中以LCM模型模拟精度最高(K_(standard)=0.77～0.84);各模型对不同土地利用/覆被类型的适用性不同,LCM模型模拟林地、园地和耕地效果最好,而FLUS模型模拟建设用地更佳;四种模型模拟LUCC的最适栅格尺度均为120 m,其K_(standard)0.70。整合不同地类的最适模型和栅格尺度模拟结果有利于提高山区县域LUCC模拟精度。     

基于网格单元的西北干旱区城市土地覆被/土地利用时空变化研究——以新疆喀什市为例

利用1995、2005和2015年3期Landsat遥感数据,提取新疆喀什地区喀什市土地覆被/土地利用信息,并将各时期用地分类数据分别转入50 m×50 m的矢量网格单元,建立基于矢量网格单元的土地覆被/土地利用网格图,探讨喀什市1995-2015年土地覆被/土地利用时空变化特征及驱动因素;通过叠加分析,研究时期内各用地类型之间相互转换和替代关系。结果显示：（1）1995-2015年间喀什市土地覆被/土地利用变化剧烈,以建设用地面积变化最为显著,20 a间面积增加近3倍,未利用地和绿地面积均有所减少,水体的面积变化显现波动态势。（2）1995-2015年喀什市建设用地扩张主要以"摊大饼"式的外延扩张为主,但也伴随少量内部填充的集约式增长模式,通过回归分析,建设用地面积的增加与城市人口的增加和社会经济的发展具有紧密的正相关关系。（3）建设用地在扩张过程中主要侵占和替代了未利用地和绿地,并且绿地的增加与减少和未利用地的侵占与被侵占有着直接关联。     

不同非空间模拟方法下CLUE-S模型土地利用预测——以秦淮河流域为例

基于快速城镇化背景下秦淮河流域土地利用历史状况,选择CLUE-S模型对其2020年土地利用情况进行模拟预测。分别使用线性回归、Markov模型、灰色GM（1,1）模型预测CLUE-S模型非空间模块的土地利用需求量,再嵌入CLUE-S中得到3种预测结果,对预测结果进行比较。另外设定“自然发展”情景与考虑规划政策影响的“优化格局”情景,模拟2020年不同情景下秦淮河流域土地利用格局情况,并进行景观格局分析。结果表明：线性回归模型、Markov模型、灰色GM（1,1）模型的Kappa指数分别为0.866、0.849、0.867,3种方法均满足模型精度要求;自然发展情景中2020年水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积相对于2010年分别变化21.5%、-15.3%、-9.0%、51.5%、-28.9%,而优化格局情景下水域、水田、林地、城镇用地、旱地面积分别变化3.1%、-1.6%、10.8%、6.3%、-10.6%,相比于自然发展情景,优化情景土地利用状况更符合保护基本农田、增加生态用地连通性、提高雨水下渗能力以及缓解城市热岛效应的要求,为后期土地利用规划提供了依据。     

黑河中游土地利用/覆被变化及其对碳储量影响的预测

准确预测未来土地利用/覆盖变化及其对区域碳储量的影响对土地利用决策和气候变化研究具有重要意义。以黑河中游流域为研究对象，基于2000年和2012年两期土地利用解译数据，运用CA-Markov模型，并依据《IPCC 2006指南》提供的清单方法，在对研究区2024年土地利用变化特征进行预测分析的基础上评估了2000—2024年黑河中游土地利用/覆被变化对碳储量的影响。结果表明：2000—2012年，研究区耕地、建设用地、林地和草地面积呈增加趋势，未利用土地和水域面积呈减少趋势，土地利用/覆被变化导致碳储量增加3.22×10⁶ t；预测2024年黑河中游土地利用变化同2012年相比，耕地、建设用地、林地占研究区比例分别增加3.18%、0.84%和0.77%，未利用土地、草地和水域占研究区比例分别减少3.32%、1.13%和0.33%；2012—2024年土地利用/覆被变化导致碳储量增加7.55×10⁶ t，各土地利用类型变化导致碳储量变化更加明显，其中林地和耕地增加是碳储量增加的主要原因，建设用地增加是碳储量减少的主要原因。总体来看，2012—2024年耕地、建设用地、林地将继续呈增加趋势，未利用土地和水体将继续呈减少趋势；2012—2024年较2000—2012年土地利用变化导致碳储量增加4.33×10⁶ t，固碳能力表现出较明显的提高。     

中国东北地区森林覆被变化的原因与趋势

以中国东北地区森林覆被变化为研究对象,构建了涵盖林业生产、疏林地向有林地转换和其他用地向有林地转换三个方程组成的计量经济模型,研究了自然环境条件和社会经济因素对森林覆被变化的驱动作用。在此基础上,应用土地系统动态(DLS)模拟系统预测了2000-2020年在环境保育情景、基准情景和发展优先情景下中国东北地区森林覆被变化的趋势。研究结果表明,自然环境条件是森林覆被变化的重要控制因素,对林业生产和林地面积转移有显著的制约作用;区位条件、退耕还林政策和天然林保护工程等社会经济因素也均在不同程度影响了东北地区森林覆被的变化。在2000-2020年间,东北地区林地面积整体将呈现增长态势。其中,有林地面积逐年增长,而疏林地和灌木林地均有所下降,其他林地变化幅度较小。本研究结论将为东北地区森林资源开发利用与保护、林业发展规划提供决策参考信息。     

煤炭资源枯竭型城市工矿用地时空变化模拟与生态风险评价——以江西省萍乡市安源区为例

分析和预测煤炭资源枯竭型城市工矿用地时空变化,可以为该类型城市产业转型和可持续发展提供决策支持。以江西省萍乡市安源区为例,基于SD模型和CLUE-S模型构建土地利用变化模拟模型,以工矿用地逐步消亡为背景,模拟多情景下研究区2018年和2023年土地利用格局,分析工矿用地变化过程,并基于PSR框架建立指标体系评价工矿用地变化生态风险。结果表明:(1)在低速发展、均衡发展和高速发展3种情景模式下,2013-2018年工矿用地分别减少234.64 hm2、270.48 hm2及311.13 hm2,2018-2023年工矿用地分别减少223.66 hm2、187.82 hm2及147.17 hm2,两个阶段不同模式下工矿用地变化趋势一致;(2)2003-2018年工矿用地变化生态风险呈现加剧的趋势,3种发展模式下,2018年工矿用地变化的生态风险依次提高,2023年则依次减小,这与研究区工矿废弃地的增加速度,转型发展不同时期工矿废弃地的治理能力以及生态环境的改善水平有关;(3)设定3种情景模式,基于SD模型和CLUE-S模型进行土地利用变化模拟,结果能够较好地反映研究区在转型发展过程中不同状态下的土地利用变化特征,可为当地政府设置工矿废弃地治理目标提供参考。     

武汉市土地利用覆被变化与生态环境效应研究

利用1996年和2006年两期TM遥感影像解译图获取武汉市土地利用变化数据。基于GIS空间分析与数理统计方法对1996~2006年武汉市土地利用/覆被变化特征进行了定量分析。运用区域生态环境质量指数和区域土地利用变化类型生态贡献率,对研究时段内武汉市土地利用变化的生态环境效应以及导致武汉市生态环境质量变化的土地利用变化类型进行了分析与评价。研究结果表明:① 1996~2006年期间武汉市土地利用变化主要表现为耕地、草地和未利用土地的减少,林地、建设用地和水域面积的增加的态势。② 1996年~2006年武汉市的区域生态环境质量指数从0.451 上升至0.468。生态环境在一定程度上维持着相对平衡,并呈现出一种上升趋势。但生态环境改善和恶化的两种趋势并存。③ 局部地区生态环境呈负向发展,其中城市化引起的空间扩张对区域土地利用/覆被变化产生影响最为深刻。     

近30年广州市土地覆被变化时空特征分析

以1979、1990、2002和2006年4个时相的遥感数据为主要数据源,利用遥感图像处理软件ENVI4.4对影像进行预处理,在ArcG IS 9.2软件的支持下提取城市土地利用斑块,比照广州市土地利用现状图,结合实地调查,建立土地利用数据库,揭示广州市土地覆被变化时空特征,旨在为改善城市生态环境,提高土地利用效率提供科学依据。研究结果表明:广州市近30年土地覆被类型以林地、农田、建筑用地为主,农田和裸地逐年减少,人地矛盾突出;20世纪90年代后期以来,林地、水域面积小有增加,生态环境保护的政策效应初步显现。土地覆被类型的变化速率呈现先快后慢趋势。1979~2002年是土地类型变化剧烈,变速较快的时期,平均变化率为36.55%。2002~2006年期间,随着民众环保意识的普遍提升,加之各项政府政策的逐步落实,可开发土地面积的逐步减少,土地变化速率趋于平缓。     

顾及空间尺度效应的城市土地利用变化精细化模拟

城市土地利用变化模拟是优化土地资源配置的科学依据,提高其精细化程度和可靠性有助于准确把握城市用地发展趋势,对城市土地资源精准调控具有重要意义。基于宏观遥感分类的土地利用变化模拟,难以在街区尺度上揭示城市用地社会功能变化及精细化模拟中空间尺度效应来源和作用机理。本文联合遥感影像和POI数据识别出城市土地利用精细化特征,运用响应面法率定土地利用精细化模拟的最优空间尺度组合,在此基础上,利用CA-Markov模型开展了未来土地利用变化的精细化模拟。以武汉市中心城区为应用案例,研究结果表明：基于POI 的城市土地利用精细化识别方法,可以深度解析城市建设用地的社会功能,极大改善了传统基于遥感的土地覆被宏观解译效果;研究区土地利用变化元胞自动机精细化模拟的最优空间尺度组合是30 m元胞、7×7邻域以及冯诺依曼邻域类型,采用最优空间尺度组合能够提高土地利用变化精细化模拟的可靠性。响应面试验设计结果可有效识别精细化模拟过程中空间尺度效应的主要来源,并区分其对模拟精度的影响程度与正负效应;预计到2025年,研究区建设用地范围将继续向周边扩张,各类型用地之间互为交织,土地利用空间格局将呈更加破碎化趋势。     

三江源自然保护区土地覆被变化特征分析

基于中国土地利用/覆被遥感分类系统,利用1970年代中后期、1980年代末、2004年和2008年4期遥感图像分析三江源自然保护区近30a来土地覆被类型面积变化、转类途径与幅度及各保护区各圈层转类指数变化特征,结果表明:近30a来,草地总面积经历了一个增加-减少-增加的过程。自然保护区1970年代中后期至1980年代末和1980年代末至2004年土地覆被类型变化主要是草地覆盖度下降,土地覆被总体上具有转差趋势。近4a来草地退化趋势得到遏制,大部分的保护区和内部各圈层土地覆被都有转好趋势,可能与《规划》实施有关。     

Scenarios analysis based on CLUE model in of land use change Jiangxi Province by 2030

引入“一切照常情景”、“规划情景”和“优化情景”三种生态系统变化情景,采用CLUE模型,对江西省2001～2030年的土地利用空间变化进行模型模拟,并用2005年的土地利用现状图对模拟结果进行了验证。研究表明：在“一切照常情景”中,耕地持续减少;建设用地急剧增加;林地面积基本保持稳定。在“规划情景”中,耕地持续增加;建设用地略有增加,并在2020年后基本保持不变;林地总面积变化不大,但是高密度森林面积比重增大;河流和湖泊面积略微减少,湿地面积大幅增加。在“优化情景”中,森林增加趋势较“规划情景”有所减缓,河流和湖泊,湿地均有显著增加。本研究对研究区今后的土地利用规划修编和土地可持续性管理具有重要的指导意义。     

基于CLUE-S和Markov复合模型的土地利用情景模拟研究——以江苏省环太湖地区为例

基于江苏省环太湖地区1990、2000年TM影像和2005年中巴卫星遥感影像,综合集成区域DEM、交通图和居民点分布图等,充分利用CIUE-S模型空间模拟特长和Markov模型数量预测优势,应用CLUE-S和Markov复合模型及GIS分析技术分别对现有土地转移速率发展和根据规划约束对转移概率进行调整的严格保护耕地的土地利用变化情景进行时空模拟,揭示不同情景下的土地利用格局变化.通过模拟得知,江苏省环太湖地区今后确需控制建设用地总量,提高节约集约用地水平,最严格地保护水田等优质耕地.     

基于Dyna-CLUE模型的滇池流域土地利用情景设计与模拟

以滇池流域为研究对象,基于1999年、2002年两期TM遥感解译数据和区域自然与社会经济数据,应用Dyna-CLUE模型模拟2008年滇池土地利用空间分布。结合滇池流域土地利用变化趋势与退耕还林政策,设定了三种土地需求情景,模拟2022年区域土地利用空间分布情况。研究结果表明：① 两期模拟结果Kappa系数分别为0.6814与0.7124,具有高度的一致性,表明Dyna-CLUE模型在滇池流域有较强的适用性。② 三种情景的模拟结果显示,至2022年流域内未利用地、耕地显著减少,建设用地、林地显著增加,水域与草地相对变化较小,因加大退耕还林政策实施力度,三种情景中,位于官渡区、呈贡区、嵩明县及晋宁县的耕地与林地呈现不同的变化情况。③ 滇池流域建设用地扩张,增加了滇池非点源污染负荷。不合理的土地利用布局,将会恶化滇池水质,加剧水环境压力。研究结果可为未来滇池流域土地利用合理规划与非点源污染控制提供参考依据和决策支持。