大城市边缘区土地利用变化模拟研究_以北京市昌平区为例

遥感,土地利用方面文献

第18卷2期

2010年4月应用基础与工程科学学报JOURNALOFBASICSCIENCEANDENGINEERINGVol.18,No.2

April2010

文章编号:100520930(2010)0220197212　　中图分类号:K903/P96　　文献标识码:A

doi:10.3969/j.issn.100520930.2010.02.0002

大城市边缘区土地利用变化模拟研究

———以北京市昌平区为例

蒙吉军,　严　汾,　赵春红

(北京大学城市与环境学院,地表过程分析与模拟教育部重点实验室,北京100871)

摘要:近年来,土地利用变化模拟模型成为G.利用因变化剧烈而特殊,一直都是LUCC.SGIS分析和统计

分析,,,构建CLUE2S,得到

.结果表明:(1)专门针对中小尺度区域的

2S模型能够对区域内的土地利用变化进行较好的模拟和预测,其中对分

布相对集中的林地和建设用地的模拟效果相对较好,而对比较分散的园地、耕地

和城市绿地的模拟效果相对较差;(2)在Markov情景下,建设用地的扩张最为

明显;粮食安全情景下,山前平原区质量比较好的耕地没有转换为建设用地;而

生态安全情景下,林地得到比较好的保护,并且林地的增加在靠近城区和高速公

路的两侧最为明显.本研究可为研究区土地利用规划修编和土地可持续性管理

提供科学依据.

关键词:大城市边缘区;土地利用变化;CLUE2S模型;模拟;昌平区

目前,土地利用/覆被变化(LandUse/CoverChange,LUCC)成为国际全球变化研究中最为活跃的领域之一,IGBP、IHDP等都极其重视该领域的研究.2005年,IGBP和IHDP在土地变化科学(LandChangeScience,LSC)范式的基础上又提出全球土地计划(GlobalLandProject,GLP),并将土地可持续性综合分析与模拟作为未来研究的三大主题之一[2][1].由于LUCC模拟模型不仅是分析LUCC驱动机制的有效工具,而且能够支持探索不同情景下未来土地利用变化,为决策者制定土地利用政策提供依据[3].特别是建立在地理空

[425]间基础上综合集成的多尺度动态模型,是理解和认识区域LUCC的某些关键过程并进行定量描述,进而对未来的土地利用变化格局进行预测的重要工具

化模拟模型成为GLP的研究热点.

　收稿日期:2008206204;修订日期:2009202227

基金项目:国家自然科学基金项目(40871048);国家科技支撑计划课题(2006BAD20B07)资助

作者简介:蒙吉军(1971—),男,博士,副教授.E2mail:jijunm@.因而,土地利用变

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近年来,许多国际机构和学者都根据区域和本国特点开展了一系列不同尺度的土地利用变化模拟模型的研究.2003年,DawnCParker等总结了大量土地利用变化模拟模型,并根据模型原理将模型划分为基于数理方程的建模、系统动力学模型、统计分析模型、专

[6]家模型、进化模型、细胞自动机模型、综合模型和基于主体的模型8种类型.中国学者在

[7]土地利用模型模拟方面也开展了大量的研究.先后采用了时间序列分析模型、多元回

[8][9][10][11]归模型、最大似然和概率松弛法模型、马尔柯夫过程模型、系统动力学模型、细

[12215][16][17220]胞自动机模型、GTR(GeneralizedThunen2Ricardian)模型、CLUE2S、Agent模

[21]型对不同区域的土地利用变化进行动态模拟研究,取得了非常重要的研究成果.其中,CLUE2S模型采取经验模型的方法,通过建立土地利用空间分配和驱动因子之间的统计关系模拟近期土地利用变化的情景,同时也考虑了不同土地利用方式之间的竞争关系,因

[18]此可以较好地模拟小尺度地区的近期土地利用变化情景.

城市边缘区(urbanedge),其在、,使其成

[22.,

9,].作为北京市的近郊区,近年来昌平区城市扩

、耕地后备资源缺乏,建设用地与耕地、生态用地.,一方面要突出保护耕地,严格控制用地增量;另一方面还要统筹各类用地、统筹土地开发和生态保护.因此,定量研究不同土地利用政策情景下土地利用变化的响应机制,并利用具有良好空间表达性的CLUE2S模型,预测未来的土地利用变化情况,为土地可持续性管理决策、绿色空间管制、新一轮的土地规划修编以及未来城市扩展提供依据.

1　研究区与数据

1.1　研究区概况

昌平区位于北京市建成区西北边缘,属于典型的大城市边缘区.近年来,随着北京国际化大都市的建设和城市化进程的加快,土地利用发生了深刻变化.该区属暖温带大陆性半湿润季风气候.地势西北高,东南低.由西部山地、北部山地和东南部平原3大地貌构成.2006年,全区辖15个镇和2个街道办,户籍人口为49.2万人①,其中农业人口27万,占总人口的5419%.近年来,昌平区国民经济持续快速增长.2006年,全区实现生产总值21312亿元,三次产业结构为117∶4415∶5318,第二产业和第三产业在全区的经济增长中占主导地位.

2.2　数据来源与处理

本文采用的主要数据,昌平区土地利用现状图(1996年和2004年)、昌平区土地利用总体规划(2002—2010)、昌平区农用地分等定级成果(2006)、昌平区100m分辨率DEM、昌平区水系、行政边界及交通图均来自北京市国土资源局.

在ArcGIS的支持下,将研究区1996年和2004年土地利用现状图作栅格化处理,栅①/WebApp/default.htm

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No.1蒙吉军等:大城市边缘区土地利用变化模拟研究———以北京市昌平区为例199格大小为100m×100m.结合昌平区土地利用的实际特点,通过合并小类,利用ArcGIS的reclassify功能分别将上述栅格图重新分为6大类:耕地、园地、林地、其它农用地、建设用地和未利用地(图1)

.

1　ofChangPing

2　2.1　CLUE2S模型

本文的核心模型是由荷兰瓦赫宁根大学VerburgPH等组成的“土地利用变化和影响”研究小组在其较早CLUE模型的基础上创建而成的CLUE2S模型.应用CLUE2S模型进行时空模拟,是在综合分析土地利用的空间分布概率适宜图、土地利用变化规则和研究初期土地利用分布现状图的基础上,根据总概率大小对土地利用需求进行空间分配的过程(图2).

CLUE2S模型框架包括两大模块:非空间模块和空间分配模块.非空间模块以自然、社会和经济分析为基础,计算区域各模拟年度土地利用需求.空间分配模块以各种栅格化空间数据库为基础,依据土地利用类型空间转换概率,转换规则和转换弹性,对各模拟年份的土地利用需求进行空间分配.

2.2　模型参数

CLUE2S模型基于栅格图形数据构建,要完成对区域土地利用时空动态变化的模拟,必须对其输入以下4类栅格图形数据或模型参数.

(1)历年土地利用需求

由非空间模块计算得到.土地需求面积变化的计算相对独立于土地利用变化空间模拟本身而进行,数量变化的计算可采用多种方法,从趋势外推模型、经济学模型、复杂的系统动力学模型都可以预测土地利用需求量.本研究利用研究区1996年和2004年的土地利用图,期间土地利用没有重大政策调整,土地利用变化比较稳定,通过计算1996—2004年土地利用转换概率矩阵和逐年土地利用转换概率矩阵,得到1997—2004年逐年各土地利用类型的面积(表1).

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图2　2S.2ofoftheCLUE2SModel①

表1　昌平区1997—2004年土地利用需求面积

Table1　ThelandusedemandofChangpingfrom1997to2004

土地类型

耕地

园地

林地

其它农用地