基于CA-Markov模型的细河流域土地利用变化动态模拟.pdf

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1、第6期总第240期农业科技与装备No．6TotalNo．240至Q!!±鱼旦!叁g堕!旦!!旦!堂兰兰i兰里里竺壁!!!垒望旦!竺毂塑生里!世!巳坐竺堕』竺翌：兰Q!兰基于CA—Markov模型的细河流域土地利用变化动态模拟杜娟1，杨国范1’2，李佳奇1(1．沈『日农业大学水利学院，沈阳110866；2．沈阳工学院能源与水利学院，辽宁抚顺113122)摘要：为探讨细河流域的土地利用变化情况，利用1991．200l和2011年3期遥感影像解译得到的土地利用数据，采用CA—Markov模型模拟2011年的土地利用情景，确定模型可靠。以2叭1年数据为

2、基础，预测20a后的土地利用情况。结果表明：2031年细河流域的土地利用格局基本不变，与2011年相比，林地、草地、水域和建设用地处于增加状态，而耕地与未利用地则相对减少。关键词：土地利用，遥感，CA—Markov模型，细河流域中图分类号：F301．2文献标识码：A文章编号：1674一1161(2014)06—0059埘在人口急剧膨胀、全球环境恶化、能源趋于枯竭的当今．经济发展和生态环境保护之间的矛盾日益加剧。大量的研究表明，土地利用变化是引起全球环境变化的重要原因之一，也是目前全球环境变化研究的重要组成部分和核心内容。其格局在全球和区域尺度上

3、不断发生变化。通过开展不同时空尺度的土地利用景观格局研究．为相关部门提供较为准确、可靠的土地利用变化数据，为区域土地资源的优化配置及生态适宜性评价提供科学参考，对研究土地资源的可持续利用及社会经济发展具有重要的意义。基于1991年、2001年和2011年的遥感影像资料，以细河流域为研究对象，通过RS和GIS技术获取区域不同时期的土地利用情况．结合CA—Markov模型预测流域2031年的空间变化趋势，旨在为该区的土地利用规划、管理和生态恢复提供依据。1研究区概况细河位于辽宁省境内，是大凌河下游左侧最大的支流。地理坐标位于东经121032’20”

4、一121053’10，’、北纬4l。54730”～42007’10”之间。河流发源于阜蒙县他本扎兰乡骆驼山北坡牌楼营子村附近。流经阜新市区及阜蒙县的东梁乡、伊吗图乡、卧凤沟乡，于清河门区的蔡家屯入义县复兴堡汇人大凌河，干流全长约113km，流域总面积2932km2。地形复杂，所处大地构造按照高程划为低山丘陵区。该区处于温带半干旱、半湿润区．属北温带大陆性季风气候。典型的季节性河流，四季分明。雨热同季。2数据处理和解译根据中科院地理所数据中心提供的1991年、收稿日期：2014—05—12作者简介：杜娟(1982一)，女，硕士，从事水利信息化方面

5、的研究。2001年和2011年LandsatTM遥感影像数据，对各期影像进行预处理；根据中科院土地利用分类系统，将研究区土地利用类型分为6类。即耕地、林地、草地、水域、建设用地和未利用地，并结合土地利用现状资料建立各地类的解译标志；利用ENVI4．8和ArcgislO软件采用人机交互监督分类的方法获取3个时期土地利用现状图；对不同时期各地类的面积进行统计、叠加、提取、处理，分析区域不同时段的动态变化信息，结果见表l。3基于CA—Markov模型的流域土地利用预测3．1CA—Markov模型简介元胞自动机(CA)主要由元胞、元胞空间、元胞状态、邻

6、域、转换规则及离散时间构成。该模型强大的空间分析运算能力能够快速准确地模拟繁杂的动态系统。概括来讲，根据转换规则来决定元胞的状态变化是CA模拟的核心。即一个元胞≠时刻的状态及其邻域状态能够决定其t+1时刻的状态。Markov模型是俄国数学家提出的一种预测方法．其基本原理是运用概率论中的马尔科夫理论与方法分析随机事件的概率，并推断未来可能的变化趋势。在土地利用转化的空间模拟中，CA模型与Markov模型各具特色，但又都存在一定缺陷。CA模型具有较强的空间概念，可以很好地模拟复杂的空间演变能力。但单纯的CA模型存在一定的局限性．主要表现在：元胞状态

7、变化的转换规则获取难度较大．且状态变量主要局限于局部小环境，受外界大环境的影响较大。Markov模型比较侧重于数量方面的预测。但在预测过程中缺少空间变量．难以获取土地利用空间变化程度及格局的变化。CA—Markov模型充分利用了CA模型和Markov模型的优点，弥补了彼此的不足．不仅可以实现数量上的精确60农业科技与装备2014年6月表11991—2011年细河流域各土地利用类型面积及比例!兰垒!!!垒竺竺璺翌塑堕堂堡坐型!罂．啦竺!鳖塑墅墅竺!丝!塑垫!!一1991年2001年2011年土地利用类型——1丽元ii—————五石面i—————面

8、i玩二r————1i面万r————1i瓦石=：：；-————丽面积，km2比例／％面积／km2比例，％面积／l【m2比例，％预测，还能实现空间位置的直