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基于CA-markov模型的淮河流域土地利用变化研究

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灌溉排水学报 2024年第1期43卷 52-59,96页

作者：刘赛艳张永江解阳阳张钦席海潮扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225009 扬州大学现代农村水利研究院江苏扬州225009

【目的】研究淮河流域土地利用变化特征并预测淮河流域2030年土地利用变化,实现流域土地资源的合理开发利用。【方法】基于淮河流域1990—2020年共7期的土地利用数据,采用土地利用转移矩阵和土地利用动态度分析淮河流域土地利用变化特... 详细信息

【目的】研究淮河流域土地利用变化特征并预测淮河流域2030年土地利用变化,实现流域土地资源的合理开发利用。【方法】基于淮河流域1990—2020年共7期的土地利用数据,采用土地利用转移矩阵和土地利用动态度分析淮河流域土地利用变化特征。基于元胞自动机-马尔科夫(ca-markov)模型模拟淮河流域2010和2015年的土地利用格局,并在满足一定的精度条件下,预测淮河流域2030年的土地利用变化趋势。【结果】(1)耕地和建设用地面积占淮河流域土地利用面积的80%以上,是淮河流域最主要的两种土地利用类型;(2)耕地的减少和建设用地的持续扩张是淮河流域1990—2020年土地利用最为明显的变化特征;(3)基于CA-markov模型模拟的2010年和2015年土地利用的Kappa系数分别为0.937和0.944,模拟精度较高;(4)预测的淮河流域2030年土地利用变化显示:耕地的减少和建设用地的扩张仍然是主要趋势,但二者变化幅度放缓,林地和草地的变化不显著,水域面积继续增加。【结论】淮河流域建设用地大幅度扩张以及耕地面积持续减少应引起重视,基于CA-markov模型模拟的2030年土地利用变化可为流域未来土地利用开发提供参考。

关键词：土地利用 CA-markov模型转移矩阵 Kappa系数淮河流域

基于InVEST与CA-markov模型的昆明市碳储量时空演变与预测

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环境科学 2024年第1期45卷 287-299页

作者：帕茹克·吾斯曼江艾东方一舒张益宾李牧郝晋珉中国农业大学土地科学与技术学院北京100193 自然资源部农用地质量与监控重点实验室北京100193 清华大学建筑学院北京100083 天津商业大学公共管理学院天津300133

土地利用/覆被变化是引起陆地生态系统碳储量变化的重要驱动因素,影响整个生态系统的碳循环过程.以昆明市为研究案例,在修正碳密度系数的基础上,通过耦合InVEST模型碳储存模块和CA-markov模型,分析2000~2020年及“三线”约束下未来不同... 详细信息

土地利用/覆被变化是引起陆地生态系统碳储量变化的重要驱动因素,影响整个生态系统的碳循环过程.以昆明市为研究案例,在修正碳密度系数的基础上,通过耦合InVEST模型碳储存模块和CA-markov模型,分析2000~2020年及“三线”约束下未来不同土地利用情景陆地生态系统碳储量变化的时空差异特征.结果表明:①昆明市土地利用类型主要以耕地、林地和草地为主,土地利用转移也发生在三者之间.②2000~2020年,昆明市碳储量整体表现为南低北高的空间分布特征,碳储量逐年下降,累计损失5.27×10^(6) t,林地和草地退化是碳储量减少的主要原因.③2020~2030年,4种情景碳储量均有所减少,其中惯性发展情景碳储量下降最明显,主要是建设用地快速扩张引起;耕地保护情景相比惯性发展情景有效减缓了碳储量减少幅度;生态保护情景则能够增强研究区固碳能力,碳储量达到262.49×10^(6) t,但不能有效控制耕地面积的减少;防止城市扩张情景有效抑制了建设用地无序扩张,间接防止了碳储量进一步减少.因此,研究区可统筹考虑耕地保护情景、生态保护情景和防止城市扩张情景,既能增加研究区碳汇空间,又能保障粮食和生态安全.

关键词：土地利用变化碳储量 InVEST模型 CA-markov模型昆明市

基于CA-markov模型的渭河中下游干流土地利用变化模拟及预测

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节水灌溉 2022年第11期 1-8页

作者：刘小妮鞠琴鞠晓晗孙云儒连子旭付晓雷河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室南京210098 河海大学全球变化与水循环国际合作联合实验室南京210098 扬州大学水利科学与工程学院江苏扬州225009

识别和预测土地利用时空格局演变规律对科学推进区域生态保护和国土资源空间规划的合理开展具有重要意义。以渭河中下游干流为研究区,利用转移矩阵、土地利用动态度以及土地利用程度指数为评价因子,分析1980-2020年土地利用变化,采用基... 详细信息

识别和预测土地利用时空格局演变规律对科学推进区域生态保护和国土资源空间规划的合理开展具有重要意义。以渭河中下游干流为研究区,利用转移矩阵、土地利用动态度以及土地利用程度指数为评价因子,分析1980-2020年土地利用变化,采用基于多评价准则(MCE)的元胞自动机和马尔科夫(ca-markov)模型模拟自然发展情景、生态保护情景和统筹发展情景下2030年土地利用演变特征。结果表明:1980-2020年渭河中下游干流耕地面积占比最大为52%左右,其次是林地和草地,建设用地面积呈持续增长趋势。多年综合土地利用动态度为0.66%,建设用地面积变化最快,并以耕地转化为建设用地为主。基于CA-markov模型模拟了2015年和2020年土地利用变化情况,模拟的土地利用空间格局发展态势与实际较一致,模拟的3种情景下2030年建设用地面积在自然发展情景下增幅最大,生态保护情景下林地面积增加了53.83 km~2;统筹发展情景下各土地利用类型变化较小。在3种情景下,渭河中下游干流2030年土地利用结构仍然以耕地、林地、草地为主,建设用地面积均呈不同增幅的增加趋势,统筹发展情景下的预测结果更符合国土空间规划要求和经济社会发展的需求。

关键词：土地利用时空变化 CA-markov模型模拟与预测渭河中下游干流

基于CA-markov模型的海口市城市热岛模拟预测

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中国科学院大学学报（中英文） 2022年第6期39卷 742-753页

作者：王子安孟庆岩张琳琳胡蝶杨天梁中国科学院空天信息创新研究院北京100101 中国科学院大学北京100049 中国科学院空天信息创新研究院海南研究院海南三亚572029 三亚中科遥感研究所海南三亚572029

随着城市化进程的快速发展,地表覆被类型发生着前所未有的变化,也加剧了热岛效应的发展。基于Landsat数据分析海口市城市热岛的空间变化,运用CA-markov模型模拟预测城市热岛的发展趋势及空间分布特征,并建立城市热岛与归一化差值植被指... 详细信息

随着城市化进程的快速发展,地表覆被类型发生着前所未有的变化,也加剧了热岛效应的发展。基于Landsat数据分析海口市城市热岛的空间变化,运用CA-markov模型模拟预测城市热岛的发展趋势及空间分布特征,并建立城市热岛与归一化差值植被指数(NDVI)、归一化差值建成指数(NDBI)的回归模型。结果表明:1)利用CA-markov模型模拟预测2016年海口市热环境分布情况,各热岛强度等级平均误差较小,Kappa系数为80.49%,模拟精度较高,并得到2024年海口市热环境分布情况;2)2000—2016年间,海口市热岛效应愈发明显,主要向琼州海峡沿岸、南渡河西岸以及高铁周围延伸。强热岛范围增加11.60 km^(2),热岛范围减少2.26 km^(2),大致保持不变,绿岛范围增加38.64 km^(2),是16年中热岛强度转变最大的。预测2024年的热岛强度分布将有向东南方向移动的趋势;3)在多元线性回归分析中,NDVI指数每升高0.1,城乡地区地表温度差降0.22~0.45℃;而NDBI指数每升高0.1,将对城乡地区地表温度造成0.20~1.42℃的温度差。此研究成果可为缓解城市热岛及规划城市未来发展方向提供科学依据和参考。

关键词：城市热岛效应 CA-markov模型预测多元线性回归

基于CA-markov模型的艾比湖湿地自然保护区土地利用/覆被变化及预测

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应用生态学报 2016年第11期27卷 3649-3658页

作者：井云清张飞张月新疆大学资源与环境科学学院乌鲁木齐830046 新疆大学绿洲生态教育部重点实验室乌鲁木齐830046 新疆智慧城市与环境建模普通高校重点实验室乌鲁木齐830046

以艾比湖湿地自然保护区为研究区域,以1998、2006年Landsat TM影像和2014年Landsat OLI影像的土地利用/覆被分类结果为输入数据,采用CA-markov模型,预测研究区未来的土地利用/覆被格局.在模型建立过程中,通过markov模型求出转移概率矩... 详细信息

以艾比湖湿地自然保护区为研究区域,以1998、2006年Landsat TM影像和2014年Landsat OLI影像的土地利用/覆被分类结果为输入数据,采用CA-markov模型,预测研究区未来的土地利用/覆被格局.在模型建立过程中,通过markov模型求出转移概率矩阵和转移面积矩阵,确定ca模型转换规则,限制ca模型迭代次数.利用CA-markov模型模拟预测研究区2014、2022和2030年土地利用/覆被格局,并采用2014年实际土地利用/覆被分类结果验证预测精度,得到2014年各土地利用/覆被类型面积预测误差均≤6.4%,空间位置预测精度达到76.0%.结果表明:1998—2014年,艾比湖湿地自然保护区林草地、盐碱地、干涸湖床和沙漠增加,其中,盐碱地的增幅最突出,增加了37.4%;水体和其他地类减少,且水体的减少突出,减少了34.8%.2014—2030年,艾比湖湿地自然保护区林草地、盐碱地和沙漠将呈增加趋势,而干涸湖床、水体和其他地类将减少.该研究可以为艾比湖自然保护区的土地利用/覆被动态监测以及可持续发展提供依据.

关键词：土地利用/覆被遥感 CA-markov模型模拟和预测艾比湖湿地自然保护区

基于CA-markov模型和MCE约束的白洋淀流域景观动态研究

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农业资源与环境学报 2021年第4期38卷 655-664页

作者：张晨星徐晶晶温静杨新兵王佳欢赵波河北农业大学林学院河北保定071001

CA-markov模型对景观动态分析的精度受到环境因素的影响,本研究以添加约束条件的MCE-CA-markov模型为对比,基于白洋淀流域2008、2013年和2018年的景观数据对2023年景观进行预测,比较CA-markov模型和MCE-CA-markov模型模拟结果差异。结... 详细信息

CA-markov模型对景观动态分析的精度受到环境因素的影响,本研究以添加约束条件的MCE-CA-markov模型为对比,基于白洋淀流域2008、2013年和2018年的景观数据对2023年景观进行预测,比较CA-markov模型和MCE-CA-markov模型模拟结果差异。结果表明:2008、2013、2018年三个时点的耕地和林地面积合计均超过白洋淀流域总面积的75%,始终为基质景观。各景观类型斑块2008—2018年破碎且分散,耕地、林地的优势度逐渐降低,全流域格局多样性和复杂程度明显增强。2018—2023年,白洋淀流域耕地、林地面积减少,其他景观面积增加,各景观斑块主要呈紧实且聚集状态,建设用地优势度逐渐升高,全流域格局趋于多样化和均匀化。经验证,MCE-ca-markov模拟精度(0.9007)优于CA-markov模型,2023年白洋淀景观结构和格局变化幅度整体小于ca-markov模拟结果,且各景观转化特征更符合社会发展实际。

关键词：景观结构景观格局 CA-markov模型 MCE-CA-markov模型白洋淀流域

基于InVEST和CA-markov模型的黄河流域碳储量时空变化研究

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中国生态农业学报（中英文） 2021年第6期29卷 1018-1029页

作者：杨洁谢保鹏张德罡甘肃农业大学草业学院兰州730070 甘肃农业大学管理学院兰州730070

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... 详细信息

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。

关键词：土地利用/覆被变化碳储量 CA-markov模型 InVEST模型生态保护情景黄河流域

基于CA-markov模型的云南省德宏州土地利用变化和预测研究

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西部林业科学 2022年第1期51卷 102-109页

作者：施成超周英刘滢张龙宋钰红西南林业大学园林园艺学院云南昆明650224 国家林草局西南风景园林工程技术研究中心云南昆明650224

为探讨云南省德宏州土地利用的状况与问题,以2000年、2010年和2020年GlobeLand30数据集为基础数据,运用ArcGis分析各年度不同地类的分布与变化,并通过CA-markov模型对2030年土地利用情况进行预测模拟,在此基础上分析2000—2030年间德宏... 详细信息

为探讨云南省德宏州土地利用的状况与问题,以2000年、2010年和2020年GlobeLand30数据集为基础数据,运用ArcGis分析各年度不同地类的分布与变化,并通过CA-markov模型对2030年土地利用情况进行预测模拟,在此基础上分析2000—2030年间德宏州的土地利用变化情况。结果显示:(1)研究区以林地为主,耕地、水体和人造地表面积占比呈增加的变化动态,且人造地表的面积增加最快;草地、灌木地和湿地呈减少的变化动态。(2)预计2030年,林地面积将明显减少,主要转换为草地、灌木地和水体,但仍是研究区的主要地类,人造地表面积仍持续增加且多数是由耕地转换而来。(3)研究区的景观破碎化在2020年达最高,预测破碎化有降低的趋势,斑块形状逐渐规则,异质性降低,原有优势地类对景观控制作用逐渐降低。研究结果可为德宏州构建生态网络体系和制定土地利用发展战略提供参考依据。

关键词：土地利用 CA-markov模型景观格局德宏州

基于CA-markov模型的城市生态分区构建研究——以晋中主城区为例

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生态学报 2020年第4期40卷 1455-1462页

作者：成超男胡杨冯尧赵鸣北京林业大学园林学院

正确看待城市建设发展与生态安全的权衡与协同关系,合理划定城市生态空间的用途管控等级,是推进生态文明建设和生态环境保护的重要途径之一。以山西省晋中主城区为例,从生物多样性保护、自然灾害预警和人为活动干扰3方面出发,判定其城... 详细信息

正确看待城市建设发展与生态安全的权衡与协同关系,合理划定城市生态空间的用途管控等级,是推进生态文明建设和生态环境保护的重要途径之一。以山西省晋中主城区为例,从生物多样性保护、自然灾害预警和人为活动干扰3方面出发,判定其城市环境的生态敏感度,采用CA-markov模型分析和模拟土地类型的演变趋势,合理划分城市生态分区。在此基础上,综合现有城市总体规划,针对各分区提出相应管控措施与建议,以期为优化晋中主城区的生态空间布局和保障其生态安全提供参考。

关键词：生态安全生态适宜性评价 CA-markov模型生态分区晋中主城区