基于CLUE-S模型的浙江省土地利用结构变化趋势分析

土地利用格局变化及未来发展情景对省域土地合理规划和生物多样性保护具有重要意义。以东部典型区域浙江省为例,根据浙江省2013和2018年两期精度500 m×500 m土地利用数据、浙江省陆地国家公园、国家级自然保护区数据,分别设置了土地利用结构和经济社会发展速率维持现状的情景、自然保护地体系建立情景和城市扩张情景。选取高程、坡度、人口等11种影响因素作为驱动因子,采用CLUE-S模型拟合浙江省2018年的土地利用覆被格局并判断拟合精度,进而模拟出三种情景下研究区2030年的土地利用格局演变。结果表明:1)Logistic二元回归分析结果ROC值均大于0.699,表明所选驱动因子对土地利用类型的解释能力较为准确。2)Kappa系数高达0.9460,表明模型能够准确的模拟浙江省土地利用分布格局;3)与2018年浙江省土地利用情况相比,2030年在不同情景下土地利用面积与空间分布均发生了一定的变化,土地利用结构和经济社会发展维持现状情景下建设用地持续扩张,建设用地面积增加16575 hm^(2),显著增加的区域主要位于杭州市郊和温州市郊。自然保护地体系建立情景下,林地、水域分别增加了15625、1600 hm^(2),耕地、草地和建设用地分别减少了1550、1700和13975 hm^(2),空间上都呈现均匀变化。城市扩张情景下,建设用地面积迅速增加145800 hm^(2),增加部分多数位于原有建设用地的外围。三种情景对比下,自然保护地体系建立情景是浙江省2030年最适宜的土地利用土地覆被格局。2030年浙江省在自然保护地体系建立情景下生态空间的面积最大,为6741925 hm^(2),年均增加速度为0.0192%。

基于CLUE-S模型的吴忠市土地利用时空演变及多情景模拟预测

【目的】研究不同情景下的未来土地利用时空演变格局,为合理利用土地资源、科学规划国土空间开发格局和区域高质量发展提供助力。【方法】研究团队以宁夏回族自治区吴忠市为研究对象,选取2000年、2010年和2020年3期土地利用数据,运用土地利用转移矩阵、CLUE-S模型,分析研究区2000—2020年土地利用变化特征,模拟自然增长情景、生态保护情景和经济增长情景下2030年吴忠市土地利用演变特征。【结果】1)2000—2020年吴忠市草地面积占比最大,其次是耕地和未利用地,建设用地面积不断增长;建设用地面积变化最快,并以耕地转化为建设用地为主。2)2030年建设用地面积在自然增长情景下将会减少,生态保护情景下林地面积增幅较大,经济增长情景下各土地利用类型变化较小。3)在3种情景下,吴忠市2030年土地利用结构仍然以耕地、林地、草地为主,建设用地面积在生态保护情景和经济增长情景下将呈增长的趋势,在自然增长情景下将呈减少趋势。【结论】生态保护情景下的预测结果更符合国土空间规划要求和经济社会发展的需求。该研究成果对推动吴忠市未来土地利用格局规划具有重要意义。

基于CLUE-S模型的矿业城市土地利用变化情景模拟

为了对矿业城市的土地利用情景进行预测,该文以典型矿业城市武安市为例,将GIS技术和CLUE-S(conversion of land use and its effects at small regional extent)模型应用到武安市土地利用变化情景模拟研究中,通过土地利用结构变化、矿业城市土地利用空间分布和驱动因子的定量关系对武安市土地利用变化进行相应约束,设计了趋势发展情景、耕地保护情景、生态安全情景3种模式,生成2020年不同情景方案下土地利用预测图,并对预测结果进行比较分析。研究结果表明:在趋势发展情景下,林地、建筑用地呈现上升趋势,体现了经济发展和环境保护双管齐下的成效,这也与实际情况相吻合;耕地保护情景下,耕地分布制约了建设用地的适度扩张;生态安全情景下,受生态环境政策影响,林地增长趋势明显,工矿用地急剧减少。综合考虑到武安市社会、经济、生态以及耕地保护等多方面的协调发展,研究认为趋势发展情景更为合理,其他2种情景可为趋势发展情景进行适度的修正和补充。该研究为区域土地资源的优化配置提供决策依据,同时研究结果也进一步验证了CLUE-S模型能够较好地模拟预测不同约束条件下矿业城市土地利用空间变化。

基于CLUE-S模型的湟水流域土地利用空间分布模拟

基于CLUE-S模型,以青海湟水流域为研究区,分别利用1987年和1996年两期土地利用数据,运用逻辑斯蒂逐步回归方法选择自然和社会经济等18种驱动因子,对湟水流域2007年土地利用空间分布格局进行模拟。在此基础上,构建流域2008—2027年土地利用变化的4种不同情景,并模拟了4种情景下2027年土地利用空间分布格局。研究结果表明:(1)两期模拟总体精度分别达到了88.31%和89.96%,4种Kappa指数均大于0.82,表明CLUE-S模型在湟水流域具有良好的土地利用模拟能力。(2)流域2008—2027年不同情景下,城乡居住建设用地在4种情景下均表现为明显增加,主要沿湟水河谷区域扩展,而3种退耕情景下的坡耕地空间格局模拟结果存在着明显的空间差异,从情景二、情景三到情景四,流域内坡耕地范围逐步减小,林地、草地面积范围增大,退耕部分主要分布在流域东部、西部和北部:东部地区退耕的范围主要是集中在乐都县和民和县;北部地区退耕的范围主要是集中在大通县县城北部;西部地区退耕范围则主要在湟源县县城西北部的湟水河两岸。研究结论可为湟水流域未来土地利用管理、规划及政策的制定等提供参考依据和决策支持。

CLUE-S模型在南京市土地利用变化研究中的应用

土地利用/覆盖变化模型是研究区域景观动态并解释其驱动机制的重要技术手段。应用CLUE-S模型,在LandsatTM影像等相关数据支持下,对南京地区1998—2006年土地利用的时空动态变化进行了研究。结果表明:各土地利用类型变化受地形因素影响最大,人均GDP与城镇用地和农业用地的分布呈显著相关,城乡主干道对土地利用变化的贡献显著大于省级及以上道路;海拔较高区域林地的发生比率较高,而地形低平区域农田、城建用地的发生比率较高。经检验,在300m空间分辨率水平,对南京地区2003年、2006年土地利用状况模拟的精度分别达到了85.7%和84.1%;而通过将研究区分成若干子区,分别修正模型参数并重新模拟,准确率提高到89.7%和88.3%,分区赋值法有效地提高了模拟精度。研究表明,CLUE-S模型对城市发展的空间结构也有较强的预测能力,对指导城市规划、分析景观动态的驱动机制有重要参考价值。

土地利用模型时间尺度预测能力分析——以CLUE-S模型为例

模型模拟是生态学中的重要方法,特别是当实验不可进行时。在不同预案下基于模型的土地利用预测对于土地利用规划和政策制定具有十分重要意义。然而,很多研究没有对模型在研究区的时间尺度预测能力加以分析,从而可能导致模拟结果的不可靠。以岷江上游地区为例,采用Kappa指数系列对CLUE-S模型在研究区的时间尺度预测能力进行研究。结果表明CLUE-S模型在岷江上游地区时间尺度上的最大预测能力为22a,超过时间预测能力的预测结果不可靠。研究为土地利用模型模拟时间尺度确定提供了一种有效的方法。

基于CLUE-S模型的不同情景下区域土地利用布局优化

土地利用规划要求把土地资源最终配置在空间上,而现有文献更多是对土地利用结构的优化,很少对全局土地利用布局优化,鉴于此,为减轻土地利用规划的多目标冲突,同时为提高资源配置效率,释放空间效应,对不同情景下的土地利用布局优化进行研究。用非线性优化模型中的理想点法求取了不同情景下最优土地利用结构,用Logistic回归提取了不同用地的优化布局规则,以不同情景下的土地优化结构为数量约束,借助CLUE-S模型的全局配置能力对各情景下的用地布局作优化,并以扬州市为实例进行阐述。结果表明:(1)优先发展经济情景下,2025年扬州土地利用经济产值是10.4×10~7万元,优先保护生态情景下,目标年生态服务价值是9.7×10~5万元,保障公众福利情景下,公众福利大小是351271 hm^2;(2)经济增长目标对土地利用结构的情景变化最为敏感,而公众福利目标的敏感性最小;(3)与基期年比,发展经济与保育生态情景下的土地优化布局变化最大,前者主要是市区城镇工矿用地向东部及西北扩张,后者则是在西南丘陵及南部长江岸边配置了大量园地、林地。提出的不同情景下土地利用布局的优化方法可为土地利用规划及生态规划提供有力技术支持。

CLUE-S模型原理与结构及其应用进展

空间模型是土地利用/土地覆被变化研究的重要内容和方法,CLUE-S模型是这类模型中应用较多的一种。该文分析了CLUE-S模型的运行原理和结构组成,指出:CLUE-S模型运用系统论的方法处理不同土地利用类型间的竞争关系,在综合考虑诸多限制因素和转换规则的前提下,通过反复迭代运算,把土地利用变化类型逐步分配到一定的空间单元中,将模拟结果精确直观地反映到空间位置,是一个较好的土地利用变化空间模拟模型。在此基础上,系统阐述了模型5个组成模块的机理结构和6个参数文件的特征,并对参数内涵和设置规则进行了介绍。最后概述了CLUE-S模型在国内外的应用进展,分析了CLUE-S模型的应用前景和领域及模型的不足之处。

基于CLUE-S模型的别拉洪河流域土地利用变化模拟

以别拉洪河流域为研究区,根据3期(1986年、2000年和2005年)土地利用数据,结合道路、河流、居民点、湖泊、沟渠、海拔、坡度、坡向、人口等驱动因子,运用Logistic逐步回归分析,筛选出具有决定作用的驱动因子,然后构建了模拟别拉洪河流域土地利用变化的CLUE-S模型,动态模拟了该流域土地利用变化的时空模式。结果表明,人口密度、坡度和海拔是影响土地利用空间分布的重要因素。经检验,CLUE-S模型模拟取得了较为理想的结果,在基本单元(300 m×300 m栅格)的水平上,模型对研究区2000年和2005年土地利用分布格局模拟的总体精度分别达到78.45%、90.93%,Kappa指数分别为0.74、0.89。这说明模型具有成功模拟区域土地利用时空动态变化的能力。

基于CLUE-S模型的西部干旱区土地利用变化情景模拟

为探讨西部干旱区城市化进程中土地利用时空演变规律,以库尔勒市城市扩展区为研究对象,依据1998、2005年和2010年3期遥感影像及相关社会经济数据,分析研究区快速城市化进程中的土地利用结构变化,并以2010年土地利用格局为基础,采用CLUE-S模型分别模拟了自然增长、水资源约束和生态保护情景下研究区2020年的土地利用格局。研究结果表明:各情景下,耕地、建设用地和园林地的面积都不断增加,未利用地面积持续减少。在水资源约束情景下,耕地和水域受到保护,建设用地扩展速度被抑制;在生态保护情景下,通过对园林地、水域和荒草地等生态用地的保护,限制城镇盲目扩张,对保护研究区生态环境有重要意义。

基于CLUE-S模型的多目标土地利用格局模拟与优化——以河北省廊坊市北三县为例

为解决土地利用规划的多目标性并提升土地利用效率,该文以河北省廊坊市北三县为例,借助CLUE-S模型对土地利用格局进行多目标模拟。首先,以2000年土地利用数据为基期,筛选10种影响土地利用变化的因子,选择100m×100m、200m×200m、300m×300m、500m×500m共4种空间尺度,调试CLUE-S模型,对研究区2013年土地利用格局进行模拟和验证,得出200m×200m尺度下各地类ROC值均大于0.7,为最佳模拟尺度,模拟效果检验的Kappa系数为0.8813,说明建立的CLUE-S模型能准确模拟研究区土地利用变化。然后,在非空间模块中嵌入灰色预测模型和目标优化模型,预测以自然发展和"生态-经济"为目标的2020年土地利用需求;在空间模块中以2013年土地利用数据为基期,模拟基于不同目标需求的2020年土地利用格局。不同目标需求的土地利用格局模拟结果存在较大差异:1)自然发展目标下,建设用地和未利用地数量增加,耕地、林地和水域数量减少;布局上呈现散布的小块建设用地基本不变,大片建设用地无序扩张。2)"生态-经济"目标下,建设用地、林地和水域面积增加,耕地、未利用地数量减少;布局上呈现建设用地空间聚集,耕地趋于集中连片,林地相间分布。以生态建设和集约利用为原则,严格设定用地类型转换规则,保障了该模拟结果中各类用地的优化布局。最后,基于土地优化格局,提出通过城乡建设用地增减挂钩实现建设用地的集约利用,同时适度开发未利用地,保护林地、耕地和水域等生态用地,以实现研究区土地高效利用和可持续发展。

CLUE-S模型及其在奈曼旗土地利用时空动态变化模拟中的应用

在对目前常用的土地利用变化模型进行调研的基础上,认为CLUE-S模型是众多模型中适用于区域土地利用变化研究的一种较好的模型;它是根据系统论的观点,在深刻理解土地利用系统内土地利用变化特征(包括关联性、竞争性、稳定性以及等级性等)的基础上构建而成,具有同步模拟不同土地利用变化的能力。论文以奈曼旗为例,根据1985年的空间图形数据,结合道路、居民点、城镇、水域的分布、以及地形和土壤等驱动因素,对其2000年的土地利用变化格局进行模拟;并用2000年的土地利用现状图对模拟结果进行检验。结果显示,在基本单元(500m×500m栅格)的水平上,模拟的正确率为85%,Kappa指数值是0.80。说明CLUE-S模型具有成功模拟区域土地利用时空动态变化的能力,是值得向国内同行推荐的一种较好的LUCC模型。

基于CLUE-S模型的干旱区典型绿洲城市土地利用变化时空动态模拟研究——以新疆奎屯河流域为例

在水资源条件约束下,干旱区绿洲城市有其独特的城市空间形态,水资源分布直接影响着城市的选址、规模及空间扩展等。该文利用新疆奎屯河流域主要城镇1999-2011年的土地利用/覆被变化(LUCC)、自然资源及社会经济数据,建立了现势延续、协调发展、节水发展和经济优先4种情景驱动的CLUE-S模型,模拟奎屯河流域2011-2030年的土地空间格局变化,分析水资源约束下干旱区土地利用空间发展过程。结果表明,所有情景中各土地利用类型都存在转换,其中:草地变化最大,平均占比38.16%;耕地次之,为23.63%;林地、未利用地和盐碱地的平均占比依次为11.63%、11.40%和9.47%。从土地利用变化需求趋势和情景模拟结果可知,节水型发展是研究区未来空间发展的最优模式。

基于SWAT和CLUE-S模型的不同土地利用方式对排涝模数的影响

【目的】研究土地利用方式变化对排涝模数的影响,优化区域排涝管理。【方法】选取湖北四湖流域螺山排区为研究区域,将流域水文模型SWAT和土地利用变化模型CLUE-S联合应用,设置了6种水旱比、5种水面率及5种城市化率的单因素变化(即其他2个因素不发生变化)条件下不同土地利用情景,应用CLUE-S模型模拟生成各情景下的土地利用空间分布图,建立了SWAT模型模拟不同土地利用情景的降雨径流过程,分析了不同土地利用方式对排涝模数的影响。【结果】在相同的设计暴雨、其他因素维持现状条件下:当水旱比由0增加到1时,排涝模数减小了0.117 m^3/(s·km^2);当水面率由0增加到20%时,排涝模数减小了0.111 m^3/(s·km^2);当城市化率由0增加到10%时,排涝模数增加了0.104 m^3/(s·km^2)。排涝模数随着水旱比和水面率的增大均呈减小趋势,随着城市化率的增大呈增大趋势。在相同设计暴雨、其他因素维持现状条件下:当水旱比由0增加到0.2时,排涝模数只减小了3.06%;当水面率由0增加到10%时,排涝模数减小了14.03%;当城市化率由0增大到10%时,排涝模数增大了16.67%。3种引起土地利用方式变化的因素中,排涝模数对水面率和城市化率变化的敏感程度相当,对二者的敏感程度明显大于水旱比。【结论】在未来区域规划中,可以通过增大水旱比、增大水面面积和限制城市扩张来减轻排涝压力,其中适当增大水面面积和限制城市扩张更加有效。

基于CLUE-S模型的南四湖流域土地利用及其生态效应评估

[目的]分析南四湖流域土地利用变化的生态效应并探讨其动态演变特征,为流域土地资源的合理开发利用和生态系统的保护提供参考。[方法]基于南四湖流域2000至2015年土地利用数据,利用生态系统服务价值核算模型及CLUE-S模型对南四湖流域的生态服务价值及其动态演变特征进行计算和分析。[结果]2000—2015年南四湖流域耕地、草地和未利用地面积减少,林地、水域/湿地和城乡建设用地面积增加,南四湖流域整体生态系统服务价值增加了9.10亿元,但粮食生产、气体调节和保持土壤等生态功能分别下降了0.85%,0.85%和1.29%,生态问题依旧存在,生态系统服务价值分布不均匀,生态减值区的分布范围大于生态增值区。2030年流域内生态系统服务价值略微增加,而粮食生产、气体调节和保持土壤等单项生态系统服务功能继续下降,生态价值极低区以城市为中心向四周扩张,生态增值区范围缩小。[结论]虽然研究区内生态系统服务价值呈上升趋势,但生态价值分布不平衡,生态服务功能有升有降,因此有必要制定相应的措施,来控制土地利用类型的转换,平衡流域内的生态环境。

基于CLUE-S模型和Markov模型的土地利用变化模拟预测——以德阳市为例

在四川省德阳市现有土地利用数据的基础上,充分整合自然和社会因素的影响,全面考虑各土地利用类型的供需平衡关系,以此对德阳市未来不同发展情景下的土地利用变化进行模拟预测。在地理信息系统(GIS)技术的支持下首先对CLUE-S模型的预测精度进行验证,然后利用CLUE-S模型和Markov模型相结合的方法对研究区未来4种不同情景的土地利用变化进行模拟预测,并系统分析各情景下土地利用变化的特征。CLUE-S模型能较好地运用于对德阳市的土地利用变化的模拟;在"历史趋势发展"和"经济优先发展"情景下,城乡工矿居住用地增幅明显,扩张趋势明显,尤其以东北部平原区最为明显;在"粮食安全"情景下,土地利用变化的趋势较为缓和,耕地向其他用地的转化得到了一定的限制,有效地满足了区域的粮食安全需求;在"生态安全"情景下,林地得到了有效的保护,水域和草地增幅明显,城乡工矿居住用地增幅减缓,进而有效地保障了地区的生态安全。CLUE-S模型和Markov模型相结合模拟的结果能够对区域规划和相关土地利用政策制定提供有力的技术手段和科学支撑。

基于CLUE-S模型的煤矿城市土地利用变化模拟

以淮南市为研究区,选择1985、1995、2005、2016年土地利用数据,在分析土地利用动态变化特征的基础上,利用CLUE-S模型模拟预测了未来土地利用格局。结果表明:1985-2016年,研究区耕地面积减少11.62%;建设用地和水体面积百分比分别增加7.98个百分点和4.29个百分点。2005-2016年是各地类变化最强烈的阶段,其综合土地利用动态度最大,为13.46%。建设用地变化速率最快,其土地利用动态度为5.19%。土地转移主要发生在耕地、水体和建设用地之间,以耕地向建设用地和水体的转换为主。耕地转为建设用地的面积达207.61 km^(2),新增水体集中分布在潘谢矿区。加入空间自相关性和土壤质量因子后,耕地和建设用地的Logistics回归效果显著改善,ROC分别增加0.201和0.133。年均降水量是影响耕地变化的主要驱动因子,与耕地分布概率呈负相关;而建设用地变化主要驱动因子为GDP。土地利用模拟的Kappa系数为0.74,CLUE-S模型在研究区域具有较好的模拟能力。运用CLUE-S模型预测了研究区2028、2034、2040年土地利用空间分布,未来土地利用空间分布格局总体上没有明显变化,各用地类型面积变化相对稳定。

基于CLUE-S模型的京津冀城市群土地利用变化时空模拟

针对京津冀城市群协同发展对土地利用的需求,制定现状延续、粮食安全、保护自然和城市扩展4种土地利用策略。使用改进的柯布-道格拉斯效用函数,量化土地利用策略对各土地利用类型需求的影响,并利用CLUE-S模型模拟不同策略下京津冀城市群土地利用的时空特征。结果表明,在不同土地利用策略下,2020年各类土地利用类型的面积和空间格局与2010年有较大不同。现状延续策略以城镇持续扩张为特征,建设用地增加2280 km^2;粮食安全策略下耕地面积显著增加,共增加3611.4 km^2,但林地和草地等生态用地面积减少;保护自然策略以耕地大量减少为代价,共减少耕地3082.13 km^2,但林地、草地和水域增加3726.4 km^2;在城市扩展策略下,除建设用地大幅增加(增加3375 km^2)外,其他各类用地都呈现减少态势。在空间格局上,各策略下土地利用类型的转化有显著的区域特征:建设用地的增加和耕地的减少高度契合,往往发生在原有城镇的周边地区;生态用地的增加多出现在坝上高原以及燕山与太行山山地。在京津冀协同发展战略逐步实施的背景下,研究结果可以为制定不同偏好的土地利用政策提供参考。

CLUE-S模型在长白山自然保护区外围规划中的应用

受自然保护区旅游业快速发展影响,长白山自然保护区外围土地利用变化加剧。因此,对区域土地利用布局进行科学规划具有十分重要的意义。以长白山自然保护区外围30 km区域为研究对象,探讨了CLUE-S模型在小尺度土地利用规划中的应用。在分析研究区1991—2007年土地利用变化的驱动力基础上,根据区域规划预案,模拟2020土地利用布局。利用模拟结果划定空间管制区和乡镇布局,并与现有规划进行了对比。结果表明,基于CLUE-S模型的土地规划明显抑制了区域景观破碎化进程,减弱了人为活动对景观的影响,该方法可以为长白山区域土地利用规划提供有力的技术手段和科学支撑。

基于CLUE-S模型的广西喀斯特山区生态系统服务价值变化研究

以广西2000年、2005年土地利用现状数据为基础,基于GIS平台,综合利用ArcGIS 10.1,CLUE-S模型以及SPSS 19.0等软件,结合谢高地等对中国陆地生态系统单位面积生态服务价值表,修正计算得到了2015年广西壮族自治区生态服务价值空间分布图与生态系统服务价值表,并同1995年、2000年和2005年数值对比揭示了广西喀斯特山区生态系统服务价值时空变化规律,发现构成该区生态系统服务价值主要土地类型是耕地、林地、草地;如果保持2001—2005年的人类影响不变,2015年广西喀斯特地区生态系统服务价值将基本平稳,达到664.39亿元;生态服务价值高值区有扩大趋势,同时低值区也仍然在扩大,中值区有所缩小,特别西南地区、东北地区低值区有所扩大,要警惕建设用地扩张与辐射作用,由此可见喀斯特地区生态环境保护形势依旧十分严峻。