地理学研究方法-PPT课件.ppt
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1、12-07-2009地理学研究方法土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型 CLUE-S模型模型人文地理学专业组人文地理学专业组12-07-2009地理学研究方法目目 录录 CLUE-S模型的综述模型的综述v CLUE-S模型的由来及内涵模型的由来及内涵v CLUE-S模型的研究现状模型的研究现状v CLUE-S模型的优越性模型的优越性v CLUE-S模型的局限性模型的局限性v CLUE-S模型的应用范围模型的应用范围 CLUE-S模型的应用模型的应用CLUE-S模型研究展望模型研究展望 土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型12-07-2009地理学研究
2、方法CLUE-S模型的由来模型的由来v CLUE-S 模型是荷兰瓦赫宁根大学一个由模型是荷兰瓦赫宁根大学一个由P.H.Verburg等研等研究人员组成的究人员组成的“土地利用变化和影响土地利用变化和影响”研究小组在研究小组在CLUE模模型的基础上发展的高分辨率的型的基础上发展的高分辨率的LUCC模型。该小组于模型。该小组于2019年年7月开始向全世界推荐月开始向全世界推荐CLUE-S模型。模型。v CLUE-S模型是根据系统论的观点,在深刻理解土地利用系模型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的基础上构建而成的。统内土地利用变化特征的基础上构建而成的。土地利用变化空间模
3、拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型12-07-2009地理学研究方法CLUE-S模型的内涵模型的内涵v 假设条件:一个地区的土地利用变化是受该地区的土地利假设条件:一个地区的土地利用变化是受该地区的土地利用需求驱动的,并且一个地区的土地利用分布格局总是和用需求驱动的,并且一个地区的土地利用分布格局总是和土地需求以及该地区的自然环境和社会经济状况处在动态土地需求以及该地区的自然环境和社会经济状况处在动态的平衡之中。的平衡之中。v 原理:在假设情境下,建立土地利用空间分配和驱动因子原理:在假设情境下,建立土地利用空间分配和驱动因子之间的统计关系,同时考虑不同土地利用类型之间的竞争之
4、间的统计关系,同时考虑不同土地利用类型之间的竞争关系,实现对不同土地利用变化的同步模拟。关系,实现对不同土地利用变化的同步模拟。v 主要理论基础:土地利用变化的关联性、等级特征、竞争主要理论基础:土地利用变化的关联性、等级特征、竞争性和土地利用的相对稳定性等。性和土地利用的相对稳定性等。土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型12-07-2009地理学研究方法CLUE-S模型的框架模型的框架 土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型CLUE-S 模型结构示意图模型结构示意图CLUE-S模型有两个主要模块:非空间模块和模型有两个主要模块:非
5、空间模块和 空间模块。空间模块。12-07-2009地理学研究方法u 非空间模块:对使用者开放非空间模块:对使用者开放 以自然、社会和经济分析为基础,计算区域各模拟年以自然、社会和经济分析为基础,计算区域各模拟年度土地利用类型的需求变化。度土地利用类型的需求变化。u 空间模块:空间模块:CLUE-S模型框架的核心模型框架的核心 以各种栅格化空间数据为基础,依据土地利用类型的以各种栅格化空间数据为基础,依据土地利用类型的概率、各种土地模型的竞争力以及土地利用转换规则,对概率、各种土地模型的竞争力以及土地利用转换规则,对各模拟年份的土地利用进行空间上的分配(如图)。各模拟年份的土地利用进行空间上的
6、分配(如图)。土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型 非空间模块可以是简单的趋势外推法、经济模型、非空间模块可以是简单的趋势外推法、经济模型、复杂的系统动力学模型或其它模型,使用者可以根据实复杂的系统动力学模型或其它模型,使用者可以根据实际情况选择适宜的模型和方法。际情况选择适宜的模型和方法。各种土地利用类型的需求量形成一个以各种土地利用类型的需求量形成一个以“年年”为步长为步长的序列数据,直接输入空间模块,用以模拟土地利用的的序列数据,直接输入空间模块,用以模拟土地利用的空间变化特征。空间变化特征。空间模块允许使用者根据研究区土地利用的实际情况空间模块允许使用者
7、根据研究区土地利用的实际情况定义一组规则对不同土地利用转化的难易程度进行控制,定义一组规则对不同土地利用转化的难易程度进行控制,如可以通过规则保证研究区的保护用地(如自然保护区如可以通过规则保证研究区的保护用地(如自然保护区等)在预测期内不发生转变。等)在预测期内不发生转变。基于栅格地图的土地利用变化分配示意图基于栅格地图的土地利用变化分配示意图12-07-2009地理学研究方法 CLUE-S 模型中的模型中的 驱动因素驱动因素 土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型在研究期间保持相对稳定的驱动因子在研究期间保持相对稳定的驱动因子在研究期间不断变化的驱动因子在研究
8、期间不断变化的驱动因子主要是指一些影响土地利用变化的自主要是指一些影响土地利用变化的自然因素,如地形、土壤类型等。然因素,如地形、土壤类型等。主要是指一些影响土地利用变化的社主要是指一些影响土地利用变化的社会经济因素,如国内生产总值、人均会经济因素,如国内生产总值、人均收入水平等。收入水平等。在较短的研究时段内,社会经济因素是在较短的研究时段内,社会经济因素是影响土地利用变化的主要驱动力。影响土地利用变化的主要驱动力。将社会经济类驱动因子排除在外,虽简将社会经济类驱动因子排除在外,虽简化了模型模拟过程的复杂性,但在一定化了模型模拟过程的复杂性,但在一定程度上会影响模拟的真实性。程度上会影响模拟
9、的真实性。12-07-2009地理学研究方法v CLUE-S模型是基于高分辨率(一般大于模型是基于高分辨率(一般大于1km1km)空)空间图形数据构建的,适用于区域土地利用变化研究。间图形数据构建的,适用于区域土地利用变化研究。v CLUE-S模型内,每一个单元(栅格)被视为土地利用类模型内,每一个单元(栅格)被视为土地利用类型的同质空间,由栅格上主要土地利用类型表达该栅格的型的同质空间,由栅格上主要土地利用类型表达该栅格的土地利用状况。土地利用状况。v CLUE-S 模型作为经验统计模型的代表模型作为经验统计模型的代表,运用系统论方法运用系统论方法处理不同土地利用类型之间的竞争关系处理不同土
10、地利用类型之间的竞争关系,在模拟区域土地在模拟区域土地利用的时空动态变化方面具有明显优点。利用的时空动态变化方面具有明显优点。土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型附注:附注:12-07-2009地理学研究方法CLUE-S模型的研究现状模型的研究现状v 国际:国际:CLUE-S模型的研究方兴未艾模型的研究方兴未艾v 国内:国内:CLUE-S模型得到了有效应用模型得到了有效应用 土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型12-07-2009地理学研究方法2019年年P.H.Verburg等学者发表了一系列文章奠等学者发表了一系列文章奠定了定
11、了CLUE-S模型的理论框架,并做了实证研究。模型的理论框架,并做了实证研究。CLUE-S模型在中美洲、欧洲、哥斯达黎加、厄模型在中美洲、欧洲、哥斯达黎加、厄瓜多尔、印度尼西亚、菲律宾以及马来西亚等许瓜多尔、印度尼西亚、菲律宾以及马来西亚等许多国家的区域尺度上都得到了应用,并取得了很多国家的区域尺度上都得到了应用,并取得了很好的效果。好的效果。CLUE-S模型已经基本成熟,并开发成相对独立模型已经基本成熟,并开发成相对独立的软件直接加以使用。的软件直接加以使用。土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型v 国际:国际:CLUE-S模型的研究方兴未艾模型的研究方兴未艾1
12、2-07-2009地理学研究方法 CLUE-S模型以实证研究为主,部分学者试着改进模型以实证研究为主,部分学者试着改进CLUE-S模型。模型。在地方尺度上,张永民等(在地方尺度上,张永民等(2019)首先引入首先引入CLUE-S模模拟分别以奈曼旗的土地利用变化,并推广该模型;蔡玉梅拟分别以奈曼旗的土地利用变化,并推广该模型;蔡玉梅等(等(2019)以邯郸为例进行实证研究;邓祥征等()以邯郸为例进行实证研究;邓祥征等(2019)用用CLUE-S结合系统动力学模型模拟太仆寺旗土地利用变结合系统动力学模型模拟太仆寺旗土地利用变化的时空模式;张学儒(化的时空模式;张学儒(2019),盛晟等(),盛晟等
13、(2019)分别)分别用用CLUE-S分析唐山海岸带、南京市的土地利用变化等分析唐山海岸带、南京市的土地利用变化等;吴桂平(吴桂平(2019)改进了)改进了CLUE-S模型模型;刘淼(刘淼(2009)等以)等以CLUE-S为例分析为例分析lucc的时间尺度预测能力。的时间尺度预测能力。土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型v 国内:国内:CLUE-S模型得到了有效应用模型得到了有效应用12-07-2009地理学研究方法v CLUE-SCLUE-S模型的应用研究已逐渐走向成熟,但也存在着一些模型的应用研究已逐渐走向成熟,但也存在着一些研究的不足研究的不足:在已有在已
14、有CLUE-SCLUE-S模型的研究应用中,土地利用及其驱动因子模型的研究应用中,土地利用及其驱动因子数据采用的大多是综合的乡镇一级数据,而基于数据采用的大多是综合的乡镇一级数据,而基于LogisticLogistic方法的方法的CLUE-SCLUE-S模型在进行空间分析时往往掩盖了这些空间模型在进行空间分析时往往掩盖了这些空间数据内部的自相关性,这将在某种程度上影响模拟结果的数据内部的自相关性,这将在某种程度上影响模拟结果的精确性。如何减少此类影响,提高模拟结果的精确度,有精确性。如何减少此类影响,提高模拟结果的精确度,有待进一步研究。待进一步研究。考虑到短期或近期土地利用变化的因子主要与人
15、类的社会考虑到短期或近期土地利用变化的因子主要与人类的社会经济活动有关,而社会经济因子的空间化尚存在一定难度。经济活动有关,而社会经济因子的空间化尚存在一定难度。因此,突破这一瓶颈成为因此,突破这一瓶颈成为CLUE-SCLUE-S模型发展和应用的关键。模型发展和应用的关键。土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型12-07-2009地理学研究方法CLUE-S模型的优越性模型的优越性v 可以整合人类驱动因素可以整合人类驱动因素,将一般模型难以考虑的政策等宏将一般模型难以考虑的政策等宏观因素纳入其中。观因素纳入其中。v 可以整合研究不同空间尺度的区域可以整合研究不同空间
16、尺度的区域LUCC过程和驱动力。过程和驱动力。v 可以综合模拟多种土地利用类型的时空变化。可以综合模拟多种土地利用类型的时空变化。v 可以对不同的土地利用情景进行模拟,为土地利用决策提可以对不同的土地利用情景进行模拟,为土地利用决策提供更加科学的依据。供更加科学的依据。土地利用变化空间模拟模型土地利用变化空间模拟模型CLUE-S模型模型 CLUE-S模型兼顾了土地利用系统中的社会模型兼顾了土地利用系统中的社会经济和生物物理驱动因子,并在空间上反映土经济和生物物理驱动因子,并在空间上反映土地利用变化的过程和结果,具有更高的可信度地利用变化的过程和结果,具有更高的可信度和更强的解释能力。和更强的解
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