基于CLUE-S模型的滇中城市群土地利用变化模拟

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土地利用变化作为影响全球环境变化的重要驱动因素,目前已成为国内外学者普遍关注的热点问题。土地利用变化模拟作为分析土地利用变化的一种重要手段,不仅能深入的了解区域土地利用变化的动态过程、驱动机制及土地利用变化与自然、社会经济之间的关系,还能为国土空间规划和管理提供科学构建依据,从而促进区域土地资源的可持续利用及社会经济的可持续发展。本文以滇中城市群为例,首先从土地利用的数量变化、转移变化、分形特征及空间变化四个方面分别探讨了滇中城市群2009-2015年的土地利用变化特征及规律。然后选择与土地利用变化相关的驱动因子,并确定适合研究区模拟的最佳尺度,再加入空间自相关因子构建Auto-Logistic模型,进一步提高模型的精度。最后运用CLUE-S模型,对滇中城市群2009-2015年土地利用空间分布进行模拟,并设置3种不同的情景,预测滇中城市群2025年的土地利用空间分布格局。本研究得到的主要结论如下:(1)通过分析2009-2015年的土地利用变化特征及规律表明:从数量变化上看,除建设用地外,其他各类用地均呈减少趋势,其中耕地面积减少最多,而建设用地呈迅速增加的趋势。从转移变化来看,耕地的转换是最为活跃的,转出面积较多,同时也得到了一定的补给,而建设用地几乎只有转入,没有转出,呈净增长趋势。从分形特征看,除牧草地外其他各类用地的分形维数均有所增加,稳定性指数减小,表明整体上抵御外界干扰和维持自身稳定的能力有所下降。从空间变化看,滇中城市群的各土地利用类型的重心均发生了或大或小的转移,但整体来看其重心转移不明显。(2)依据所设计的6个空间尺度进行二元Logistic分析,获得不同尺度下的回归系数及ROC值,对比分析得到模拟的最佳尺度为700m×700m;且可得出不同的尺度下影响各土地利用变化的驱动因子组合情况不尽相同,呈现出“尺度效应”,但即使规模尺度不同,各驱动因子对各用地类型分布格局发生概率的作用大小相差不大且作用的基本方向是一致的。(3)在Auto-Logistic回归模型下除牧草地外其他各类用地的ROC值均有所增加,均超过0.7,说明Auto-Logistic回归模型可以进一步提高各土地利用类型的预测能力,且所构建的模型是有效的。(4)运用CLUE-S模型对2015年的土地利用空间分布格局进行模拟,模拟结果精度评价结果显示:总体模拟精度达91.77%,且Kappa指数达到0.904,说明模型构建较为成功,可以使用该模型及其设置的相关参数来预测滇中城市群未来的土地利用分布。(5)三种不同情景下的模拟结果显示:在自然演化情景下各城市周边大量的耕地、林地及其他土地等均会被侵占为建设用地,从而导致城市四周很多优质的农用地、生态保护用地不断流失。在耕地保护情景下,耕地减少的幅度得到减缓,减少面积只为自然情景下的三分之一,很多优质的耕地资源得到保护,从而使得滇中地区的粮食安全得到更好的保障。在生态保护情景下,严格限制生态保护红线区域土地利用的转移,使得建设用地上升的幅度比自然演化情景下低很多,极大的保护了滇中城市群的生态用地,使得该区域的生态环境向着和谐健康的方向发展。论文通过构建多个尺度进行试验,确定模拟的最佳尺度;然后加入空间自相关因子,构建Auto-Logistic模型,进一步提高模型预测的精度;最后设置三种不同的模拟情景,首次对滇中城市群不同情景下未来的土地利用状况进行预测。从而使得研究区建设用地向着有序、合理、安全的方向发展,并确保研究区内的生态安全及粮食安全不受威胁,促使区域朝着社会经济与生态可持续的方向发展。
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