基于改进粒子群算法和元胞自动机的城市扩张模拟——以南京为例

为合理利用多智能体算法解决城市扩张动态模拟问题,基于地理学理论和社会学规律对粒子群算法进行有针对性的改进,提出分段式粒子群算法(SPSO),并结合元胞自动机模拟复杂时空过程的能力,构建出适用于城市扩张模拟的地理元胞自动机SPSO-CA。在SPSO-CA中我们利用多时像的土地利用数据、交通路网数据和地形数据,挖掘出1995~2000年南京城市扩张的土地转换规则。再由此规则实现1995~2008年的南京市城市扩张过程的动态模拟。最后对比SPSO-CA、PSOCA及NULL模型结果得:SPSO-CA总精度86.3%,Kappa系数为0.792,Moran’s I为0.078,PSO-CA总精度83.6%,Kappa系数为0.755,Moran’s I为0.054,NULL模型总精度81.9%,Kappa系数为0.741,真实的Moran’s I为0.072。这表明无论是总精度还是空间一致性,SPSO-CA都优于PSO-CA和NULL模型,即用SPSO-CA模拟城市扩张是可行的。     

基于生态安全格局的湖州市城乡建设用地空间管制分区

生态安全格局对于指导城乡建设用地布局具有重要意义。选择地形条件、地质灾害、土壤侵蚀、生物保护、一般水体保护和太湖湖体保护6个要素作为城乡建设用地空间扩展的生态约束条件，基于GIS空间分析方法和“水桶效应”原理，对湖州市综合生态安全进行评价，制作了湖州市综合生态安全格局即安全区、临界安全区、较不安全区和不安全区的空间分布图，比照湖州市现状建设用地分布图与综合生态安全等级分布图，得到湖州市现状城乡建设用地生态安全格局，根据湖州市生态安全格局，确定湖州市城乡建设用地优先建设区、条件建设区、限制建设区和禁止建设区面积及其空间分布，对湖州市城乡建设用地边界即挖潜边界、扩展边界、整理边界和禁建边界等进行了界定，从而为湖州市城乡建设用地的优化配置和差异化管理决策提供依据     

江苏沿海地区可承载城乡建设用地能力及匹配性评价

城乡建设用地是土地利用的重要类型,确定区域可承载城乡建设用地能力即承载规模和承载边界对土地利用开发具有重要的指导意义。研究从生态限制与适宜性的角度尝试确定城乡建设用地的承载能力,选择地形条件、地质条件、土壤条件、陆域生物多样性保护和水生态保护5个方面的指标要素作为城乡建设用地空间扩展的生态约束条件,基于GIS空间分析方法和“水桶效应”原理,对江苏沿海地区综合生态适宜性和城乡建设用地可承载性进行评价,制作了综合生态适宜性和可承载性格局分布图,确定了江苏沿海地区城乡建设用地承载阈值及其分布,统计了各县市区可承载城乡建设用地丰度,比照江苏沿海地区现状建设用地分布图与城乡建设用地可承载性分布图,开展了可承载与现状城乡建设用地匹配性评价,核算了城乡建设用地承载潜力,得到江苏沿海地区、南通市、盐城市和连云港市承载潜力分别为14.37%、15.29%、12.58%和17.07%,从而为江苏沿海地区城乡建设用地的优化配置和差异化管理决策提供依据。     

IBIS改进及其多尺度流域分布式生态水文模拟

针对集成生物圈模拟器IBIS未考虑高分辨率模拟情况下地表起伏对太阳辐射等参数影响的特点,改进了IBIS的地表太阳辐射计算模块、日气象数据读取模块,并增加了坡度、坡向数据读取模块。在土地利用覆被数据、DEM、坡度、坡向和降水、气温、云量、湿度、风速等气象数据的支持下,利用改进的IBIS分别对泾河及其子流域在0.041 5°和0.001°空间尺度上的生态水文过程进行了模拟,并用二源遥感估算的蒸散发对模拟结果进行了空间比较分析。结果表明,改进的IBIS在日、月、年不同时间尺度和不同空间尺度上均具有很好的模拟适应性与模拟能力,模拟蒸散发与二源遥感估算蒸散发结果比较一致,总体空间分布形态和趋势具有相似特征。     

太湖流域水生态功能区土地利用变化的景观生态风险效应

以太湖流域及其一级水生态功能区为研究对象,以Landsat遥感影像解译获得的2005年和2008年土地利用分类图等为基础数据,基于土地利用类型比例变化、转移矩阵、GIS叠加分析、土地利用综合转换速率、景观生态风险指数和土地利用变化的景观生态风险效应系数等分析方法,综合分析了太湖流域及其不同一级水生态功能区的土地利用与景观格局及其变化特征,在计算相关中间参数的基础上,从景观尺度计算得到了太湖流域及其不同一级水生态功能区景观生态风险值,并在此基础上对太湖流域及其不同一级水生态功能区景观生态风险差异特征进行了比较分析,进而分析了各区景观生态风险与土地利用变化之间的效应关系,从而为流域不同水生态功能区差异化水生态保护决策提供依据。     

太湖流域河流及溪流大型底栖动物群落结构及影响因素

2012年10月对太湖流域93个样点大型底栖动物进行调查,分析西部丘陵水生态功能区和东部平原水生态功能区底栖动物群落结构及其与环境因子的关系.共采集到底栖动物104种,隶属4门8纲19目46科85属.各样点的底栖动物总密度差别很大,介于1.33~39080ind./m2.西部丘陵区的物种丰富度、物种多样性均高于东部平原区.东部平原区的优势种主要为铜锈环棱螺和霍甫水丝蚓等耐污种,而西部丘陵区的优势种中包括清洁种(毛翅目和蜉蝣目幼虫).相似性分析结果表明2个生态区底栖动物群落具有显著差异,铜锈环棱螺、霍甫水丝蚓、锯齿新米虾、大沼螺、苏氏尾鳃蚓等是造成2生态区之间群落结构差异的主要原因.典范对应分析结果表明影响底栖动物群落结构的主要因素为栖境多样性、营养状态及底质异质性.Goodnight-Whitley指数和BPI指数评价结果表明西部丘陵区整体处于轻污染状态,而东部平原区大部分采样点处于轻污染状态和中污染状态,部分采样点处于重污染状态.     

太湖流域典型区污染控制单元划分及其水环境载荷评估

污染控制单元是流域水质目标管理实施的基本单元。为实现流域水生态健康，针对太湖流域特征和太湖湖泊保护的要求，提出以流域水生态功能区为基础、水系完整性原则、管理可行性和可操作性原则、囊括影响受损水体的主要污染源原则、充分考虑现有控制断面原则等5项原则为太湖流域污染控制单元划分的基本原则，综合考虑汇水区、水生态功能区边界、水系分布及其流向、污染源、控制断面、县级与乡镇级行政边界等多个指标，在GIS空间分析的支持下进行太湖流域污染控制单元划分的总体技术思路；在划分技术体系的指导下，以兼具丘陵山区和平原地貌的湖州市及其上游的安徽省部分地区为案例研究区，在相关基础数据和空间方法的支持下，将其划分为12个污染控制单元，经过专家咨询、地方验证等多轮咨询反馈和实地察看以及管理试运行，表明污染控制单元划分结果具有较好的科学性和可操作性；进而评估了各污染控制单元COD、NH4 N、TN和TP污染物的水环境载荷特征，结果表明各单元污染超载严重