基于Invest模型和Flus模型的江苏省碳储量变化模拟与预测

为明确土地利用变化对碳储量的具体影响,实现耕地、林地等生态环境的更好保护,以江苏省为例,基于2000年、2010年和2020年土地利用数据,采用Invest模型的碳储存和固定模块以及Flus模型ANN模块、CA模块、Markov Chain模块,分析了江苏省不同土地利用类型碳储量变化特征,并预测了自然发展情景和生态保护情景下2030年和2050年江苏省碳储存与固定情况。结果表明,2000年、2010年与2020年,江苏省碳储量整体呈下降趋势,从1803.948×10^(6)t下降至1641.008×10^(6)t,其中耕地碳储量下降最多,为239.494×10^(6)t。这种现象的发生与江苏省工业化和城市化导致的耕地和林地等面积的减少并转为建筑用地有关。此外,各市碳储量差异较显著,其中盐城市碳储量最大,占全省总碳储量的16.12%,无锡市在全省碳储量中占比最小(4.12%)。基于ArcGIS 10.2软件和GeoDa 1.20软件分析发现,2000—2010年,南京、无锡、常州的碳储量分布呈低-低聚集,连云港市呈低-高聚集;2020年无锡、常州、镇江呈现低-低聚集,连云港市呈现高-高聚集。本研究预测结果表明2030年和2050年的生态保护情景下碳存储能力较自然发展情景有一定提升,分别提升6.069×10^(6)t和5.861×10^(6)t。本研究结果可为江苏省更好地建设生态环境提供数据支撑。

耦合NSGA-Ⅲ和FLUS模型的生态脆弱农区土地利用多目标协同优化配置

依托数学模型和情景模拟,形成弹性的土地利用优化配置方案,对促进生态脆弱农区生态、农业和经济用地协调发展具有重要意义。以河套灌区乌兰布和灌域为例,采用MSPA(morphological spatial pattern analysis)和斑块重要性指数识别和提取生态源地,耦合NSGA-Ⅲ(non-dominated sorting genetic algorithmⅢ)和FLUS(future land use simulation)模型,基于4种情景模拟形成具有弹性的生态脆弱农区土地利用优化配置方案。结果表明:基于NSGA-Ⅲ可以快速形成研究区多目标下的Pareto解集,且解集内的各目标效益均优于2020年土地利用效益值。生态安全优先发展、粮食生产优先发展和经济优先发展情景存在其他两项目标效益提升不明显的情况。相对来说,最小土地利用变化条件下的均衡效益发展情景可在土地利用变化幅度最小的情况下,达到更高、更均衡的综合效益。制订土地利用优化配置方案时,在参考各情景土地利用优化配置布局的基础上识别土地利用协调冲突区,有助于形成弹性的土地利用优化配置方案,以适应区域可能发生的内外部经济政策环境变化。

FLUS模型和PLUS模型在年楚河流域土地利用模拟中的应用与对比

为准确进行西藏年楚河流域未来土地利用模拟,对比分析了FLUS模型(Future Land Use Simulation Model)和PLUS模型(Patch-generating Land Use Simulation Model)在该流域LUCC(土地利用(Land use)/土地覆盖变化(Land cover change))模拟的结果,并在此基础上开展了研究区2030年的土地利用模拟应用。结果表明:(1)采用本地化参数的FLUS模型获得的模拟结果与真实数据的Kappa系数(0.6350)、FOM系数(0.0800)以及模拟图像的总体精度(0.8240)均优于PLUS模型模拟的结果,表明FLUS模型在研究区具有更好的适用性;(2)依据过去的土地利用变化数据对模型的领域权重和转移矩阵参数进行本地化处理,可提高模拟结果与真实数据的Kappa系数,有助于增强模型在区域的适用性;(3)基于FLUS模型的2030年年楚河流域土地利用模拟结果显示,该区域草地、湿地与水体面积将继续减少,耕地、城市、未利用土地、积雪与冰川将增加,林地变化不大,其中,最主要的土地利用变化由草地变为未利用土地。

基于改进FLUS模型的北京市低碳土地利用情景模拟

合理的土地利用计划对避免高碳排放有着重要意义,进行低碳经济视角下的土地利用优化模拟有利于绿色发展和土地资源科学配置。以北京市为例,将兴趣点(point of interest,POI)数据纳入FLUS模型的BP-ANN算法模块中对其进行改进,利用2010年和2020年2期土地利用数据对改进模型的模拟精度进行对比验证。在此基础上,耦合Markov法及理想点法,对研究区2030年自然演变情景及低碳经济情景下的土地数量结构和空间布局进行模拟分析。研究结果表明:①引入POI数据的FLUS模型在模拟2020年土地利用时,Kappa系数提高4.85%、总体精度提高3.42%,改进模型有利于提高模拟精度;②经模拟验证,在自然演变情景中,碳排放量增加7.70%,建设用地面积增长7.68%,耕地、草地面积持续减退;③在低碳经济情景中,与自然演变情景相比,碳排放量减少198.49万t,建设用地持续扩张的趋势得到遏制,浅山区草地被占用的现象得到缓解,北部林地面积增长明显。研究说明了土地利用模型的模拟精度随城市发展元素的变化而变化,纳入POI数据可以为土地规划提供更好的决策支持,低碳经济导向的土地结构调整及空间布局优化,可以为区域土地合理利用和规划布局提供参考。

基于InVEST与FLUS模型的准格尔旗水源涵养功能分析

土地利用是生态系统水源涵养功能的一个重要驱动力。随着全球气候变化的发展,准格尔旗水源短缺问题日益严重。本研究基于FLUS模型预测自然发展、城市发展与生态保护情景下2040年准格尔旗土地利用变化,运用InVEST模型分析了准格尔旗水源涵养的时空变化,结果表明:三种情景下FLUS模型的Kappa系数为0.87,0.88和0.83,均大于0.80,说明FLUS模式能很好地模拟研究区的土地演替。运用InVEST模型得出2040年城市发展情景水源涵养量最低为2.98×10^(8)m^(3),生态保护情景水源涵养量最多为3.37×10^(8)m^(3)。全旗的水源涵养量总体表现为“东高西低”“北高南低”的基本分布模式。根据各土地利用类型单位面积水源涵养能力的差异,其强度按以下顺序排列:草地>林地>耕地>水域>建设用地>未利用土地。通过对准格尔旗的土地利用状况和水源涵养功能的研究,能够为规划生态保护区提供管理建议,为社会经济发展提供理论支撑。

耦合MOP与FLUS模型的杭州市土地利用格局优化及权衡分析

调整优化城市土地利用结构与布局,实现社会经济发展和生态保护的协同优化是城市土地利用规划管理和决策的关键。该研究使用多目标规划(multiple objective planning,MOP)模型和未来土地利用模拟(future land use simulation model,FLUS)模型相结合的方法,运用权衡分析制定多目标权衡下的土地利用优化配置情景方案,以期为杭州市土地利用优化配置规划和管理提供科学参考。结果表明:1)通过耦合MOP模型和FLUS模型,从土地利用生态-经济转化效率视角可以有效实现土地利用结构和布局的优化配置情景模拟。2)通过比较单位经济效益的减少比例可产生的生态效益增加比例,确定土地利用经济与生态效益权重比例为4:6的发展情景是权衡土地利用社会、经济和生态效益下的杭州市土地利用结构最优方案。3)最优土地利用结构方案的建设用地扩张规模介于经济发展优化和生态保护优先情景方案间,耕地规模较其他情景方案减少幅度放缓,在空间上减少对生态用地的侵占,土地利用景观格局破碎度和复杂性降低。该研究的方法和结果可为区域土地利用规划决策和可持续发展提供理论与应用参考。

耦合InVEST与FLUS模型的海南岛生态系统碳储量时空演变与预测

[目的]通过研究海南岛城市化扩张下土地利用变化对碳储量的影响,揭示碳储量时空格局演变和预测未来发展趋势,为优化国土空间布局和生态敏感区的保护提供科学依据。[方法]基于1980—2020年土地利用数据,采用InVEST模型碳储量模块反演1980—2020年海南岛碳储量时空变化,并耦合FLUS模型和InVEST模型模拟自然发展情景、快速发展情景和生态保护情景3种发展情景下2030年海南岛的土地利用和碳储量变化情况。[结果](1)海南岛土地利用类型以林地、耕地为主。1980—2020年耕地、草地、林地和未利用地面积均有不同程度减少。建设用地和水域面积增加,尤以建设用地面积增长最快,增幅为83.4%。(2)海南岛碳储量总体呈“中间高,四周低”的特点,1980—2000年碳储量变化较小,降幅约0.03%。2000—2020年海南岛城镇化进程加快,碳储量损失也随之加剧,年均损失约372 t,累计损失碳储量7 439 t。(3)未来建设用地仍会继续扩张,受此影响3个情景下2030年海南岛碳储量均呈现降低的趋势。其中,快速发展情景下建设用地土地利用变化量最大,碳储量最易流失,自然发展情景次之,生态保护情景变化最小。[结论]在海南自由贸易港未来的土地利用规划中,应加强中部山区、自然保护地等重点生态区位的保护力度,优化土地利用格局,严格控制林地、耕地和湿地向建设用地转变,提高固碳增汇效能,实现区域可持续发展。

基于FLUS模型的巴中市多情景土地利用变化模拟及其生态系统服务价值评估

土地利用变化研究对评估地区经济、生态发展以及生态系统服务价值(ESV)有着重要意义。基于巴中市2000、2010和2020年3期土地利用结构数据,采用CA-Markov和FLUS耦合模型以及15种驱动因素模拟预测2030年多情景土地利用情况,并运用当量因子法评估其生态系统服务功能价值(ESV),进行可视化分析。结果表明:1)巴中市土地利用类型以耕地、林地为主,占96%以上;2000—2020年,建设用地呈不断扩张趋势,面积共扩张290%,主要转入来源为耕地。2)CA-Markov和FLUS耦合模型总体精度较高,Kappa系数为0.81。3种情景下,巴中市2030年土地利用变化总体保持相对稳定,经济建设情景下,建设用地扩张明显,扩张97.59%;生态保护情景下,建设用地面积增长速度相对较缓。3)生态系统服务价值空间差异显著,呈现从北方林区向西南耕地递减,东南地区受水域、林地影响ESV较高的分布格局。

基于FLUS模型的南昌市三生空间多情景模拟和生态效应演变研究

以2000—2020年5期土地利用数据为基础,综合运用地统计分析、生态环境效应模型和FLUS模型,从用地转型角度定量分析研究南昌市过去及未来生态环境效应的阶段性时空变化特征,以期为南昌市未来城市发展提供科学参考。结果表明:2000—2020年南昌市用地结构大致表现为生态用地和生产用地不断缩减,生活用地持续扩张的态势;其间南昌市整体生态环境有所恶化,生态环境质量指数由2000年的0.4600减至2020年的0.4349,低和较低质量区面积有所扩大。以惯性发展、耕地保护、生态保护3种不同侧重的情景模拟,预测南昌市2035年“三生空间”:惯性发展情景下生活空间扩张态势显著,耕地保护情景下生产空间面积出现了唯一涨幅,生态保护情景下生态空间也呈现出唯一的上升趋势;惯性发展情景下的生态环境质量与历史土地利用变化产生的生态环境效应变化态势保持一致,恶化程度继续加深,耕地保护情景和生态控制情景下生态质量有所改善。由此建议:南昌市未来发展中,生态控制和耕地保护等政策的推进应注重对建设用地扩张的约束管控,重视盘活存量建设用地,优化国土空间用地结构和布局,以达到在保障经济快速发展、社会稳定进步的同时实现山水协调、粮食安全不受威胁的发展目标。

基于FLUS模型粤港澳大湾区“三生空间”多情景模拟预测

运用Future Land Use Simulation model (FLUS)模型,基于2010年、2015年、2020年3期土地利用数据,选取自然和社会经济因素的16个驱动因子,设置生产空间优先、生活空间优先、生态空间优先以及“三生空间”协调4种情景,对2025年和2035年粤港澳大湾区“三生空间”进行模拟预测。结果表明:(1) 2020—2035年粤港澳大湾区生产空间在生产空间优先情景下持续增长,在生态空间优先情景下持续减少,在“三生空间”协调与生活空间优先情景下都呈现先增加后减少的趋势。(2) 2020—2035年粤港澳大湾区生活空间在4种情景下均趋于增长,生产空间优先情景下增长最少,生活空间优先情景下增长最多。(3) 2020—2035年粤港澳大湾区生态空间仅在生态空间优先情景下增长,其余3种情景下均减少。(4)“三生空间”在粤港澳大湾区边缘山区变化较小,中部平原地区变化较明显。

基于FLUS模型的景泰县土地利用动态变化与趋势预测

土地利用变化研究是分析土地利用中存在问题的重要环节,开展土地利用动态变化与趋势预测,是加强土地资源管理,提高土地资源利用率的重要保障。本文选取甘肃省景泰县2000年、2010年和2020年三期Landsat-TM/ETM、Landsat 8遥感影像作为基础数据,通过未来土地利用模拟(FLUS)模型分析土地利用发展趋势、预测2030年土地利用格局。结果表明,(1)景泰县土地利用整体动态度变化速率较快,耕地、林地、其他草地、水域、建设用地和其他土地六种地类产生转移的面积占其总面积的6.01%,其他草地为主要的转出型地类,建设用地为转入型,增幅较明显。(2)通过模拟2030年土地利用格局,建设用地集中点由北向南部兰州经济圈转移,自然因素影响下北部水域面积小幅减少,耕地与林地无明显变化,其他草地继续为转出型地类。研究表明FLUS模型预测土地利用格局符合景泰县实际情况,方法切实可行,是开展土地利用变化预测较好的方法,研究结果对优化土地利用结构、编制国土空间总体规划、制定土地管理政策具有重大的指导意义。

基于FLUS模型的武汉市未来土地利用时空格局演变模拟

FLUS模型耦合了人类活动与自然因素综合作用,可以模拟预测多种类型土地利用变化,是目前模拟土地利用变化的一种较完善的模拟框架。本文以武汉市为研究区,基于过去一段时期的土地利用变化数据,应用FLUS模型的自上而下灰色马尔科夫预测模块对未来土地利用数量结构进行预测,应用自下而上的耦合神经网络的元胞自动机模块模拟土地利用空间格局的综合演变。结果表明:(1)选取坡度、距市中心距离、距重点镇中心距离、距高速路距离、距主干道距离、距主要河流距离自然环境区位因子作为土地利用变化空间驱动因子,FLUS模型模拟总精度为85.23%,综合Kappa系数为0.770 8,模型模拟结果可靠。(2)2050年武汉市土地利用结构以建设用地、耕地和水域为主,分别占总面积的41%、33%、19%,林地约占6%,草地与未利用地的比例较低。(3)从空间布局看,武汉市建设用地的增长基本呈现同心圆式增长,在发展前期,在发展中心主城区的同时,以卫星城的模式发展周边小城镇。随着中心城区逐渐饱和,远期转向摊大饼式发展,建设用地的扩张侵占了耕地、林地、水域和草地。

基于FLUS模型的北海市土地利用碳排放效应分析

预测并探究了城市2030年土地利用碳排放效应以及对区域实现“双碳”目标具有重要意义。利用2010、2020年两期用地现状数据对FLUS模型进行了模拟精度验证,基于此模拟了北海市2030年绿色集约生态情景与自然演变情景下用地空间布局和用地结构变化。结果表明:(1)研究期间,北海市每年土地利用碳汇量远低于年土地利用碳排放量,且2010年以来碳供需缺口大,历年碳供需缺口总额是年碳汇量的10倍以上;(2)不同发展情景下的北海市土地利用结构对其碳汇影响不大,但在控制土地利用碳排放方面却效果凸显,绿色集约生态演变情景比自然演变情景每年少排碳71.96万tC;(3)据情景对比分析表明,北海市难以仅通过优化调整土地利用结构来实现区域碳收支平衡,综合使用清洁能源是其重要碳减排途径,沿海滩涂等湿地是其未来的重要固碳潜力用地。

基于FLUS模型的花都区土地利用动态模拟研究

土地利用动态变化模拟是研究全球变化的重要内容。本文以广州市花都区为例,基于2010年土地利用数据,利用FLUS模型在30 m ×30 m尺度下模拟预测2015年的土地利用状况,并与花都区2015年的土地利用现状数据进行精度验证,再通过马尔科夫法预测2050年花都区的土地利用结构与布局。结果表明,FLUS模型模拟结果的Kappa指数高达0.8869,总体精度为0.9132,FOM指数也符合标准水平,模型模拟精度高,模拟结果均具有较高的准确性和科学性,模拟结果可为区域国土空间规划提供有价值的参考。

基于历史情景的FLUS模型邻域权重设置——以闽三角城市群2030年土地利用模拟为例

以闽三角城市群2030年土地利用模拟为例,针对FULS模型邻域权重参数提出一种基于历史情景的设置方法.首先以2015年土地利用数据为基础,结合人工神经网络算法综合12个自然、社会、经济驱动因子计算各土地类型的出现概率和空间分布,然后依据对历史情景的分析,分别用马尔可夫链和分析景观格局指数的方法设定相关参数,最后用自适应惯性竞争元胞自动机模拟闽三角城市群2030年的土地利用情景.分析发现,同时间尺度各土地类型TA(Total Area)的变化量可以较好的反映其扩张强度,由强到弱依次为建设用地、水域及滩涂、其他土地、草地、林地及农田;TA变化量的无量纲值在数据意义和数据结构方面均较好地契合FLUS模型邻域权重的参数要求;结合各土地类型TA变化量和扩张强度间的相互关系来看,到2030年农田受建设用地扩张的影响最为严重,大量土地由农田、林地、草地及其他土地转变为建设用地或水域及滩涂;建设用地持续扩张,闽三角城市群空间一体化格局基本形成,其余各土地类型被进一步分离,同类型斑块更趋于独立发展.综合参数设置过程和模拟结果来看,TA变化量的无量纲值可为FLUS模型的邻域权重参数设置提供一种客观可行的方法.

基于FLUS模型的昆明市建设用地扩张模拟及景观效应分析

以昆明市为例,选取2000、2009和2015年3期土地利用数据、DEM数据及社会经济统计资料等多源数据作为基础数据源,对3个时段昆明市建设用地时空扩张特征进行分析.结果表明,3个时段昆明市建设用地沿东北-西南方向分布,且西南方向的分布最为聚集,扩张特征总体呈"坝区内部填充,缓坡-山区散点分布"态势,整体分布较为离散.对FLUS模型校准及精度验证后,预设规划引导与政策约束2种情景,模拟研究区2020年建设用地空间扩张格局并分析其空间扩张的生态效应差异.模拟结果显示两种情景下的建设用地扩张面积持续增加,但扩张程度存在差异,建设用地破碎度与分维数较之前均有所降低,建设用地集约程度有所提高.

基于Markov-FLUS模型的广西土地利用变化模拟预测

耕地保护是确保粮食安全和社会经济稳定的头等大事,土地利用变化预测分析则是调整耕地保护政策的重要依据。为了探究广西耕地保护工作成效、促进土地资源合理配置,围绕耕地保护,运用Markov-FLUS模型,分别基于非限制性与耕地保护两类情景,预测2025年广西土地利用数量及空间变化状况,对比了两类情景下耕地变化差异。结果表明:(1)广西城市建设效果明显,2005—2015年,城镇用地、交通基础设施用地等其他建设用地面积增长了893 km^(2),增长率达77.25%。两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,城镇用地面积均保持增长趋势,但耕地保护情景下,其扩张速度受到限制;(2)广西生态保护成效良好,两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,林地、草地、水域等生态用地面积均保持增长趋势;(3)广西耕地保护任重道远,2005—2015年,耕地面积减少626 km^(2),两类不同土地利用情景模拟预测下,至2025年,耕地面积均延续减少趋势。但耕地保护情景下,耕地面积减少态势得到一定程度遏止;(4)不同发展阶段,影响广西耕地保护的主导因素各异:2005—2015年,交通道路等基础设施建设是影响广西耕地保护的主要因素;2015—2025年,随着社会经济加速发展,南宁市、桂林市、柳州市以及“钦北防”沿海城市建设用地的扩张和桂西北、桂南地区林业用地的增长,将成为广西耕地减少的主要原因。

基于FLUS模型的喀斯特地区生态用地时空变化及多情景预测--以湖南省宁远县为例

[目的]分析近2000—2020年喀斯特地区生态用地数量分布特征,预测未来多情景下生态用地变化情况,寻求协调生态保护与发展建设的最优情景,为研究区未来国土空间开发保护,生态空间管控以及区域生态经济可持续发展提供科学参考。[方法]采用土地利用转移矩阵和动态度分析湖南省宁远县土地利用变化特点,基于FLUS模型,模拟预测2030年不同情景下生态用地数量及分布。[结果]①耕地主要集中在宁远县中部区域,林地、草地原生态用地主要分布在南北两端和西部。2020年,原生态用地中,林地所占比例为56.69%,草地所占比例为12.85%,水域为0.60%,半人工生态用地即耕地所占比例为27.80%。②多情景模拟结果显示:生态优先情景下,宁远县原生态用地中林地、草地、水域分别较2020年增加了15.12,37.35,23.67 hm^(2)。③政策对喀斯特地区生态用地变化有着极大的导向作用,社会经济发展对水域的增加有显著影响。[结论]宁远县原生态用地所占比例高达70.14%。生态保护优先情景能够最大程度保障生态用地不被非生态用地侵占。在以建设森林城市为目标导向的情况下,宁远县及同类地区适宜采用该情景进行城市发展。

基于FLUS模型的江西省国土空间开发模拟与评估

在快速城镇化背景下,我国建设用地无序扩张现象十分普遍,对国土空间开发的模拟与评估成为科学编制国土空间规划的重要依据。研究以江西省为案例,在评价江西省2010年后备适宜建设用地潜力的基础上,采用FLUS模型,对江西省2035年建设用地的扩张进行模拟,将模拟预测结果与后备土地资源潜力进行对比,在区县尺度上对2010~2035年期间江西省的国土空间开发走势进行评估,并提出差异化的政策建议。结果表明,江西省省域后备适宜建设用地主要呈"以南昌盆地为中心集聚,向省域外围逐步稀疏"的态势分布;面向2035年,江西省建设用地呈现出以南昌市为核心节点,以南昌市周边的抚州市、宜春市与上饶市为主要扩张区域的"点极式"扩张;在不进行任何政策约束的情况下,省域建设用地扩张表现为"整体较可持续,局部较不可持续"。

耕地保护情景下长浏平丘陵区土地利用变化模拟——FLUS模型的应用

以长浏平丘陵区为研究对象,2005和2015年的土地利用现状数据为基础,运用FLUS模型,从自然、社会、经济3个方面选取了12个驱动因子,分析了各土地类型的出现概率和空间分布情况。将研究区的基本农田保护区作为限制性因素,依据实际情况及土地规划文件的要求,运用马尔可夫链设定目标参数,并运用自适应惯性竞争元胞自动机模拟研究区2025年的土地利用状况,探究了区域耕地保护工作成效及土地利用变化发展趋势。结果表明:(1)到2025年,各用地类型总体基本保持现有的基本格局,其中耕地受城市工矿居民用地扩张的影响比较严重,但由于基本农田保护区的限制性开发政策,占用耕地的规模得到了切实有效的控制。(2)城市工矿居民用地持续保持扩张的态势,但空间分布得到了较为合理的安排,整个区域的土地利用朝着节约、集约、科学和可持续的方向发展。通过检验精度系数,表明FLUS模型适用于模拟该地区土地利用变化状况,且模拟效果良好。在耕地保护情景下占用耕地的规模得到了有效的控制,耕地得到了切实有效的保护。