基于CA-Markov模型的呼图壁县土地利用景观格局预测研究

以2002、2009、2016年三期遥感影像数据为基础, 运用GIS技术及景观生态学理论, 对呼图壁县近14年的土地利用景观格局变化特征及其各景观类型空间转化特点进行了分析。并结合CA-Markov模型对土地利用类型特征参数、景观格局指数等进行模拟, 预测和分析未来7年土地利用和景观格局演变特征。结果表明: 从时间尺度分析, 研究区内景观格局有较大变化, 主要表现为耕地与建设用地的增加; 从景观类型转移分析可知, 耕地与建设用地的交替变化最为显著, 其主要集中于中部地区; 景观类型水平指数分析得到, 林草地、水域及耕地整体破碎化程度低, 未利用地则表现相反; 从景观水平分析可知, 研究区内景观整体破碎度与复杂度增高, 同时斑块逐渐趋于离散分布, 景观结构不稳定性增加。研究结果可为该区域提供更为科学有效的生态环境保护措施, 以期为制定相关土地利用政策和合理配置土地资源提供参考。     

基于CA-Markov模型的漓江流域土地利用模拟研究

土地利用/覆被变化是研究全球范围内的人类活动对土地利用、开发以及对环境变化的影响, 是人类可持续发展研究中必不可少的一部分。选择国家重点保护的漓江为研究对象, 基于2005、2010、2015年Landsat7TM/ETM影像, 利用ENVI对影像预处理, 最大似然进行监督分类, 借助土地转移矩阵, 选取四个(坡度、水域、建设用地、GDP指数)限制性因素作为适宜性图集, 运用CA-Markov模型预测2020年漓江流域土地利用类型。结果表明: (1) 2005-2015年漓江流域土地利用/覆被变化特征显著, 耕地、草地面积减少, 林地、水域、建设用地面积增加, 其中, 建设用地变化最大, 动态度为13.64%。(2)从土地利用转移矩阵知, 耕地向林地, 草地向林地为主要转移流, 各地类的内部转入转出较频繁。(3)模拟预测研究区2020年建设用地持续增加, 耕地、草地持续减少。研究揭示漓江流域土地利用变化的内部机制, 以期为促进研究区土地资源配置的高效性和合理性提供参考依据。     

基于CA-Markov模型的石羊河流域生态承载力时空格局预测

生态承载力是区域可持续发展的重要物质基础。为了探讨我国干旱区内陆河流域未来生态承载力的时空格局变化,以石羊河流域为研究区,基于该流域1992、2002年和2012年3期Landsat TM遥感影像,选取10个影响生态承载力变化的主要驱动因素,利用元胞自动机-马尔科夫模型(CA-Markov),以土地利用预测为切入点,对该流域2022年的生态承载力时空格局进行了模拟预测。首先基于1992—2002年数据预测了2012年石羊河流域土地利用状况,并与当年实际土地利用状况进行对比和验证,结果显示:Kappa系数为0.7956,说明本文所选用的预测方法预测结果可靠,可以用于该流域土地利用预测;其次,以2012年为起始年,模拟预测了2022年土地利用空间数据,并计算生态承载力时空格局,结果显示:2022年石羊河流域单位面积生态承载力与1992年、2002年和2012年相比整体空间分布格局变化不大,但区域内部变化却呈明显的空间分异特征;1992—2022年流域生态承载力总量以2002年为拐点呈先减少后增加的趋势,其中建设用地的生态承载力增加最为显著;预测可知,较2012年,2022年流域上游山区的林地、中游绿洲的建筑用地生态承载力均增加较快,且呈现较明显的斑块聚集,而中、下游绿洲区耕地、草地生态承载力增、减变化复杂,斑块分布较为离散和破碎;2012—2022年土地利用类型将发生频繁转换,导致流域生态承载力结构组成变化较大,其中未利用地的转出对2022年流域生态承载力的增加贡献突出。研究结果表明自2002年以后,该流域实施的退耕还林还草、关井压田等生态工程已经并将继续对该流域生态效益的提高起到积极的作用。     

基于CA-Markov模型和多目标优化的大连市土地利用格局

运用马尔科夫转移矩阵、多准则评估以及元胞自动机耦合的CA-Markov模型,基于1990、2000、2010年土地利用图、地形因子和地理要素等,模拟大连市未来土地利用景观格局变化趋势.基于大连市土地利用结构、经济社会、自然环境等特点,结合大连市城市总体规划和土地利用规划,建立经济、社会、环境3个目标导向的模糊多目标优化模型,优化配置了大连市未来土地利用格局.结果表明:1990-2010年,大连的快速发展呈现出建设用地持续扩张而耕地、林地面积缩小的特点,以现有城市化速度发展,到2020年大连市景观格局土地覆盖将发生很大变化,景观破碎化程度将加剧.优化调整土地利用数量结构,能满足未来大连可持续发展的要求.     

基于CA-Markov模型的三川流域景观格局分析及动态预测

以济南南部山区三川流域为研究对象,在ArcGIS和IDRISI平台的支持下,结合景观生态学原理,运用景观指数并引入Kappa系数对三川流域1990-2010年景观格局、动态度进行分析,最后运用CA-Markov模型对流域景观格局进行动态趋势预测.景观格局指数分析表明:三川流域景观类型以耕地、林地、建设用地和草地为主;受人类活动影响,1990-2010年三川流域耕地、林地面积减少,其余各景观面积均呈增加趋势;流域整体景观破碎度增加,斑块复杂度提高,各景观类型的分布渐趋均衡.景观格局变化前10年比后10年明显,人类活动对当地生态环境的影响较显著.Kappa系数表明:景观变化由各景观数量比例变化逐渐转变为各景观数量保持相对稳定下的景观空间位置上的变化.随着2000年后政策的引导,景观整体的变化渐趋稳定,人类活动对生态环境影响有所下降.CA-Markov模型预测结果表明,2010-2020年流域内各景观优势度下降,景观破碎度降低,均衡性持续提高;景观间的转入转出幅度不大,仅占总面积的3.08％,景观类型的转变主要发生在斑块交界处.总的来看,三川流域景观格局变化主要是耕地、林地面积减少,建设用地面积增加,生态环境更趋脆弱.     

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

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.     

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

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。     

基于CA-Markov和InVEST模型的城市景观格局与生境质量时空演变及预测

由人类活动引起的城市景观格局变化是影响陆地生态系统的重要因素之一,城市景观格局分布对区域生物多样性服务功能的影响极大.为研究城市景观格局和生境质量演化及其变化原因,以武汉市作为典型区,基于武汉市2005、2010和2015年3期景观类型信息,使用马尔柯夫模型分析其景观格局时空变化特征;采用CA-Markov模型模拟预测武汉市2020年自然增长情景下的景观格局发展方向;使用Logistic回归模型分析景观变化的驱动力;结合InVEST模型评价3期景观格局分布下的生境质量分布和变化,以及2020年模拟情景下的生境质量分布特征,探究景观格局变化与人类活动之间的关系.结果表明: 2005—2015年间,研究区景观类型变化以耕地和人工表面为主.耕地面积呈现逐年减少的趋势,主要转变为人工表面.人工表面面积不断增多,主要由水田和旱地转变而来.研究区整体景观生境质量级别下降,大量高生境质量级别的景观向低生境质量级别转化.整体景观生境质量指数减少,生物多样性服务功能降低,生境质量发生退化.2015—2020年间,武汉市景观格局和生境质量继续保持2005—2015年的变化趋势,表现为人工表面增加、景观生境质量指数减少、生物多样性服务功能降低、生境质量退化.研究区景观格局变化的主要驱动因子是国内生产总值变化和地区财政收入变化.人类社会经济活动是影响研究区景观格局变化和生境质量下降的重要驱动力,城镇化扩张和填湖造地是武汉市生态景观变化的主要原因.     

基于VPM模型的甘肃省植被总初级生产力动态变化

基于光能利用率模型(vegetation photosynthesis model,VPM)对2005-2017年甘肃省植被总初级生产力(gross primary productivity,GPP)进行估算,并对植被GPP的时空变化特征、不同植被区划的GPP变化趋势以及影响因素等进行探究.结果表明:(1)2005-2...     

基于地理加权回归的茶叶种植专业化空间格局及影响因素——以福建省安溪县为例

以专业化茶叶种植大县安溪县为例,通过评估各乡镇茶叶种植专业化水平,结合Pearson相关分析、普通最小二乘法模型(OLS)和地理加权回归模型(GWR),筛选出平均高程、农民人均纯收入、农业从业人口比重、距交通道路距离4个主要影响安溪县茶叶种植专业化程度的因素,并探讨其对茶叶种植专业化影响程度的空间分异规律.结果表明: 安溪县各乡镇茶叶种植专业化程度呈现显著的空间自相关,以县城为中心,茶叶种植专业化程度由近及远呈现出“低-中-高”的形似杜能农业区位模型的圈层结构;GWR的拟合度(0.624)高于OLS(0.595),且前者对空间数据的解释力更高;与杜能农业区位模型的市场距离决定机制相悖,茶叶种植专业化程度受山地自然环境因素的影响明显较社会经济因素更大;茶叶种植专业化程度与平均高程、农民人均纯收入、农业从业人口比重呈正相关,而与距交通道路距离总体呈负相关;茶叶种植专业化程度与平均高程、农民人均纯收入的回归系数主要呈现出“南高北低”的空间分布特征,农业从业人口比重则呈相反的规律,而距交通道路距离则主要呈现“西南低、东北高”的空间特征.     

基于VPM模型的长白山自然保护区植被总初级生产力动态变化

总初级生产力(GPP)是碳循环的重要参数,它的准确估算对碳循环及全球气候变化研究有重要作用.利用VPM模型及2000—2015年MOD09A1数据/气候因子的空间数据,对长白山自然保护区的植被GPP进行模拟.结果表明: 2000—2015年,保护区GPP年均值为1203 g C·m^-2·a^-1,GPP呈极显著趋势增长.森林植被GPP年际增长变化在不同植被垂直带下没有显著区别,但从高山苔原带往上,GPP年际增长明显减小.GPP与降水的年际相关性不显著,与温度的正相关关系集中分布在阔叶红松林带和高山苔原带.春季气温对GPP影响最大,有80%像元显示与气温呈正相关.GPP与温度的年际相关性明显高于降水.     

基于马尔柯夫模型的怒江流域中段植被动态变化预测

运用GIS、RS和GPS技术,采用1994和2004年2个时期的TM影像建立了植被分类系统,分析了2个时期的植被景观格局特征及其变化,并利用马尔柯夫模型,对未来该区域植被景观的动态变化进行了预测。结果表明,怒江流域中段植被景观以灌草丛为基质,其他景观类型镶嵌于其中。1994—2004年,各种植被景观类型之间发生转移最多的是在灌草丛、半湿润常绿阔叶林和针阔混交林之间。变化最大的是海拔较低的灌草丛和半湿润常绿阔叶林等;海拔较高的针阔混交林、寒温性针叶林等的变化均不明显。结果预示,未来10年,人为干扰对整个流域植被演替的影响将进一步加强,灌草丛、寒温性针叶林等面积不断增加,半湿润常绿阔叶林和中山湿性常绿阔叶林面积不断减少,景观整体趋于破碎化,研究区的生态环境受到人类活动严重影响。     

基于GTWR模型的浙江省海岸带三维生态足迹动态变化及其影响因素

厘清海岸带自然资本存量消耗和自然资本流量占用情况及其影响因素,能有效缓解海岸带社会经济发展与自然资源、生态环境之间的矛盾,促进区域协调可持续发展。本研究基于二维和三维生态足迹评价模型,分析浙江省海岸带2006—2016年生态足迹时空变化特征,基于足迹深度和足迹广度探究了区域自然资本存量和资本流量占用情况,并利用时空地理加权模型分析其影响因素的时空异质性。结果表明: 研究期间,浙江省海岸带生态危机加深,人均生态赤字平均值为3.5 hm²·cap^-1,人均生态赤字上升了15.5%,其中,能源消耗账户对人均生态足迹的贡献率大于生物资源账户;各县区人均生态足迹呈增长趋势,且空间分异显著。浙江省海岸带以消耗自然资本存量为主,且对自然资本流量更新起到较大的抑制作用;2016年,自然资本存量的消耗量是资本流量占有量的14.87倍。城市规模和经济发展水平、人民收入水平对浙江省海岸带各县区生态足迹以正向促进作用为主,渔业生产对生态足迹为负向影响,并有向正向影响作用转换的趋势,3个影响因子的影响机制时空分异性显著。     

基于最小累积阻力模型的崩岗侵蚀危险性分区——以安溪县小流域为例

为在风险评价中体现出崩岗侵蚀产生的可能性和空间趋势、分清崩岗防治中的主次区域,本研究以安溪县小流域为研究区,以崩岗为源地,通过最小累积阻力模型构建崩岗扩张阻力面并划分危险性分区。结果表明: 研究区内崩岗周围区域阻力值较低,西北部及东南部阻力值较高,崩岗扩张阻力面形态为岛屿型。依据阻力面将研究区域分为高危险区、较高危险区、中等危险区、较低危险区和低危险区,并由此提出相应的崩岗治理建议。基于阻力面形态提取出鞍部战略点共21个,较低安全区中战略点应作为预防崩岗重点区域。将基于最小累积阻力模型和信息量法的危险性结果进行比较,两者在空间分布态势上一致,证明通过最小累积阻力模型进行危险性分区的结果可靠。     

专业化茶叶种植影响下的农业生态系统服务功能价值评价——以福建省安溪县为例

饮茶已逐渐成为世界潮流与时尚,不断扩大的茶叶需求正不断刺激茶叶的增产,茶叶经济发展受到世界瞩目,但关于规模化、专业化茶叶种植对农业生态系统的影响却未得到相应的关注。为研究规模不断扩大的专业化茶叶种植对农业生态系统的影响,以专业化茶叶种植大县安溪县为研究对象,通过构建由供给、调节和支持正、负服务组成的农业生态系统服务功能价值评价指标体系,结合能值法,从不同专业化茶叶种植水平、不同农业种植结构、不同地貌类型三个方面进行评估分析。研究结果表明:(1)安溪县以专业化茶叶种植为主的农业生态系统中供给、调节和支持三大服务功能的正服务价值都大于负服务价值,系统以提供正服务为主;(2)专业化茶叶种植具有较高的经济效益和较好的气体、气候调节能力,对农业生态系统中的供给与调节功能具有正效应;(3)但专业化种植过程中造成的土壤流失情况也较为严重,对农业生态系统支持功能的负面影响较大;(4)"茶-蔬"、"茶-果"等复合生态茶树种植结构有利于提高农业生态系统服务功能,实现茶叶经济与农业生态系统的和谐发展。     

基于太白山南坡巴山冷杉NPP动态变化的时间序列模型预测效果对比

基于收集整理的太白山地区1959-2016年58年间的气象数据及太白山巴山冷杉林(Abies fargesii Franch.forest)的生理参数数据,运用Biome-BGC模型模拟计算并对输出数据进行提取分析,得到太白山南坡巴山冷杉林的多年净初级生产力(NPP)。然后分别利用自回归求和移动平均模型(ARIMA)、R语言、NAR动态神经网络模型对太白山南坡巴山冷杉林NPP的动态变化进行趋势拟合和短期预测,建立适用于太白山南坡巴山冷杉林NPP的时间序列模型,并应用白噪声检验等相关检验方法对3种模型的预测效果进行评价。结果显示:太白山南坡巴山冷杉林NPP在短期内(2017-2026年)仍保持着波动上升的趋势,可能出现1959年以来的最高值;在对巴山冷杉林未来变化的预测过程中,3种预测模型各有特点,ARIMA模型对太白山南坡巴山冷杉林NPP的预测结果通过了白噪声检验,并给出了在不同置信区间下的可能结果; NAR动态神经网络模型的拟合效果较好,也通过了误差自相关性检验,预测结果较好地模拟了太白山南坡巴山冷杉林NPP在未来一段时期内的变化趋势; R语言在剔除异常数据点后能够运用基础数据较好地对太白山南坡巴山冷杉林NPP动态变化进行模拟,表明预测结果与验证结果相关性达到0.944,误差项的P值远低于0.01。本研究表明3种方法构建的模型在数据拟合中均呈现出较好的效果,预测结果均在可信范围内,在实际预测工作中可根据数据特点选用不同方法。     

我国单季稻种植区的气候适宜性

从国家层次和年尺度阐明影响我国单季稻种植区分布的主导气候因子, 揭示我国单季稻种植区的潜在分布及其气候适宜性,可为我国优化单季稻生产布局、改进种植制度和引种提供科学依据.本文从国家层次和年尺度选取影响我国单季稻分布的潜在气候因子, 利用其地理分布信息,结合最大熵模型和ArcGIS的空间分析功能, 阐明影响我国单季稻分布的主导气候因子并构建我国单季稻分布与气候的关系模型. 结果表明: 影响我国单季稻潜在种植区分布的主导气候因子是年降水量、湿润指数和稳定通过18 ℃日数, 它们对单季稻分布的累积贡献率达到了潜在气候因子的94.5%; 基于主导气候因子和单季稻种植点分布的地理信息, 结合最大熵模型构建的我国单季稻种植区分布与气候的关系模型能够很好地模拟我国单季稻种植区的潜在分布. 根据待预测区单季稻的存在概率, 明确了我国单季稻种植区潜在分布的气候低、中、高适宜区和气候不适宜区, 并分析了各气候适宜区的气候特征.     

我国单季稻种植区的气候适宜性

从国家层次和年尺度阐明影响我国单季稻种植区分布的主导气候因子, 揭示我国单季稻种植区的潜在分布及其气候适宜性,可为我国优化单季稻生产布局、改进种植制度和引种提供科学依据.本文从国家层次和年尺度选取影响我国单季稻分布的潜在气候因子, 利用其地理分布信息,结合最大熵模型和ArcGIS的空间分析功能, 阐明影响我国单季稻分布的主导气候因子并构建我国单季稻分布与气候的关系模型. 结果表明: 影响我国单季稻潜在种植区分布的主导气候因子是年降水量、湿润指数和稳定通过18 ℃日数, 它们对单季稻分布的累积贡献率达到了潜在气候因子的94.5%; 基于主导气候因子和单季稻种植点分布的地理信息, 结合最大熵模型构建的我国单季稻种植区分布与气候的关系模型能够很好地模拟我国单季稻种植区的潜在分布. 根据待预测区单季稻的存在概率, 明确了我国单季稻种植区潜在分布的气候低、中、高适宜区和气候不适宜区, 并分析了各气候适宜区的气候特征.     

基于GIS的榆林地区景观格局动态变化

采用陕西省1982和1998年2期土地利用图(1∶500 000)截取榆林地区的部分,借助相关地形图和野外实地调查资料,利用地理信息系统软件ArcView 3.2和ArcInfo 7.1,对其景观分类进行处理与分析。结果表明,1982~1998年,草地和林地的面积显著增加,沙地的面积减少最大。破碎化程度仍然较为严重,景观形状趋于复杂,多样性和均匀度有所降低,但幅度不大,其中灌溉水田、旱地、园地、林地、水体、盐碱地、沙地、裸土岩地主要向草地转变;水浇地、草地主要向旱地转变;居民地的增加主要来自旱地;工矿用地的主要增加来自盐碱地。     

SARS-CoV恒河猴模型动物中组织病理学动态变化

目的在感染的8只恒河猴的SARS-CoV模型动物中,观察肺等组织中出现的系列病理学改变,为针对抗SARS药物筛选、疫苗评价中的免疫病理反应等奠定实验依据。方法SARS-CoV经鼻腔接种8只恒河猴,在感染的第5、7、10、15、20、30和60天,分别安乐处死动物,组织病理取材,制片,观察。结果经病毒分离和RT-PCR证实动物感染是成功的。系列病理改变表明,早期肺组织可见间质性肺炎,水肿、结构破坏、出血,巨噬细胞浸润;后期出现内皮细胞受损及再生,透明膜形成,小血管玻璃样变,肺组织纤维化及肺气肿形成,肺泡网状纤维和弹力纤维破坏并增生等,脾脏、淋巴结生发中心早期有萎缩,后期有恢复等病理学改变均和SARS患者相似。结论感染恒河猴出现与SARS患者类似的临床和病理学改变,为进一步研究该病毒的病原特性、发病机理、药物筛选、疫苗评价等方面的研究奠定了重要基础。