基于GIS和CLE-S模型的山區(qū)土地利用情景模擬研究——以棲霞市為例.pdf

1、隨著全球環(huán)境變化研究的不斷深入研究，二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，土地利用/覆被變化(LUCC)引起了國(guó)際社會(huì)的廣泛關(guān)注，成為全球環(huán)境變化研究中的重要組成部分和核心內(nèi)容。在LUCC的研究中，土地利用變化空間模擬模型是分析和研究某區(qū)域的土地利用變化趨勢(shì)及其環(huán)境效應(yīng)的重要技術(shù)手段。自然地理環(huán)境系統(tǒng)和人文社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)通過(guò)相互作用導(dǎo)致土地利用/覆被結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，利用空間模擬模型分析研究區(qū)土地利用變化成因和過(guò)程，并預(yù)測(cè)區(qū)域未來(lái)土地利用空間格局分布已經(jīng)成為

2、當(dāng)今全球變化研究的熱點(diǎn)。
　　本文以地處膠東半島典型山區(qū)的山東棲霞市為例，以1992年、2003年和2010年遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，選擇了19個(gè)自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因子，運(yùn)用基于Logistic回歸分析預(yù)測(cè)土地利用格局演變的空間模塊集成開(kāi)發(fā)的CLUE-S模型，探索了該模型在棲霞市的適用性。
　　首先，以研究區(qū)1992年和2003年遙感數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)源，提取兩期自然社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等驅(qū)動(dòng)因子，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)因子的多元共線性診斷分析確定驅(qū)動(dòng)因

3、子種類(lèi);在SPSS軟件平臺(tái)下，基于不同尺度，分別對(duì)1992年和2003年各地類(lèi)進(jìn)行Logistic回歸分析，根據(jù)回歸結(jié)果對(duì)1992年～2010年期間的各地類(lèi)進(jìn)行了驅(qū)動(dòng)力分析，并通過(guò)ROC曲線檢驗(yàn)得到研究區(qū)的土地利用變化模擬的最佳尺度。然后，以1992年和2003年土地利用圖為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，分別對(duì)研究區(qū)2010年土地利用空間格局進(jìn)行模擬，并將模擬結(jié)果圖和2010年的真實(shí)土地利用圖進(jìn)行精度驗(yàn)證。最后，在1992年模擬2010年和2003年模擬2

4、010年的基礎(chǔ)上，根據(jù)《棲霞市土地利用總體規(guī)劃（2006-2020年）》和其他發(fā)展規(guī)劃，構(gòu)建棲霞市未來(lái)2020年土地利用變化的糧食安全情景、生態(tài)保護(hù)情景和快速城鎮(zhèn)化情景三種不同模擬情景，并模擬了三種情景下的土地利用空間分布格局。
　　主要研究結(jié)論如下:
　　(1)1992年-2010年各地類(lèi)驅(qū)動(dòng)力分析。①耕地:耕地的空間布局受自然及區(qū)位因素影響較大，其面積大小主要受人類(lèi)活動(dòng)的影響;②林地受自然因素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素協(xié)同作用的影響

5、，數(shù)量變化主要受社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素影響;③園地的空間布局受自然及區(qū)位因素影響之外，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響具有舉足輕重的作用。④草坡地:自然因素直接影響著草坡地的地理位置空間分布，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素及區(qū)位因素則影響著草坡地的分布面積大小，以及景觀斑塊的破碎化程度。⑤建設(shè)用地:區(qū)位因素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的共同影響著建設(shè)用地的變化，社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素促進(jìn)了建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的需求，區(qū)位因素決定了建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的方向。⑥水域:水域空間分布上主要受地形因子影響，數(shù)量變化主要受氣候

6、影響。⑦其他土地變化主要受地形因子因素影響，地貌以山地中上部的裸巖為主。
　　(2)本文主要利用研究區(qū)域不同年份的土地利用數(shù)據(jù)對(duì)同一年份的土地利用空間分布格局進(jìn)行模擬，即用棲霞市1992年和2003年遙感數(shù)據(jù)分別模擬2010年土地利用空間分布格局，并利用棲霞市2010年實(shí)際土地利用類(lèi)型圖驗(yàn)證兩期的模擬精度，均取得了良好的效果。通過(guò)多元共線性診斷分析選擇了高程、坡度、坡向、年均積溫(≥10℃)、年均日照時(shí)數(shù)(h)、土層厚度(mm)、

7、土壤有機(jī)質(zhì)含量（g/kg）、距（水庫(kù)和湖泊、河流、鐵路、高速公路、省道、國(guó)道、城市中心、經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)、農(nóng)村居民點(diǎn)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心）的距離、人口密度（人/km2）和城鎮(zhèn)化水平共19個(gè)驅(qū)動(dòng)因子;通過(guò)ROC曲線檢驗(yàn)確定研究區(qū)的土地利用變化模擬的最佳尺度為100m×100m;經(jīng)Kappa指數(shù)檢驗(yàn)分析得出，1992年模擬2010年和2003年模擬2010年兩期模擬的總體精度分別為97.83％、97.88％，同時(shí)兩期模擬的Kappa指數(shù)系列均大于0.83。

8、研究結(jié)果表明，CLUE-S模型在棲霞市具有較好的的土地利用模擬能力。
　　(3)三種模擬情景下的預(yù)測(cè)結(jié)果表明，不同模擬情景下的土地利用景觀格局在空間上存在較大差異，耕地和林地不同情景變化不同，園地和建設(shè)用地在增加，草坡地、水域和其他土地在減少。在糧食安全情景下，因嚴(yán)格控制耕地轉(zhuǎn)入其他類(lèi)型土地和土地整理開(kāi)發(fā)等措施，耕地面積有所增加，林地和草坡地有所減少，園地和建設(shè)用地有所增加;在生態(tài)保護(hù)情景下，耕地有所減少，林地有所增加，園地大幅度

9、增加，水域保持不變;在快速城鎮(zhèn)化情景下，耕地大幅減少，建設(shè)用地和園地大幅度增加，水域面積有所減少。
　　具體表現(xiàn)為:①耕地:穩(wěn)定性分布區(qū)集中在西部、南部和東北部地勢(shì)平坦區(qū)域;退耕主要分布在穩(wěn)定耕地區(qū)的外圍、中東部的部分坡耕地和中部高丘及山地的中下部區(qū)域;東北部和西南部的部分老果園逐步退園還耕。②林地:穩(wěn)定性區(qū)域集中在中東部區(qū)域和西北部，增加區(qū)域主要分布在中東地區(qū)的牙山和艾山附近，同時(shí)部分適宜林地培育的草坡地轉(zhuǎn)為林地。③園地大面積增

10、加。研究區(qū)已經(jīng)形成了穩(wěn)定的蘋(píng)果生產(chǎn)基地，主要分布在東北、西南和東部的山前及山間傾斜平地區(qū)域，中部區(qū)域也有零散分布;園地增加的主要來(lái)源是西南部和東北部區(qū)域的耕地和林地，以及低山丘陵區(qū)、嶺坡梯田中下部和河漫灘外緣的林地。④草坡地面積減少。穩(wěn)定性分布區(qū)集中在海拔較高的山地高丘區(qū)域，以及西北部和東南部的海拔較高的山地區(qū)域;中東部地區(qū)海拔較低區(qū)域和林牧交錯(cuò)帶區(qū)域的草坡地主要與林地相互轉(zhuǎn)換。⑤建設(shè)用地大面積擴(kuò)張，主要是侵占周邊耕地和草坡地，以及開(kāi)發(fā)