基于CA-Markov模型的黄土丘陵区土地利用变化.pdf

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1、第26卷2010年第11期11月农业工程学报TrallsactionsoftheCSAEV01．26No．11Nov．20lO297基于CA．Markov模型的黄土丘陵区土地利用变化刘淑燕1，一，余新晓蝶，李庆云1，李洪禹1，雷凤燕3(1．水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京林业大学水土保持学院，北京l00083；2．江河水利开发中心有限责任公司，北京100053；3．内蒙古通辽市绿色食品发展中心，通辽028000)摘要：为探讨黄土丘陵区的土地利用变化规律以及驱动机制，以罗玉沟流域作为典型流域，基于1986、2001年的1M影像为数据源，对十地利用格局分布进行分析，并运用C

2、A．Markov模型，以2001年的土地利用格局为基础，预测了2016年流域的土地利用的空间格局分布。结果表明，罗玉沟流域土地利用格局在1986年以前，以坡耕地为主，面积占59．67％，其次为梯田、草地和林地。从1986年到2001年林地和梯田的而积均有显著增加，坡耕地面积则显著减少，其余土地利用类型面积变化不大。从单一土地利用类型动态度来看，面积增加大的土地类型同时具有较高的动态度，梯田的动态度最大达到了15．09，林地的动态度次之。CA．Markov模型预测结果表明2001—2016年期间土地利用变化继续保持1986—2001年间的变化趋势，总体上表现为坡耕地减少，林地和梯田

3、增加，但坡耕地的减少速率却明显小于1986—2001年，这主要是由于剩余的坡耕地受立地条件、政策措施等一系列的因素的影响。其他土地类犁之间的相互转化，面积较小，基本处于比较稳定的动态变化之中。根据模拟结果可调整各类土地利用／覆被格局，为该区土地利用规划、管理和生态恢复提供科学依据。关键词：元胞自动机，马尔柯夫过程，土地变化，黄土丘陵区doi：10．3969／j．issn．1002—6819．20lO．11．051中图分类号：F301．24文献标志码：A文章编号：1002—6819(20lO)一ll—0297一07刘淑燕，余新晓，李庆云，等．基于CA．Markov模型的黄土丘陵区土

4、地利用变化[J]．农业工程学报，2010，26(11)：297—303．“uShuyaIl，Yuxinxia0，LiQingyun，eta1．bndusech孤gemlo髂shillyre百onb硒edonCA-Markovmodel【J】．Tr柚sactio嬲oftheCSAE，20lO，26(11)：297—303．(inChinese谢thEn封ishabs位Ict)0引言自1995年国际地圈一生物圈计划(IGBP)和国际全球环境变化人文因素计划(IHDP)联合提出“土地利用／覆盖计划”(Landuse／coverchange)研究计划以来，区域土地利用／覆盖变化便成为全球

5、的研究热点之一【l。2】，不同时空尺度的土地利用／覆被变化研究有助于揭示人类社会影响下区域及全球生态环境变化的过程、机理等，而模型的应用研究是该计划核心。马尔柯夫(Markov)模型在土地利用变化建模中有广泛应用p圳，但传统Markov模型难以预测士地利用的空间格局变化。元胞自动机(cellularautornaton，CA)模型具有强大的空间运算能力，可以有效地模拟系统的空间变化【5击J。元胞自动机作为一种时空动态模型，不是由严格定义的物理方程或函数确定，而是由·系列模型构造的规则构成，这使得元胞自动机不同于一般的动力学模型。它具有鲜明的时窄耦合特征，特别适于复杂地理空间系统的

6、动态模拟研烈¨。其“自下而上”的研究思路，强大收稿日期：2009-03一16修订日期：20lO．1l_08基金项目：国家自然科学基金资助项目(40871136)作者简介：刘淑燕(1979一)。女，内蒙占赤峰人。博士生，主要从事森林生态、土壤侵蚀、水土保持方面的研究工作。北京北京林业大学590#信箱，100083，Email：lshya蛆@126．c鲫※通信作者：余新晓，教授，主要研究方向为水土保持、流域水文和景观生态等。北京北京林业大学水土保持学院，100083。Email：yIJxi矾iao@协m．edu．饥的复杂计算功能，固有的平衡计算能力、高度动态以及具有空间概念等特征，使

7、得它在模拟空间复杂系统的时空演变方面具有很强的能力，目前被广泛应用于城市增长、扩张以及土地利用变化方面的模拟【8】，并取得了很好的研究成果【9．16】。例如，white和Engelen运用约束性cA模型成功模拟了辛辛那提土地利用的变化【l¨l】；C1arke等模拟了美国旧金山地区的城市发展【l2】；Wu运用Lo西stic回归CA模型模拟了广州市的扩张【13】；黎夏和叶嘉安则对东莞市的城市扩张进行了系列研究【l¨5】：候西勇等运用CA—Markov模拟了河西走廊土地利用变化【l6l