一種大尺度土地覆蓋變化的空間預(yù)測模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種大尺度±地覆蓋變化的空間預(yù)測模擬方法，適用于全球變化研究 領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 全球變化是21世紀人類面臨的最大和最復雜的生態(tài)環(huán)境問題。自國際地圈-生物 圈計劃（IGBP)全球環(huán)境變化研究中的人文領(lǐng)域計劃（I皿PH995年聯(lián)合提出"出:也利用和± 地覆蓋變化"（LUCC)核屯、研究計劃W來，±地覆蓋變化作為全球變化的重要組成部分和導 致全球變化的主要原因，一直是全球變化領(lǐng)域的研究核屯、和焦點內(nèi)容之一?！赖馗采w變化 作為全球環(huán)境變化的主要承載形式，直接影響著生物地球化學循環(huán)、水±流失和生物多樣 性，并引起生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能結(jié)構(gòu)的改變，從而影響生態(tài)系統(tǒng)滿足人類需求的承載能力，進 而影響生態(tài)系統(tǒng)與人類社會的可持續(xù)發(fā)展。因此，如何構(gòu)建W-種科學有效的大尺度±地 覆蓋變化的空間預(yù)測模擬方法，對于全球氣候變化情景的模擬和預(yù)測，W及如何改進全球 變化適應(yīng)性戰(zhàn)略和減緩氣候變化對±地覆蓋的影響等均具有重要的科學和現(xiàn)實意義。
[0003] ±地覆蓋變化是自然要素和人文要素在復雜的地球表層共同作用和相互禪合的 結(jié)果。如何在深入分析和認識氣候、地形、±壤、植被分布等自然要素與人口密度、經(jīng)濟水 平、交通狀況、政策管理等人文要素之間的相互作用機理和驅(qū)動機制，是構(gòu)建±地覆蓋變化 空間預(yù)測模型的重要研究內(nèi)容。在±地覆蓋模型的研究進程中，特別是自21世紀W來，國內(nèi) 外學者從不同的角度出發(fā)，結(jié)合不同的研究目的，相繼發(fā)展了一系列±地覆蓋模型，但運些 模型概括起來存在W下兩個缺陷:第一，有關(guān)上地覆蓋的大多數(shù)統(tǒng)計分析模型，主要利用上 地覆蓋的歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，對±地覆蓋從過去到現(xiàn)狀的時空變化過程進行統(tǒng)計和分 析，而無法對±地覆蓋的未來變化進行模擬和與預(yù)測;第二，目前構(gòu)建的大多數(shù)±地覆蓋預(yù) 測模型，主要針對于小區(qū)域尺度的建設(shè)用地和農(nóng)業(yè)用地如何變化而構(gòu)建，雖然能夠比較全 面地考慮人口、經(jīng)濟、交通等人文要素對小區(qū)域尺度±地覆蓋類型及其空間變化的影響，進 而設(shè)計未來情景模型，但由于模型參數(shù)及其參數(shù)因子之間的驅(qū)動過為復雜，而無法運用于 大尺度±地覆蓋未來變化的空間預(yù)測模擬。
[0004] 因此，如何針對W上模型缺陷，在全球氣候變化背景下，充分考慮自然要素和人文 要素的雙重作用，構(gòu)建自然要素和人文要素共同驅(qū)動的適用于大尺度空間格局上的±地覆 蓋變化的空間預(yù)測方法，實現(xiàn)對全國乃至全球尺度的±地覆蓋時空變化趨勢的模擬和預(yù) 巧。，已日益成為全球變化研究領(lǐng)域共同關(guān)注的熱點和難點問題。本發(fā)明正是基于上述科學 問題，在對自然植被生態(tài)系統(tǒng)類型與±地覆蓋類型分布的空間相似性和一致性特征進行定 量對比分析的基礎(chǔ)上，提出一種適用于大尺度±地覆蓋未來變化的空間預(yù)測和模擬方法。 該方法不僅考慮到現(xiàn)有上地覆蓋變化模型的尺度問題，而且能夠在自然氣候變化驅(qū)動下考 慮人口密度、交通狀況、生態(tài)保護政策規(guī)劃等人文因素對±地覆蓋變化的影響，實現(xiàn)大尺度 ±地覆蓋變化的空間模擬和預(yù)測，同時具有很強的可操作性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在于深入分析和定量掲示自然植被生態(tài)系統(tǒng)類型與±地覆蓋類型在空 間分布上的空間相似性和一致性特征，并結(jié)合±地覆蓋現(xiàn)狀及其各類型的空間分布比率量 化因子的基礎(chǔ)上，綜合考慮交通密度、人口密度、人均GDP等人文要素，W及國家自然保護 區(qū)、國家重點生態(tài)功能區(qū)W及基本農(nóng)田保護的國家政策對±地覆蓋變化的驅(qū)動和影響作 用，提出一種大尺度±地覆蓋變化的空間預(yù)測模擬方法，實現(xiàn)對自然要素和人文要素共同 驅(qū)動下的大尺度±地覆蓋變化的空間預(yù)測和模擬分析，從而解決目前±地覆蓋變化模型無 法用于大尺度乃至全球尺度的模型缺陷，進而為深入研究和定量評估大尺度±地覆蓋變化 對全球變化的響應(yīng)效應(yīng)提供方法和技術(shù)支持。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的關(guān)鍵技術(shù) 方案包括W下步驟：
[0006] 整個技術(shù)流程主要分為Ξ個步驟，首先對大尺度±地覆蓋類型和自然植被生態(tài)系 統(tǒng)類型的空間相似性和一致性進行空間對應(yīng)機理分析，結(jié)合±地覆蓋類型現(xiàn)狀、自然植被 生態(tài)系統(tǒng)類型現(xiàn)狀及其未來某一時段的空間分布數(shù)據(jù)，求算二者各類型之間發(fā)生相互轉(zhuǎn)換 的最大對應(yīng)概率;其次求算每一種±地覆蓋類型在空間柵格單元上分布的百分比系數(shù)，W 及求算交通密度、人均GDP和人口密度的空間分布密度系數(shù)，并與自然植被生態(tài)系統(tǒng)類型與 ±地覆蓋類型之間的對應(yīng)概率進行綜合集成，從而構(gòu)建±地覆蓋變化的最大轉(zhuǎn)移概率的空 間綜合分析模型;最后根據(jù)國家自然保護區(qū)政策、國家重點生態(tài)功能區(qū)政策、國家退耕還林 還草政策W及基本農(nóng)田保護政策，建立政策因素對±地覆蓋變化的影響和限定規(guī)則，并參 與到±地覆蓋變化概率的空間預(yù)測判別和模擬分析，進而在柵格層次上實現(xiàn)某一個時段內(nèi) 每一個柵格單元的±地覆蓋變化的空間預(yù)測和模擬分析。
[0007] 第一步、求算自然植被生態(tài)系統(tǒng)類型與±地覆蓋類型之間的對應(yīng)概率
[0008] 1-1)修正化Z模型的參數(shù)輸入模式，模擬不同時段內(nèi)的自然植被生態(tài)系統(tǒng)類型的 空間分布；
[0009] 1-2)對比分析大尺度±地覆蓋類型和自然植被生態(tài)系統(tǒng)類型的空間相似性和一 致性，并結(jié)合±地覆蓋數(shù)據(jù)和某兩個時段的自然植被生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，求算自然植被生態(tài)系 統(tǒng)類型與±地覆蓋類型在空間分布上的對應(yīng)概率。
[0010] 第二步、構(gòu)建±地覆蓋類型變化最大轉(zhuǎn)移概率的空間分析模型
[0011] 2-1)利用人口、交通道路和人均GDP的空間分布數(shù)據(jù)，分別求算其相應(yīng)的空間分布 密度系數(shù)；
[0012] 2-2)綜合集成自然植被生態(tài)系統(tǒng)與±地覆蓋類型在空間分布上的對應(yīng)概率、±地 覆蓋百分比系數(shù)、W及人口、交通和人均GDP的空間分布密度系數(shù)，構(gòu)建±地覆蓋變化最大 轉(zhuǎn)移概率的空間分析模型。
[0013] 第Ξ步、構(gòu)建政策因素對±地覆蓋可能變化的限定規(guī)則，實現(xiàn)大尺度±地覆蓋變 化的空間預(yù)測和模擬。
[0014] 3-1)基于國家自然保護區(qū)、重點生態(tài)功能區(qū)、退耕還林還草W及基本農(nóng)田保護的 相關(guān)±地利用政策，建立政策因素對±地覆蓋變化的影響和限定規(guī)則；
[0015] 3-2)結(jié)合第二步構(gòu)建的±地覆蓋變化最大轉(zhuǎn)移概率的空間分析模型，實現(xiàn)大尺度 ±地覆蓋變化的空間預(yù)測和模擬分析。
【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的主流程示意圖
【具體實施方式】
[0017] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖，對本發(fā)明進 行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的【具體實施方式】僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用于 限定本發(fā)明。
[0018] 如圖1所示本發(fā)明公開了一種大尺度±地覆蓋變化的空間預(yù)測模擬方法，包括W 下步驟：
[0019] 第一步、求算自然植被生態(tài)系統(tǒng)類型與±地覆蓋類型之間的對應(yīng)概率；
[0020] 第二步、構(gòu)建±地覆蓋類型變化最大可能性概率的空間分析模型；
[0021] 第Ξ步、構(gòu)建政策因素對±地覆蓋可能變化的限定規(guī)則，實現(xiàn)大尺度±地覆蓋變 化的空間預(yù)測和模擬。
[0022] W下對具體步驟進行詳述：
[0023] 求算自然植被生態(tài)系統(tǒng)類型與±地覆蓋類型之間的對應(yīng)概率。該步驟首先在將 HLZ模型（Holdridge，L. R.，1947 .Determination of world plant formations from simple climate data.Science 105(2727) ,367-368.)的模型輸入?yún)?shù)形式從不連續(xù)的離 散點修正為連續(xù)的空間柵格單元的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)不同時段內(nèi)的自然植被生態(tài)系統(tǒng)類型的空 間分布模擬。模型修正后的空間分析公式可表征為：
[0024]
(1)
[0025] 式中，81'^，7，*)、11?片，7，*)和1^^^，7，*)分別*時段柵格單元^，7)的年平均生物 溫度、年平均降水量及潛在蒸散比率的W2為底的對數(shù)值;LBTi〇、LRTi〇和LPTio則分別為化Z 模型判別體系統(tǒng)中第i種自然植被生態(tài)系統(tǒng)類型所代表的空間位置的年平均生物溫度、年 降水量及年潛在性蒸散率的標準值;當化(X，y，t