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        LUCC驅(qū)動(dòng)力模型的發(fā)展歷程及相關(guān)問(wèn)題

        2014-05-30 23:59:15魏江龍羅芳
        2014年51期

        魏江龍 羅芳

        摘 要:針對(duì)LUCC驅(qū)動(dòng)力模型在研究觀測(cè)土地利用及土地覆被變化中的潛在利用價(jià)值和較高的發(fā)展?jié)撡|(zhì),本文通過(guò)追溯LUCC驅(qū)動(dòng)力模型的發(fā)展歷程,探討不同模型的優(yōu)劣點(diǎn),為L(zhǎng)UCC驅(qū)動(dòng)力模型的發(fā)展提出科學(xué)的發(fā)展方向,為更好地解決土地系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中的技術(shù)難題提供科學(xué)依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:LUCC;土地系統(tǒng);驅(qū)動(dòng)力模型

        1.前言

        土地系統(tǒng)作為地球大陸系統(tǒng)最關(guān)鍵的組成部分之一,也是人類與自然環(huán)境的橋梁,也為人類-自然環(huán)境和諧共處提供重要作用。因此,在人類因?yàn)樯婧桶l(fā)展不斷改變地球表層的土地利用方式和土地覆被時(shí),LUCC驅(qū)動(dòng)力模型研究通過(guò)對(duì)土地利用的變化機(jī)制、土地覆被的變化機(jī)制、區(qū)域和全球模型三方面的分析,解釋土地覆被的時(shí)空變化并有助于LUCC預(yù)測(cè)模型的建立。

        2.LUCC驅(qū)動(dòng)力模型的發(fā)展歷程

        引起LUCC的原因包括自然和人為兩方面。在較短的時(shí)間尺度上,自然驅(qū)動(dòng)力相對(duì)較為穩(wěn)定,有著累積性效應(yīng),人為驅(qū)動(dòng)力則相對(duì)較活躍(Lambin等,2001)。目前用來(lái)描述人類活動(dòng)與土地利用相互作用關(guān)系的模型化方法大致可以分為三類:基于經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)模型,基于過(guò)程的動(dòng)態(tài)模型和綜合模型(藺卿等,2005)。

        基于經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)模型方法是通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析法,分析主成分因子對(duì)土地利用變化的貢獻(xiàn)率,從而得出外在原因?qū)ν恋乩米兓挠绊懘笮?。該方法適用于較復(fù)雜區(qū)域,收集數(shù)據(jù)越詳細(xì)可靠,模型的可信度也越高。易于分辨出外在原因的主次關(guān)系,得出主要矛盾關(guān)系,可定量分析土地利用變化與驅(qū)動(dòng)因此的關(guān)系。Bakkera(2005)利用回歸模型分析發(fā)現(xiàn),希臘Lesvos島的土地棄耕問(wèn)題是土壤侵蝕引起的。Gobin(2002)利用回歸模型分析了農(nóng)業(yè)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力,得到了理想的結(jié)果。史培軍等(2000)通過(guò)回歸分析得出深圳市土地利用變化的人為驅(qū)動(dòng)力。

        動(dòng)態(tài)模型在充分研究LUCC驅(qū)動(dòng)力的基礎(chǔ)上,通過(guò)模擬系統(tǒng)中各組成部分之間的相互作用,來(lái)模擬LUCC的過(guò)程(Lambin等,2001)。根據(jù)研究結(jié)構(gòu)不同,動(dòng)態(tài)模型包括:元胞自動(dòng)機(jī)模型(Cellular Automata,CA)、組織基礎(chǔ)模型(Agent-based)和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。CA模型是一種時(shí)間、空間和狀態(tài)均離散的格子動(dòng)力學(xué)模型,可以在大尺度上土地利用變化的過(guò)程(藺卿等,2005)。該模型在城市擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)中運(yùn)用較為廣泛(Fang SF等,2004)。Agent-based模型的研究目標(biāo)是人類與其活動(dòng)。它通過(guò)模擬個(gè)體行為,把社會(huì)行為和土地利用方式聯(lián)系起來(lái)的模型。它可以控制自己的行為和狀態(tài)以達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)(Woolndge等,1999)。這種模型又可以分為兩類:一種是認(rèn)知模型,另一種是人類決策模型。在Agent-based模型的基礎(chǔ)上,建立了土地利用/覆被變化研究中的Multi-Agent System模型。該模型可從微觀尺度上解釋土地利用的變化,為土地利用決策行為的研究提供了一個(gè)新的可行方案。而系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是建立在系統(tǒng)論、控制論和信息論基礎(chǔ)上,以分析反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)行為為目的的動(dòng)力學(xué)模型。其特點(diǎn)主要是可以從宏觀上顯示出土地利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為之間的相互作用關(guān)系,考察系統(tǒng)的運(yùn)行及變化趨勢(shì)。通常多應(yīng)用與數(shù)據(jù)不足的問(wèn)題中,獲得主要信息。

        綜合模型通過(guò)將不同的LUCC驅(qū)動(dòng)力模型整合起來(lái),解決特定問(wèn)題。其中,土地利用變化及其效應(yīng)(Conversion of Land Use and its Effects,CLUE)模型被應(yīng)用較多。該模型通過(guò)考慮社會(huì)經(jīng)僑和生物物理驅(qū)動(dòng)因子,綜合分析多尺度下的土地利用變化。它的優(yōu)點(diǎn)是:(1)通過(guò)將土地利用系統(tǒng)看做一個(gè)整體,能同時(shí)對(duì)多種土地利用類型之間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系同時(shí)模擬,并做出相應(yīng)的情景分析(Verburg等,2002)。(2)可分析不同分辨率下各種因素對(duì)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)作用,驅(qū)動(dòng)因子的選擇也更加科學(xué),使假定的因果關(guān)系更加合理。

        3.目前研究中的問(wèn)題

        雖然幾大模型的建立為土地利用變化的監(jiān)測(cè)提供了有力支撐,但在研究過(guò)程中也出現(xiàn)了不少問(wèn)題,亟待解決。首先,統(tǒng)計(jì)模型具有簡(jiǎn)化問(wèn)題.易應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn).但同時(shí)也存在四個(gè)方面的問(wèn)題:因變量的確定及量化問(wèn)題、自變量問(wèn)題、案例研究范圍問(wèn)題和假設(shè)的因果關(guān)系問(wèn)題。

        動(dòng)態(tài)模型中,CA模型在運(yùn)用時(shí)如果不能合理的定義周圍環(huán)境對(duì)異質(zhì)主體的作用,就容易得到與事實(shí)不符的結(jié)果。并且由于鄰域關(guān)系不能反映實(shí)際的空間關(guān)系,易產(chǎn)生空間導(dǎo)向問(wèn)題(Parker等,2003)。元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)人類決策的模擬仍然響應(yīng)較弱,用過(guò)對(duì)不同的元胞執(zhí)行多層次的轉(zhuǎn)換規(guī)則能改善模型在這方面的模擬能力。Agent-based模型可以從微觀尺度上解釋土地利用變化的細(xì)節(jié),具有較好的發(fā)展前景。由于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型缺乏對(duì)空間因素的處理能力,因此限制了其在具有空間概念的土地利用系統(tǒng)中的運(yùn)用。將該模型與GIS系統(tǒng)結(jié)合使用,將是未來(lái)的發(fā)展方向(藺卿等,2005)。

        4.結(jié)論

        研究發(fā)現(xiàn),CLUE模型系統(tǒng)在考慮土地利用系統(tǒng)中的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生物物理驅(qū)動(dòng)因子基礎(chǔ)上,能在空間上反映土地利用變化的過(guò)程和結(jié)果,具有較高的可信度,解決社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子的空間化問(wèn)題將使該模型更加完善。(作者單位:1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院;2.成都理工大學(xué)管理科學(xué)學(xué)院)

        參考文獻(xiàn):

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        [2] LUCC驅(qū)動(dòng)動(dòng)力模型研究綜述

        [3] Bakkera M.M.Goversb G.Kosmasc C,Vanackera V,van Oostb K.Rounsevella M.Soil erosion as a driver of land-use change.Agriculture:,Ecosystems and Environment,2005,105 ; 467-481.

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