基于CLUE-S模型的黑河中游土地利用情景模拟研究 ——以张掖市甘州区为例

由于传统的土地利用空间统计分析问题中存在固有的空间自相关效应,进而影响到不同土地利用类型空间分布概率模拟的精度.研究在CLUE-S模型中传统的二值Logistics回归的基础之上引入了空间自相关因子形成Autologistic回归模型,并将其用于区域土地利用情景模拟.结果表明:(1)考虑了土地利用类型空间自相关性的Autologistic回归模型在模拟土地利用空间格局时能更好地反映真实土地利用分布格局.耕地、林地、草地、水域及未利用地的空间格局拟合优度ROC值分别从0.914、0.820、0.697、0.635和0.798提高到0.924、0.892、0.766、0.716和0.835;(2)基于Autologistic回归分析的建模对CLUE-S模型的模拟精度有一定的提高.Autologistic回归分析下模拟结果的Kappa指数0.935 4大于Logistic回归模拟结果0.888 0;(3)通过模拟2020年研究区5种情景方案下土地利用格局,表明在不同情景方案下的土地利用/覆被格局存在显著的空间差异:①自然增长情景方案下,耕地的增加对于保障粮食安全有重要意义,而建设用地的扩张则会促进研究区经济建设的快速发展,但林地和草地转化为未利用地会加剧土地的退化和生态环境的恶化;②在3种水资源约束情景方案下,水资源对干旱区土地利用/覆被变化的制约非常明显,提高水资源利用率是改善干旱区生态环境的一个重要措施;③土地结构优化情景方案下土地利用比较全面地考虑到了流域粮食安全、生态保护以及经济发展等需要,具有较强的合理性;④经济发展情景方案下建设用地快速扩张,大量侵占周边耕地和草地,粮食安全会受到较大的威胁;⑤生态保护情景方案下林地、草地和水域等生态保护用地面积呈显著扩张,区域生态环境质量明显改善.     

基于PPI的土地利用优化研究

土地利用类型和管理方式是非点源污染的主要影响因素,受人类活动影响较大.基于对非点源污染防治措施的汇总分析,在三道防线的理念指导下,对密云水库流域3个典型小流域的土地利用现状进行了合理性分析,并设计了9个土地利用优化情景.以曹家路流域为例,利用PPI模型和R-PPI指数对比分析不同土地利用优化情景对环境的影响,得到最佳的土地利用组合.运用PPI模型和R-PPI指数进行土地利用优化情景的设计和比较,可以得到土地利用和管理方式的最优组合,从而优化流域内土地利用的空间分布和管理方式,削减水土流失,为土地利用规划和污染防治方案的制定和选择提供支撑.     

基于FLUS模型的湖北省生态空间多情景模拟预测

改革开放以来,中国经济在飞速发展的同时,生态环境问题日益严峻。为保障国家和地区的生态安全,对未来生态空间进行模拟预测十分必要。在长江大保护和长江经济带绿色发展背景下,以湖北省为研究区,利用FLUS模型基于湖北省2010年、2015年土地利用数据及包含自然和人文因素的15种驱动因子数据,对2035年的湖北省生态空间进行模拟预测。结果表明:利用2010年土地利用现状模拟出的2015年湖北省土地利用变化情况,总体精度达到0.976,Kappa系数达到0.961,模拟精度较高。设置的生产空间优先、生活空间优先、生态空间优先以及综合空间优化4种不同情景,基本满足未来湖北省不同发展导向的需求。从地貌单元角度来看,在不同情景下,湖北省生态空间主要分布于湖北省边陲四大山区,中部江汉平原生态空间零星分布。从数量规模上来看,不同情景下各个用地类型数量规模差异较为明显,生产空间优先情景下耕地面积增加1216 km²,生活空间优先情景下城镇用地规模增加5959 km²,生态空间优先情景下生态空间用地增长722 km²,综合空间优化情景下生态空间...     

耦合MOP与GeoSOS-FLUS模型的县级土地利用结构与布局复合优化

在自然资源整合不断加强,土地利用结构日趋复杂的形势下,采用单一土地利用结构优化方式难以有效满足区域土地利用合理规划的需求。综合考虑生态文明、乡村振兴、城乡融合等土地可持续利用目标,构建土地利用结构优化与布局优化的集成体系,对提升规划适用性具有积极作用。选取常州市金坛区为研究区,以经济效益与生态效益为优化目标,设置自然演变、经济优先和生态优先三种发展情景,在通过MOP(多目标规划)模型进行土地利用结构优化的基础上,利用GeoSOS-FLUS模型实现土地利用布局优化。结果表明:通过集成MOP和GeoSOS-FLUS模型,采用"结构+约束+布局+准则"研究模式探索县域单元下的土地利用结构布局优化,对调整土地利用结构,优化土地利用空间布局有一定帮助。从案例分析结果看,城镇工矿用地数量在自然演变和经济效益优先情景下分别增加了39%和95%;林地在生态效益优先情景下增加了40%;农村居民点在三种情景下分别减少33%、66%和66%。在三种发展情景下,空间格局都将面临城镇空间与生态空间两级分化的现象,后期区域发展中应加强城乡土地利用与生态保护协调发展,促进空间布局均衡化。     

西苕溪流域径流对土地利用变化的空间响应分析

针对流域土地利用变化所引起的径流空间变异问题,论文以太湖上游西苕溪流域为例,基于SWAT模型（Soil and Water Assessment Tool）模拟的不同土地利用情景下月尺度径流过程,通过GWR模型（Geographically weighted regression）在空间上定量评估了土地利用/覆被变化对流域径流过程的影响。结果表明：径流变化在流域空间分布上存在一定非平稳性,其与子流域内面积变化较大的土地利用类型相关性显著,其中城镇用地影响最大,林草地和耕地影响次之。径流变化对城镇用地的空间响应关系表现为由上游到下游逐渐增强,而对林草地和耕地的响应关系表现为从流域上游到下游逐渐减弱。对比发现,多因子GWR模型相对于单因子GWR模型更适合综合分析径流对土地利用/覆被变化的空间响应关系。     

东辽河流域土地利用变化对非点源污染的影响研究

采用国际前沿的SWAT模型及CLUE-S模型,基于3S技术和统计分析方法,分析了吉林省东辽河流域土地利用2000~2005年的土地利用动态变化,并借助于Logistic回归结果探讨了2000~2005年土地利用变化的驱动力空间特征;运用2000年和2005年土地利用数据,结合CLUE-S模型,模拟不同预测方案下东辽河流域未来20a土地利用变化情况.在此基础上,应用SWAT模型分别对研究区2025年2种情景下非点源污染负荷进行模拟.结果表明:不同的土地利用条件下,情景2比情景1的多年平均径流减少了12.26mm、泥沙减少了8.4×103t、溶解态氮减少了8.29kg、有机氮减少了9.49kg、总氮减少了8.4kg、溶解态磷减少了8.61kg、有机磷减少了7.18kg、总磷减少了7.18kg,情景2比情景1更能有效的控制非点源污染.     

多情景模拟下的新疆生态系统服务价值评估

研究多情景下的新疆土地利用变化及生态系统服务价值（ESV）,探讨区域内最优的土地利用分布格局,对干旱区的可持续发展与土地利用规划具有重要意义。该研究耦合多目标优化和斑块生成土地利用模拟(PLUS)模型对自然发展情景、经济发展情景、生态优先情景、可持续发展情景4种情景下的土地利用需求及空间分布进行预测模拟,采用价值当量法计算新疆未来情景下的生态系统服务价值。结果表明：（1）2000-2020年,新疆土地利用类型以荒地为主,土地利用变化主要表现为耕地的增加和荒地的减少。2035年4种情景下的土地利用变化不同,空间模拟结果整体上扩张趋势一致,局部变化明显。（2）利用PLUS模型对新疆的土地利用变化模拟效果较好,Kappa系数均值达到0.899 1,总体精度均值达到0.954 8,可以有效模拟新疆2035年的土地利用空间格局。（3）2035年自然发展、经济发展、生态优先、可持续发展情景下的ESV分别为18 717.25、17 816.36、19 221.52、18 134.45亿元。加强草地、水域、林地、湿地等生态用地的保护,有利于提高ESV价值总量。可持续发展情景可作为兼顾生态保护和经济发展...     

基于过程的农户土地利用行为模型的设计与模拟研究

通过基于过程的方式来研究农户决策行为已经成为学者们关注的焦点问题之一。论文依据Belief、Desire、Intention（BDI）决策框架,设计基于过程的农户土地利用行为决策模型。模型以农户实际决策而非效益最大化作为行为模拟的假设,对陕西省米脂县高渠乡的典型村落马蹄洼和姜兴庄土地利用变化进行模拟。模拟可以再现农户决策的动态性和反馈性,展示农户学习行为的过程及其影响,揭示农户决策变化的内在机理。利用该模型,对3 种情景下农户土地利用行为进行模拟,对比分析3 种情景的优劣,指出政府未来应当在降低市场风险、规范合作社经营、提高市场预测方面多做工作。文章最后对该种方法的优点和不足进行总结,并指出今后需要加强的方向。     

收缩情境下城市土地利用及其生态系统服务的研究进展

随着国际国内社会经济环境的变化,城市收缩这一新现象逐渐在我国部分城市区域空间中呈现,成为未来新型城镇化转型的挑战之一。在简要梳理城市收缩相关文献的基础上,以土地利用为主线,重点关注收缩情景下的土地利用模拟及其政策、空置土地与城市生态系统服务等方面的相关研究。研究结果表明：（1）当前对城市收缩问题的研究主要集中于人口变动和经济发展维度,对由此引发的土地利用以及生态系统变化关注较少。（2）土地利用模拟在分析和预测收缩情境下的城市土地利用变化上具有较大价值,但不同模型适用于不同研究情景,复合模型将具有更好的解释力。（3）土地利用政策的制定和实施应充分考虑经济社会各方面诉求,绿色空间存储制度是促进收缩城市可持续发展的有力措施。（4）城市收缩产生的空置土地为发展生态系统服务提供了空间,应发展适用于我国城市收缩的生态系统服务评估方法。在我国城镇化进入“存量模式”甚至“减量模式”的背景下,应加大对城市收缩情景下土地利用和生态系统维度的研究,要积极借鉴并整合资源科学、地理学、生态学、管理科学和城市规划等相关学科的研究方法,并紧密结合我国当前城市发展和空间规划所面临的现实问题,促进城市收缩研究的方法创新和收缩城市的可持续发展。     

基于PLUS-InVEST模型的哈尔滨市土地利用及生境质量预测

分析城市土地利用与生境质量时空演变,能够揭示土地利用和生境质量的关联性,有助于城市土地政策合理决策和生态环境高质量发展.研究基于土地利用转移矩阵和IM模型分析哈尔滨市2000~2020年土地利用的变化,并结合PLUS模型进行各用地类型扩张因子的驱动探究以及2030年自然发展情景、生态保护情景、耕地保护情景和城镇发展情景下的土地利用预测,最后利用InVEST模型完成生境质量分析.结果表明：①哈尔滨市土地利用类型以耕地、林地和草地为主,2000~2020年期间,草地、耕地、林地和人造地表转入面积较多,土地利用强度变化倾向性特征明显;水体、裸地和湿地类型的转入较少,多呈现抑制性特征. ②高程是影响草地、耕地、林地、裸地、湿地和水体扩张的主要因子;影响人造地表扩张的主要因子是社会经济因素. ③模拟哈尔滨市2030年4种情景下各土地利用类型面积,其中林地面积均增加,草地面积均减少,湿地、水体和裸地面积变化均不显著;除生态保护情景外,人造地表面积均增加,耕地面积均减少. ④2000~2020年间,哈尔滨市生境质量整体提高. ⑤2030年哈尔滨市4种情景下生境质量空间格局演变规律整体保持一致,生境质量均呈现变好趋势,其中生态保护情景下低、中等生境质量面积减少,而较高、高生境质量面积有所增加,生境质量提升相对明显.研究结果可为哈尔滨市生态文明发展以及城市规划建设提供一定的科学依据及思路.     

城市土地集约利用研究进展

城市土地集约利用是城市土地利用变化研究的重要内容之一。了解城市土地集约利用的机理、过程和效应,有助于优化城市土地利用空间结构,提高城市土地利用效率,缓解资源环境约束带给城市发展的压力以及促进城市可持续发展。文章从3个方面对国内外城市土地集约利用研究进行了梳理和总结:①研究尺度,包括空间尺度和时间尺度;②研究内容,包括城市土地集约利用的内涵和相关理论、集约利用评价、集约利用驱动机制、集约利用效应、集约利用途径;③研究方法,包括统计分析和计量分析方法、基于过程的动态模型方法、GIS空间分析方法和其他研究方法。最后对其未来的发展方向提出了一些建议,认为在研究尺度上,应加强多尺度、多层次、时间序列的研究;在研究内容上,应加强基础理论、机理、过程和效应的研究;在研究方法上,应加强计量分析、空间分析和动态模型应用。     

经济集聚对中国三大城市群土地利用生态效率的影响

基于非期望产出的超效率EBM模型,测算2005—2016年京津冀、长三角和珠三角等中国三大城市群土地利用生态效率,采用核密度函数对其演变特征进行分析,并运用面板门槛回归模型和面板向量自回归模型,从产业和人口两个角度分析经济集聚对城市群土地利用生态效率的非线性影响和直接冲击。结果表明：（1）2005—2016年间中国三大城市群土地利用生态效率总体呈现先收敛后分化的演化特征,不同城市群之间的土地利用生态效率时空演变具有显著差异;（2）第三产业集聚水平和人口集聚水平对城市群土地利用生态效率表现出单门槛效应,表明适度产业集聚和人口集聚对城市群土地利用生态效率具有正向促进作用,反之则会导致促进作用下降甚至出现负向影响;（3）第三产业集聚水平和土地利用生态效率自身对土地利用生态效率的直接冲击都是从开始就达到顶峰而后收敛为0,而第二产业集聚水平和人口集聚水平则是先负向冲击后持续正向冲击。城市群在制定经济发展政策和土地利用政策时,既要充分发挥经济集聚的正面环境效应,也要重视不同经济集聚的适度性和动态性。     

土地利用动态变化的空间分析测算模型

论文首先从土地利用变化的空间涵义出发,细分出未变化部分、转移部分和新增部分等3种空间类型,并据此对现有测算土地利用变化速率的数量分析和动态度模型进行了评析,提出了修正后的空间分析测算模型,旨在更为精细和准确地测算各土地利用类型的动态变化程度;并以北京城市边缘区的土地利用变化作为案例,对3种模型的测算结果进行了比较分析。结果表明:空间分析测算模型由于细分并同时考虑了各土地利用类型的空间转移及新增过程,能更为准确地测算出各种土地利用类型的动态变化程度与速率。     

经济转型视角下长三角城市土地利用效率影响机制

经济转型背景下,研究全球化、市场化和分权化等因素对城市土地利用效率的影响机制具有重要的理论价值。基于2000-2015年长三角地区各地区面板数据,构建城市土地利用效率测度指标体系,运用超效率DEA模型测算研究区域城市土地利用效率,利用空间计量模型对城市土地利用效率的影响机制进行实证研究,结果表明:(1)从时间演变特征来看,长三角地区的城市土地利用效率呈现出两阶段波动上升的趋势。(2)从空间分异特征来看,长三角地区城市土地利用效率呈现较为明显的区域差异,城市土地利用效率的高值区沿"沪宁—沪杭—杭甬"交通线分布,且这一空间特征较为稳定。(3)从第一阶段到第二阶段,全球化因素对长三角地区城市土地利用效率的推动作用不断增强;经济市场化因素的总效应呈现减弱趋势;财政分权在第一阶段对本地区的城市土地利用效率有显著的积极作用,对临近地区的城市土地利用效率有显著的消极作用,但到了第二阶段,这两种作用均变为不显著;土地财政在第一阶段对土地利用效率提升具有重要作用,但第二阶段随着土地的资本化加强,反而不利于土地利用效率的提升。(4)控制变量中,产业结构高级化水平对提高城市土地利用效率具有显著的推动作用;人口密度因素对城市土地利用效率的直接影响也愈发显著。     

武汉城市群城镇用地空间扩展时空特征分析

基于Landsat影像数据,利用遥感和GIS技术获取了武汉城市群地区3个阶段(1980—1990、 1990—2000、 2000—2010年) 的城镇用地信息,采用城镇扩展指数和城镇扩展模型分析了城镇用地扩展的时空格局、 过程及其驱动力。结果表明:①武汉城市群城镇用地空间迅速扩张,三个时段内的城镇扩展强度指数依次为0.073 2、 0.028 9和0.099 3,呈现显著的阶段性与波动性特征;②城镇用地扩展格局具有明显的空间集中性,主要表现为以武汉为扩展中心的圈层状形态,沿武汉三环、 京广线等交通干道的轴带分布形态,不同阶段的扩展格局各具特质;③城镇用地扩展呈现"一核四带"、 "一核一带"和"三核六带"的空间扩展轨迹,与经济发展的阶段性具有明显的耦合关系;④经济体制改革、 国家非均衡发展战略、 "两型"社会建设以及长江黄金水道、 京广大动脉等交通干道建设是武汉城市群地区城镇用地变化的主要驱动因素,但各时期的主导驱动机制有所差别。     

广州市城市生态用地空间冲突与生态安全隐患情景分析

生态安全隐患区域的空间检测和获取对城市生态安全保护起到重要的作用。论文利用智能计算模型和空间分析技术,对广州市城市生态用地空间冲突与生态安全隐患进行了多情景模拟和分析。研究表明：① 空间冲突区域主要分布在城市边缘区。在城市生态用地占广州市总面积的15%、30%和50%情景下,分别占空间冲突总面积的95.40%、86.28%和77.45%,白云、花都、天河和番禺是空间冲突发生的主要区域。与之相反,城市核心区冲突区域面积所占比例逐渐增加。在50%情景时,空间冲突区域面积急剧增加,广州市城市生态用地控制指标面临着巨大的空间冲突压力。② 城市生态安全隐患区域主要分布在城市边缘区,在50%情景时,城市边缘区的隐患区域面积占隐患区域总面积的74.13%,白云区和花都区是生态安全隐患区域分布最集中的区域。而位于城市核心区的隐患区域,面临着更大的生态安全压力。研究结果可为城市生态安全的监控和预警提供参考,为城市生态保护提供可借鉴的方法和分析工具。     

遥感地学智能图解模型支持下的土地覆盖/土地利用分类

土地覆盖/土地利用(LC/LU)调查已经成为开展土地利用动态变化预测、自然灾害防治及土地利用规划、土地管理和环境保护的一项关键的基础性工作,受到广泛注意和重视。随着遥感技术和各种地学分析模型的发展和深入,利用遥感技术获得的影像数据对区域的LC/LU情况及其动态变化进行定期或不定期的监测,成为一种最为迅速可靠和理想有效的手段。常规的LC/LU遥感分类方法主要包括基于常规数理统计分类方法、基于人工神经网络分类方法、基于知识逻辑推理的分类方法等。论文综合这些方法的特性,提出了遥感地学智能图解模型支持下的LC/LU分类体系,并以香港地区为试验对象,采用多平台遥感数据和辅助地理信息,进行了土地覆盖/土地利用遥感应用研究。     

广东省城市土地集约利用水平评价——基于计量经济学的研究

在分析城市土地扩张机制的基础上,建立了用以评价城市土地集约利用水平的计量经济学模型,定量测度了广东省城市土地集约利用水平的区域差异及其演变特征,并与传统的指标权重法的评价结果进行了比较。研究表明：① 论文构建的计量经济学模型能够较好地对城市土地的集约利用水平进行测度。从各社会经济变量弹性系数的大小来看,城市土地的扩张主要受城市人口增加与居民收入增长的驱动,经济增长与固定资产投资的拉动作用并不明显,土地价格的上升与提高土地管理水平可以有效抑制城市土地的无序扩张。② 2003—2012年间广东省城市土地集约利用水平有所提升,但城市间土地集约利用水平的差距较为明显,部分城市土地利用中存在严重的浪费现象。从整体的演变来看,珠三角7市与东西翼7市的土地集约利用水平有所下降,而山区7市的土地集约利用水平有所上升。③ 传统指标权重法可能更适用于诸如工业用地以及开发区用地等生产性用地的评价,如果使用其对全部城市土地进行综合性的评价时,会夸大投入产出对土地集约利用的影响。④ 由于土地报酬递减规律的存在,高投入高产出的土地利用方式并不一定就是经济有效的,基于数据包络分析的研究结果表明,以高投入换取高产出的土地利用方式未必就是集约利用。     

基于要素流动的城镇建设用地配置方法框架探讨

现有城镇建设用地配置主要遵循空间开发导向,利用静态数据和用地分配标准、评估及预测模型开展,存在一定的“区域偏好”和“规模求大”现象。在强调生态文明建设和高质量发展的新时期,国土空间规划战略实施要求城镇建设用地配置方法需要及时革新。关注到信息或智能技术深度影响下未来城镇场所空间将转变为流动空间这一必然趋势,不同尺度生产、生活及生态要素时空流动与分配将是城镇建设用地科学配置的关键。因此,利用多源要素流大数据和多学科分析方法,试图从城镇空间发展水平评价、城镇要素流动网络时空模拟与用地分配、城镇要素功能区识别与开发边界划定、城镇建设用地配置效果动态评估4个方面,建立基于要素流动的城镇建设用地配置方法框架。结果表明：（1）城镇空间发展水平评价需要综合考虑城镇对区域现状要素控制、吸引及溢出的能力,并从空间发展规模、活力及品质三个层面构建评价指标体系;（2）在城镇建设用地指标区域分配过程中注重利用网络优化模型和社会网络分析方法刻画区域要素流动规律,并通过时空耦合模型找出不同等级和类型“空间发展水平—要素控制力”组合的城镇;（3）城镇未来扩展方向和边界形态是由内部各类要素流动变化与功能空间布局的供需时空匹配情况决定的,需要利用时空耦合、引力、CA及多智能体等模型识别要素功能影响区和流动偏好;（4）城镇建设用地配置效果评估指标需要体现生态文明、高质量、智慧治理及一体化等未来城镇发展要求和趋势。这些研究结果可以为国土空间规划城镇开发边界划定和实施提供参考。