土地利用/土地覆盖变化情景模拟研究进展

土地利用/土地覆盖变化(Land-Use and Land-Cover Change,简称LUCC)是全球变化的重要组成部分,LUCC模拟模型是研究土地利用演变的重要方法.开展土地利用时空演变和预测模拟的研究,对合理规划土地利用,促进土地资源可持续发展具有重要意义.文中以LUCC为研究对象,综合近年来LUCC动态监测方面的相关研究,对各模型的应用及优缺点进行了详细论述,同时对LUCC的研究现状进行了总结,并对其发展趋势进行了展望.研究发现:1)LUCC预测模型由数量预测向空间预测、由单一模型向耦合模型发展;2)各模型有其优势及适用范围;3)多模型、多技术的综合应用是LUCC发展的必然趋势;4)LUCC模型缺乏对时间多尺度和长时间序列的研究;5)各系统之间的反馈关系以及"人类-环境"关系是LUCC的研究重点.     

阿克苏地区土地利用变化情景模拟及其生态安全水平评价

采用CA-MCE-Markov模型设计并模拟了阿克苏地区2030年自然发展、经济发展优先、内涵提升情景下的土地利用变化,运用PSR模型定量评价了3种情景的土地生态安全水平.结果表明：1)面积变化上,内涵提升情景耕地减少了774 km²,城乡建设用地增加了100 km²,实现了集约发展;自然发展情景与经济发展优先情景耕地增加了3 436 km²,城乡建设用地增加了386 km²,呈粗放式发展.2)空间变化上,自然发展情景耕地、林地、水域反演位置不符实际、经济发展优先情景城乡建设用地布局粗放、内涵提升情景用地布局具备合理性.3)顺延历年发展状态,生态安全水平将持续降低;若以经济发展优先为发展导向,安全压力及承载力响应两方面问题依然严峻;相比之下,内涵提升情景生态安全水平大幅提升,为最优模拟方案,生态高度安全.通过评测不同情景土地利用变化差异,为解决实际矛盾、改善生态环境、谋求永续发展提供措施与方法.     

基于Multi-Agent系统的土地利用情景模拟

以常州市新北区为研究区,运用多智能体空间建模方法,利用Eclipse和Swarm平台,对研究区不同情景下2006—2020年的土地利用情况进行了模拟,为区域规划决策和土地利用调控提供辅助技术支持。研究结果表明:经济社会快速发展情景中城镇化速度较快,城乡用地转换明显,农村居民点整治力度较大;经济社会中速发展情景中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的控制;经济社会慢速发展情景中城乡用地变化速度明显放缓,耕地资源流失得到有效控制。多智能体模型突出考虑了土地利用过程中相关主体行为对土地利用变化的影响,并在建模过程中融合了土地利用情景分析,模型构建适用性强,可以较好地模拟不同情景下的土地利用变化情况。     

基于CLUE-S改进模型和Markov模型的区域土地利用变化多情景模拟

以江西省黎川县为例,通过利用2009年和2015年2期土地利用数据,运用改进的CLUE-S模型和Markov模型对该区2015年土地利用变化进行模拟。同时,设定自然发展、快速发展及生态保护3种情景方案对2025年黎川县土地利用格局进行模拟。结果表明:1)研究中各地类回归拟合度较高,7种地类中ROC最低值为0. 796,通过模拟对比验证,Kappa指数为0. 842 8,表明模拟效果较好; 2)在不同情景下,耕地、园地、林地和草地表现为减少。在自然发展情景下,耕地、园地和草地面积持续减少,林地减少率与水系增加率幅度不大,建设用地和其他土地增大幅度最大;在快速发展情景下,耕地、园地、林地、草地减少速度显著上升,其他土地增长明显下降,建设用地增长最大,将大量侵占周边农用地;在生态保护情景下,耕地、园地、林地和草地仍保持下降态势,但比按自然发展情景减少慢,建设用地的扩张趋势有所限制。     

河南省沿黄区域土地利用变化多情景模拟及生态系统服务价值评估

以河南省沿黄区域为研究对象,运用FLUS模型模拟多情景下的土地利用变化,并基于单位面积价值当量因子方法评估研究区的生态系统服务价值.结果表明:①河南省沿黄区域2010、2015年和未来的2035年土地利用格局整体基本一致,以耕地、林地为主.②预计到2035年,河南省沿黄耕地面积减量最少、耕地面积最大,且建设用地面积增量最少、建设用地面积最少的情形出现在耕地保护情景下,所以耕地保护情景是河南省沿黄区域最适宜的土地利用格局.③相比2015年,2035年耕地面积、林地面积和建设用地面积中ESV将呈现以下特点:食物生产价值在耕地保护情景下表现最好,且耕地保护情景下的单项ESV变化有所改善;生态系统服务总价值在耕地保护情景下最高,经济优先情景下次之,自然发展情景下最少,分别为138.699、136.209、130.639亿元.④耕地保护情景、经济优先情景和自然发展情景下,未来生态系统服务总价值都有所下降,表明土地利用变化是造成生态系统服务价值下降的主要因素;耕地保护情景下的生态系统服务价值高于经济优先情景和自然发展情景,表明耕地保护情景能够缓解未来生态系统服务价值下降的趋势.     

汉江上游不同气候情景下土地利用变化对径流的影响研究

研究了3种气候情景下,汉江上游丹江口以上流域土地利用变化对径流的影响.收集了1980、1995和2000年的土地利用和相应年代的气象数据,用SWAT模型进行汉江上游丹江口以上流域的水文模拟,利用模型进行了9种气候和土地利用组合情景的径流模拟,对比分析不同气候条件、不同土地利用下的径流变化.结果表明,土地利用变化对汉江上游流域产汇流特性有一定的影响.不同气候条件下,径流对土地利用变化的响应程度不同.其中相对干旱的20世纪90年代,径流对土地利用变化最敏感.相同的土地利用变化情况,在不同气候条件下,对径流的影响也不同.     

近25年阿克苏绿洲土地利用时空变化及其驱动力分析

选择干旱区典型绿洲——阿克苏绿洲为研究对象,以1991年、2001年和2016年3期TM/ETM+遥感影像为数据基础,采用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)相结合的方法,结合野外考察数据,选取适宜的分类指标体系,运用监督分类的方法,分析阿克苏绿洲土地利用/土地覆被的空间动态变化特征,并结合社会经济统计数据,分析影响绿洲LUCC的驱动因子.研究结果表明:(1)1991~2001年草地和未利用地呈减少趋势,而林地和耕地呈现明显的增加趋势,分别增加了1 206.6km2和883.46km2.2001~2016年面积增加最多的是耕地和建设用地,分别增加了3 225.54km2和243.1km2.在25年间,未利用地和草地一直呈现不断下降的趋势,分别减少了2 542.64km2和2 696.09km2;(2)人口的迅速增长和经济快速发展是研究区土地利用变化的主要驱动力.     

内蒙古鄂托克旗土地利用变化动态模拟

以内蒙古鄂托克旗为例,选取研究区1990年土地利用数据以及地貌、土壤、土壤 侵蚀、坡度、坡向、温度、降水、道路距离、城镇距离、人口、牲畜等驱动力因素,结合GIS技术与多元Logistic回归分析,确定了对不同土地利用类型空间分布及其变化具有决定作用的驱动因素,并生成相应的土地利用空间分布概率适宜图.在此基础上,采用CLUE-S模型,模拟定量分析了2006年研究区的土地利用空间格局.并用2006年的现状图进行检验,表明模拟取得了较为理想的结果,Kappa值达到0.67.     

变化情景下的漳卫南运河流域水量水质模拟

漳卫南运河流域是我国一个水资源短缺、水质恶化的典型流域.本文应用SWAT模型,结合设置的9种变化情景(包括降雨量、灌溉量、点源排放量、面源污染量),模拟了流域内主要站点(辛集、元村、合河、庆云、四女寺、临清、观台和淇门站)的径流量、总氮、总磷质量以及流域蒸散发在不同情景下的响应.结果表明:降雨量增加25%,将增加径流量147%、总氮50.2%、总磷83.3%、蒸散发8%;灌溉量减少10%,将增加径流量约4%,降低蒸散发3%;点源污染按达标排放将减少总氮24%、总磷8%;按环境容量排放将减少总氮15%、总磷9%;按排放量消减15%,将减少总氮7%、总磷15%;面源污染量减少10%,将减少总氮4%、总磷2%.为了增加入海流量、减少人海污染量,最佳情景组合(即降雨量维持现状、灌溉用水量减少20%、点源按达标排放、面源污染量减少20%),将增加径流量43.6%,总氮和总磷含量减少29.9%和14.2%.这些结论可为漳卫南运河流域的水量配置和水质污染控制措施提供一定的科学依据.     

甘肃省2000—2020年土地利用变化分析及基于PLUS的生态空间多情景模拟

在甘肃省经济快速发展的背景下,通过分析甘肃省土地利用时空演变特征与预测“三生”空间变化趋势,能为甘肃省推动区域高质量发展提供决策辅助。本文先分析20年间甘肃省土地利用变化特征并挖掘诱因,再模拟甘肃省的“三生空间”在四种情景下的变化趋势。由结果可知：在2000~2020年期间,甘肃省草地和耕地的面积持续缩小,主要集中在酒泉市、张掖市;建设用地面积持续扩大,定西、甘南、临夏交界处的水域、林地面积小幅增加;未利用土地面积增加;草地与建设用地转换程度最剧烈。由多情景模拟结果可知：除了强调发展生产情景外,生产空间均呈萎缩趋势;林地、水域持续扩张,草地大面积缩小,导致生态空间在各情景模拟中呈缩小趋势;生活空间则均呈扩张趋势。“三生空间”在发展综合优化情景中的预测变化趋势与生活条件提高情景的模拟结果相似,但前者更平缓。甘肃省应该抓住发展机遇,推动产业转型并促进土地高效利用,重视酒泉生态恶化问题并及时提出应对措施,积极改善北山山地区荒漠环境,走上可持续发展道路。     

乌鲁木齐河下游地区土地利用/覆盖时空变化研究

在解译和分析1989, 1999 和2007年3个时相的TM 和ETM+遥感影像基础上, 运用GIS和数理统计方法, 通过建立土地利用/ 覆盖变化转移矩阵和构建土地利用/ 覆盖动态变化模型, 对乌鲁木齐河下游地区 18 年土地利用/ 覆盖的时空动态变化进行研究。结果发现: 1989?2007 年该地区建设用地显著增加, 城市扩张明显, 耕地、草地和林地面积在近 18 年也有增加;1989?1999 年, 土地盐碱化严重, 水库的新扩建使水域面积在20 世纪 90 年代显著增加; 通过地类变化速度分析, 发现林地的转入率和转出率均较高, 这和当地人工林成活率较低有关;土地利用/ 覆盖变化空间差异分析表明水磨沟区和新市区在近18年城市扩张最为显著。     

三峡库区土地利用/覆被变化对碳储量的影响

【目的】土地利用/覆被变化通过改变陆地植被覆盖度对生态系统产生影响,笔者估算1990—2015年三峡库区不同土地利用类型碳储量的变化,及时有效地评估土地利用变化与区域生态系统碳储量的关系,了解三峡库区生态系统碳储量对土地利用变化的响应,为区域碳循环研究提供参考。【方法】以1990年、2000年、2015年Landsat影像获取三峡库区土地利用/覆被变化数据,应用InVEST模型定量分析了土地利用/覆被变化对三峡库区生态系统碳储量的影响。【结果】1990—2015年三峡库区土地利用格局和各类土地面积发生了明显变化,林地、水域、建设用地和未利用地面积均不断增加,而耕地和草地面积减少; 1990—2015年三峡库区生态系统碳储量呈持续增加趋势,净增加量为90.43 Tg,增加率为24.47%,年增加率为0.98%; 三峡库区生态系统碳储量空间分布不均,呈现出东高西低、南高北低的趋势; 耕地转化为林地是库区生态系统碳储量增加的主要原因,碳损失途径主要源于林地开垦为耕地、其他土地利用类型转为水域和建设用地。【结论】三峡库区土地利用类型变化导致生态系统碳储量时空分布格局发生了相应变化,生态系统碳储量随林地面积的增加而增加。因此,在保障耕地安全的前提下,加大三峡库区退耕还林力度,加强三峡库区林地保护,有助于增加库区碳汇潜力并改善库区生态环境。     

玛纳斯河下游绿洲土地利用变化对水资源利用的影响

为探究人类活动对干旱区玛纳斯河流域耗水规律的影响,选取玛纳斯河流域下游莫索湾绿洲为研究区域,以1990年、2000年和2007年的TM影像数据为基础,采用GIS空间分析技术计算了景观斑块的转移矩阵,分析了研究区下游土地利用的时空变化特征,并结合该流域历史水资源的利用状况分析了其土地利用变化与水资源分配之间的关系。结果表明,研究区内景观面积最大的是耕地,约占45.08%,其次为沙地和荒地,约占43.14%;各种景观在1990~2007年都发生了较大变化,其中草地的缩减最大,其次为林地,而增加最大的是荒地和沙地,其次为耕地。这表明玛纳斯河流域土地利用的变化致使其需水结构在向耗水的方向变化,因此,改善土地利用方式对提高玛纳斯河流域水资源的利用效率具有重要意义。     

基于CA-Markov模型的天津滨海新区土地利用变化模拟

本文基于天津滨海新区2005、2010和2015年3期土地利用数据,运用动态度等模型定量化分析了研究区内土地利用的变化情况。通过CA-Markov模型合理预测了研究区未来的土地利用格局,并将2015年模拟数据与2015年实际解译数据进行精度检验,根据扩展的kappa指数可知2个图层间的一致性程度较高,说明模拟的精度较好。进而对2025年的土地利用格局进行了模拟预测,结果表明:与2005—2015年相比,2015—2025年研究区内的土地利用类型主要以水域、城乡工矿居民用地和耕地为主;其中城乡工矿居民用地在原来的基础上将继续向外扩展,水域的面积将持续增加,林地、草地和未利用地的面积将持续减少,耕地面积将持续大幅度减少;土地利用的变化幅度较大。这表明研究区未来的土地利用压力将进一步加大,应提前做好相关应对措施。本文研究可为天津滨海新区未来的土地利用规划提供相关参考。     

气候与土地利用变化背景下青海湖流域产水量时空变化

基于InVEST模型的产水模块对2000-2015年青海湖流域的产水量进行模拟,结合未来气候情景数据和土地利用数据对2025-2050年产水量的时空分布进行预测分析.结果表明,2000-2015年青海湖流域产水量呈波动增加的趋势;2000-2050年子流域产水深度的低值区主要分布在青海湖湖区的西部,相对高值区位于湖区的...     

基于情景的关中平原土地利用和生态系统服务预测及变化分析

结合气候情景和政策情景设置了16种未来情景,在2000年和2010年土地利用数据的基础上利用IDRISI软件中的LCM模块模拟了2050年关中平原地区的土地利用,并估算了2050年各情景的3种生态系统服务(固碳、保土和保水)。结果表明:全球气候变化对未来土地利用有显著影响,生态系统服务主要随着土地利用变化而变化。碳税政策的实施对林地影响较大,对土壤保持和固碳有积极作用,对产水有消极作用;人口政策实施对城镇用地影响较为显著,降低固碳与土壤保持能力,增加产水能力。固碳量和保土量总量高的情景中,产水量通常较低;而固碳量和产水量低的情景中,产水量通常较高。     

碳中和背景下土地利用变化的碳排放效应分析——以慈利县为例

该文以慈利县2014年、2016年、2018年、2020年土地利用现状和能源消耗的数据为基础,研究分析县域土地利用类型变化与碳排放之间的关联性。研究发现：慈利县总碳排放量在研究期内为负数,其碳吸收量远远大于碳排放量,在“碳中和、碳达峰”中一直发挥着积极的作用。基于统计分析,探究山区县在国土空间规划用地优化布局中相关土地资源绿色低碳、可持续利用的路径。     

红寺堡灌区土地利用变化对生态系统 服务价值的影响研究

基于土地利用变化和生态系统服务价值评估的相关理论和方法,运用GIS软件,分析红寺堡灌区1996,2000,2006和2010年的土地利用变化,并计算生态系统服务价值,研究土地利用变化对生态系统服务价值的影响。结果表明,1996—2010年间红寺堡灌区的土地利用变化较大,主要土地类型为牧草地、耕地和沙地、荒地,从以牧草地为主变为以耕地为主,牧草地减少和耕地增加的幅度最大,城镇村建设用地和林地次之,水域最小。研究区生态系统服务价值总量呈增加的趋势,从1996年的24956.31万元增长到2010年的26663.71万元,其中耕地和林地面积的增加起主要作用,加上水域,三者对研究区生态系统服务价值总量的贡献为84.59%。单位面积生态系统服务价值的分布变化也与研究区土地利用变化紧密相关,直观地反映了从灌区开发前到灌区建设初见成效后的土地利用变化,表明红寺堡灌区的土地利用变化对生态系统服务价值的增加具有一定的积极作用。     

广西国土空间碳储量多情景模拟与区划管控对策研究

人类活动导致土地利用与覆被变化(land use and cover change, LUCC)从而影响陆地生态系统碳储能力。然而LUCC受政策的限制,从而影响碳储量的变化。本研究基于2000、2010、2020年土地利用数据,运用PLUS-InVEST模型对广西国土空间2020—2030年未来发展的3类情景的碳储情况进行预测,并通过标准椭圆差法、空间等级格局划分法、空间自相关模型分析碳储量空间分布特征,总结分区演变规律,基于此提出“分区-分级”管控和要素优化对策。结果表明：(1)2030年3种情景下,广西国土空间碳储量仅在基于生态可持续的发展情景稳定提升,其他2类情景都大幅下降。(2)2020、2030年3类情景碳储量空间分布特征具有相似性,格局呈高碳储围绕式多核联动、中碳储片状镶嵌于中部、低碳储点状分布;变化趋势呈东北—西南朝向;碳储量高值区聚集于广西北部与西部区域,低值区聚集于中部及南部沿海。(3)2020、2030年碳储分区变化分析中,基于生态可持续的发展情景碳储核心区保持完整碳密度提升,而基于高强度的发展情景碳储变化分区形态最为剧烈,碳密度下降,基于中等强度的发展情景变化则位...