马尔柯夫模型在四湖地区湿地景观变化研究中的应用

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第21卷第3期华中农业大学学报Vo1．21No．32002年6月journalofHuazhongAgriculturalUniversityjune2002，288～29l马尔柯夫模型在四湖地区湿地景观变化研究中的应用王学雷D’吴宜进。’(”中国科学院长春地理研究所，长春130021；。中国科学院测量与地球物理研究所，武iK430077；”武汉大学历史地理研究所，武汉430072)摘要在遥感和地理信息系统的技术支持下，将马尔科夫过程模型引入到湿地景观格局分析和预测中

2、来，利用1990年和1996年2个时期的卫星影像来分析四湖地区湿地景观格局的动态变化。从马尔可夫过程预测湿地景观结构变化分析．在现有的人类作用强度的情况下，四湖地区湿地景观格局可达到一个相对稳定的状态，即天然水域9．27，人工水域11．23，滩地0．67，水田51．93，非湿地农业区18．21，城乡区8．69。关键词马尔柯夫过程；湿地；景观变化；四湖地区中图法分类号P901自然过程、人类活动一直在影响着湿地景观格较精确的分析，并且从中探索其动态变化的规律，我局的变化发展。尤其在人口与经济结构频繁调整变们分别选取了该

3、区1990年和1996年的I．andsat-化发展的当今社会，人们对湿地景观不同的作用方TM(比例尺1：1O万)的I．andsat—TM假彩色合成像式更是在强烈地影响甚至改变湿地景观格局的分布片，并且综合江汉平原的土壤类型图、地形图和土地与组合态势一。利用图，通过判读、解译和编制工作，分别制成了该国外如HuM和I．ippe等早在1979年和1985区湿地景观分布图，以此来进行四湖地区湿地景观年就曾用马尔科夫过程模型来解决植被生态预测的格局的变化研究l_3j。问题一，湿地景观格局的动态变化与土地利用格局1．2马尔科夫

4、模型的变化有着十分相似的联系。为此，我们将马氏过马尔科夫过程是一种特殊的随机运动过程。一程引入到湿地景观格局分析和预测中来，利用1990个运动系统在丁+1时刻的状态和丁时刻的状态有年和1996年2个时期的卫星影像来分析四湖地区关，而和以前的状态无关。这一点用于湿地景观格湿地景观格局的动态变化。局变化的预测是适合的。成功地应用马氏模型的关键在于转移概率的确定。1研究方法我们把四湖地区从1990年到1996年的时期分1．1区域选取与景观制图成2个不同的时间段(1990～1996年，1996年～)，江汉平原四湖地区属于我

5、国长江中游平原湖区再以年为单位，把景观格局变化分成～系列的离散湿地类型的重要组成部分，分布着由河流湖泊一沼泽的演化状态，从一个状态到另一个状态的转化速率一沼泽型水稻土一潜育型水稻土组成的湿地系统．境(即转移概率．步长为1a)，可以通过各时间段内某内以冲积、湖积平原为主．平原面积约占全区总面积类湿地景观类型的年平均转化率获得。的67．9。由于人类长期垦殖活动的影响．它成为我湿地景观单元转移概率的确定后，我们就可以国重要的农业基地，素有“鱼米之乡”的美誉。构筑成一个转移概率矩阵(FORMAN和GO—为了对江汉平原四湖地

6、区湿地景观格局进行比DRON．1990)．其数学表达式为：收稿Ij期：2001—12-22*旧家自然科学基金(49871071)阳家社会科学基金(OOBZ~)11)资助项日．~一2／⋯'-it、i，男．1965年生．副研究员．12fi-单位：中【科学院测量与地球物理研究所，武汉130077维普资讯http://www.cqvip.com第3期王学雷等：马尔柯夫模型在四湖地区湿地景观变化研究中的应用289rP¨PP02-2湿地景观变化趋势测算0P0P0P00根据马尔科夫过程性质和条件概率的定义，可P=IP。P。P。。

7、以运用马尔科夫过程的基本方程：P扩一∑PP圹一∑P2¨PIPmPP”3P，为湿地景观类型，转化为j-的转移概率。转求出1990年后各湿地景观类型的转移概率矩移矩阵的每一项●一元●一素有●一以下特●一点：阵P()中，任何一年的各元素P及各湿地景观类型所占比例，因此可以模拟出各湿地景观类型所占①0≤Po≤1，各元素为非负值；②∑J：1P一1，比例的变化情况。例如．我们利用初始状态矩阵，经即每行元素之和为1。过一10步转移到2000年，得到一个转移概率表(表3)。2结果与讨论运用同样方法，可以依次求出2010年、2020

8、2．1转移概率和动态模拟年、2030年、2040年和2050年各湿地景观类型所占以1990～1996年时间段来确定转移概率。初的比例(见表4)。始状态矩阵At===0，以1990年江汉平原四湖地区各下面我们来求经过较长的时间后，在保持当前湿地景观类型所占的面积百分比表示：人为干扰不变的前提下，各湿地景观类型处于相对9．6]r天然水域景观稳定状态时所可能达到的