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中国人居系统: 空间分布、演替与启示
mengbjfu 2020-4-9 07:35
建设用地仅占全球陆地系统的1%左右,但其对经济发展、人类福祉和维持社会进步起着至关重要的作用。我国建设用地主要包括城市建设用地和农村住宅用地。已有研究侧重于城市建设用地面积的变化,尤其是对非建设用地 (如:农用地,林地和水体) 的占用情况,而轻视农村建设用地空间扩张的分析。同时,对城市土地利用变化的模拟主要集中在建设用地空间上的扩张,而忽视从景观的视角分析建设用地数量变化的同时,伴随着的系统性的空间格局变化。M Li 等从景观视角剖析了我国人居系统 (Settlement Systems) 的时空格局,相关成果近日发表在Habitat International上。 论文从景观角度,提出了一种人居系统的分类方法,并应用于我国人居系统,呈现了人居系统的多样性。此外,论文还定量分析了我国人居系统在1990-2010期间的演替。 主要发现: 建设用地的扩张通常伴随着空间格局的变化。 所有建设用地中,有很大一部分位于乡村的人居系统; 同样,新增加的建设用地也有很大一部分位于乡村的人居系统,而非大城市。 人居系统的演替主要是沿着缓慢而渐进的步骤,朝着更高利用强度的城市系统发展,并在不同地点遵循多种不同的演替方向。 论文的主要发现挑战了当前针对大城市地区的城市扩张研究,并提供了一种从景观尺度更加细致地分析建设用地空间分布及其变化的方法。 查看全文: Mengmeng Li, Jasper van Vliet, Xinli Ke, Peter Verburg. 2019, Mapping settlement systems in China and their change trajectories between 1990 and 2010. Habitat International. 102069. https://doi.org/10.1016/j.habitatint.2019.102069 Li etal 2019 Habitat International.pdf 项目网站: https://landbigdata.github.io/
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土地利用变化模拟的基本过程
jingsam 2016-1-19 16:47
土地利用变化模拟是挖掘土地利用系统的动态演变规律,以预测未来土地利用变化趋势,辅助区域的土地利用决策。土地利用变化模拟一直是LUCC的重要主题,其应用包括城镇扩张预测、生态保护区预警、气候变化影响分析等。近年来,由于快速城镇化产生了各种社会、经济、生态问题,使得城镇扩张模拟成为了当前的研究热点。元胞自动机(CA)是土地利用变化模拟最常用的方法,它在邻域影响和转换规则的作用下,模拟土地利用的时空动态变化过程,中山大学的黎夏教授在这方面做了很多有价值的研究。元胞的结构代表了土地利用变化的空间属性,而元胞状态转换过程反应了土地利用变化的时间属性,因此元胞自动机在结构和机理上,非常适合做土地利用变化模拟。 然而,利用元胞自动机进行土地利用变化模拟也不是完美无缺的。土地利用是一个人地耦合系统,土地利用变化的产生大部分是由于人类活动产生的,所以人类活动是产生土地利用变化的主要重要影响因素。元胞的位置是固定的,而地上的人类活动是能动的,因而元胞自动机模拟能动的人类行为非常困难。虽然,有些学者试图改进元胞自动机,使其纳入人类活动的影响,然而这些方法对人类活动影响的模拟都是隐式的、不直观的。多智能系统(MAS)能够构建智能主体,模拟土地利用系统中人与人和人与地的动态交互过程,涌现出宏观地理现象和规律。因此,将元胞自动机与多智能体系统相结合是比较好的模型构建思路,其中元胞自动机负责模拟土地利用的环境变化过程,多智能体系统负责模拟土地利用的人地决策过程。 土地利用变化模拟的一般过程如下图所示: (1)数据准备。土地利用变化模拟的一般需要搜集研究区两个时期的土地利用数据(一般由遥感影像解译得到,因为数据比较好获取),用来训练转换规则、校正和检验模型。但这也不是绝对的,例如黎夏教授提出的最大熵模型(Maxent)只需要一期影像,感兴趣的可以去看看他的文章。 (2)获取转换规则。转换规则是土地利用变化模拟的核心要素,如果要在模拟方法上进行创新,基本上是要从转换规则的获取方式上着手。转换规则的获取首先要确定产生土地利用变化的影响因素,例如高程、坡度、距公路的距离、距铁路的距离、距市中心的距离、距镇中心的距离等。至于为什么选取这些影响因素,基本上是通过经验判断,并没有一个实际量化的证明,这是我比较困惑的一点。确定影响因素后,然后在两期数据上进行抽样。最后,根据样点数据,训练转换规则。训练转换规则最常用的方法是逻辑回归,但有学者意识到影响因子与土地利用变化之间并不是线性关系,一些非线性方法如神经网络也被用于规则的训练。 (3)模拟模型构建。基于前一阶段获取的转换规则,采用元胞自动机或者多智能体系统构建模型。此外,还要对模型进行一些参数设置,比如邻域的形状和大小、邻域作用规则、智能体交互规则。模拟模型是具有时序特征的,所以在构建模型时也要确定模型每迭代一次代表的实际演化时间,例如一个月、一个季度、一年。 (4)模型校正和检验。模型搭建完毕后,输入第一期土地利用数据,利用模型模拟第二期土地利用状态。通过比较模拟结果和实际数据,计算出模型的预测精度。根据模拟精度调整模型的参数,重复“模拟—评估”过程,直到预测精度满足要求。评价模型精度需要计算模拟结果和实际数据的相似度,包括数量精度和位置进度。评定数量精度的指标主要有Kappa系数和ROC曲线,而评定位置精度尚无普遍公认的方法。 (5)模拟未来变化。模拟模型的最终目的是模拟未来的土地利用变化,因此模型的最后一步是模拟第三期的土地利用状态,分析未来土地利用变化的趋势,找出存在的问题,以制定相应的解决方案。
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有多少降水如何通过巨厚包气带补给黄土高原地下水?
热度 2 htam 2013-10-18 11:42
在干旱半干旱地区,由于降水量少,潜在蒸发量大,因此地下水补给是长期以来广泛争论的科学问题。另外,干旱区包气带通常较厚,由于巨厚包气带的缓冲作用,使得现今植被 - 土壤 - 大气的动态,很少与深部包气带或者更深的地下水相平衡,这种时间尺度可以从几十年到上万年。所以按照当前的地表平衡关系来评价整个地下水系统,则是一种误导。 我国黄土高原包气带厚度可达 30-80 m ,是研究半干旱、巨厚包气带地区地下水补给与演化理想的场所。目前黄土高原地下水的补给颇具争议:( 1 )降水能否对地下水形成补给?( 2 )如果有降水补给,入渗补给周期又是多少?( 3 )降水入渗的方式是优先流还是活塞流?( 4 )包气带浅部水化学、同位素和地下水中为什么不平衡? 我们采用氯、氧 -18 、氚等多种环境示踪剂,研究了黄土包气带水文过程及地下水补给, 得出如下新认识: ( 1 )地下水补给量:黄土高原属于草原环境,根系较浅,气温较低,植被生长与降水错峰。氯质量平衡法显示麦地降水补给量在 30-90 mm/a ,入渗系数为 6.3-18% 。降水入渗量比世界其他年均降水量相近的半干旱地区高 2-3 个数量级。黄土地下水补给受季风影响,同位素值较年加权平均值贫化,表明地下水补给主要发生在 7-9 月的雨季。 ( 2 )补给响应滞后:基于氯累积年龄和氚峰运移速率,得出黄土土壤水运移速率为 0.2-0.3m/a 。据此推算,降水需要 60-500 年才能到达地下水面。因此,浅部过程受巨厚包气带的缓冲作用,其效应不会立即影响到地下水,往往表现为同位素取值不一致。 ( 3 )水分运移形式:基于根系以下土壤水氯的分布、氯累积年龄和地下水中氚的研究,认为在黄土中水分运移以活塞流占主导。 ( 4 )人类活动效应:黄土包气带剖面的溶质分布显示 ,现代农业活动导致包气带浅部水分丧失,溶质、同位素富集。种植苜蓿、苹果和其他灌木可致降水入渗补给地下水的量显著减少。 上述研究成果发表在 Hydrological Processes 上 ( Huang T, Pang Z, Edmunds WM (2013) Soil profile evolution following land-use change: Implications for groundwater quantity and quality. Hydrological Processes 27: 1238-1252 )。 图 1 土壤氯对植被变化的响应 图 2 降水补给地下水季节性特征
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GMT+8, 2024-5-22 03:34

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