一种大尺度土地覆盖变化的空间预测模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种大尺度±地覆盖变化的空间预测模拟方法，适用于全球变化研究 领域。
【背景技术】
[0002] 全球变化是21世纪人类面临的最大和最复杂的生态环境问题。自国际地圈-生物 圈计划（IGBP)全球环境变化研究中的人文领域计划（I皿PH995年联合提出"出:也利用和± 地覆盖变化"（LUCC)核屯、研究计划W来，±地覆盖变化作为全球变化的重要组成部分和导 致全球变化的主要原因，一直是全球变化领域的研究核屯、和焦点内容之一。±地覆盖变化 作为全球环境变化的主要承载形式，直接影响着生物地球化学循环、水±流失和生物多样 性，并引起生态系统服务功能结构的改变，从而影响生态系统满足人类需求的承载能力，进 而影响生态系统与人类社会的可持续发展。因此，如何构建W-种科学有效的大尺度±地 覆盖变化的空间预测模拟方法，对于全球气候变化情景的模拟和预测，W及如何改进全球 变化适应性战略和减缓气候变化对±地覆盖的影响等均具有重要的科学和现实意义。
[0003] ±地覆盖变化是自然要素和人文要素在复杂的地球表层共同作用和相互禪合的 结果。如何在深入分析和认识气候、地形、±壤、植被分布等自然要素与人口密度、经济水 平、交通状况、政策管理等人文要素之间的相互作用机理和驱动机制，是构建±地覆盖变化 空间预测模型的重要研究内容。在±地覆盖模型的研究进程中，特别是自21世纪W来，国内 外学者从不同的角度出发，结合不同的研究目的，相继发展了一系列±地覆盖模型，但运些 模型概括起来存在W下两个缺陷:第一，有关上地覆盖的大多数统计分析模型，主要利用上 地覆盖的历史数据和现状数据，对±地覆盖从过去到现状的时空变化过程进行统计和分 析，而无法对±地覆盖的未来变化进行模拟和与预测;第二，目前构建的大多数±地覆盖预 测模型，主要针对于小区域尺度的建设用地和农业用地如何变化而构建，虽然能够比较全 面地考虑人口、经济、交通等人文要素对小区域尺度±地覆盖类型及其空间变化的影响，进 而设计未来情景模型，但由于模型参数及其参数因子之间的驱动过为复杂，而无法运用于 大尺度±地覆盖未来变化的空间预测模拟。
[0004] 因此，如何针对W上模型缺陷，在全球气候变化背景下，充分考虑自然要素和人文 要素的双重作用，构建自然要素和人文要素共同驱动的适用于大尺度空间格局上的±地覆 盖变化的空间预测方法，实现对全国乃至全球尺度的±地覆盖时空变化趋势的模拟和预 巧。，已日益成为全球变化研究领域共同关注的热点和难点问题。本发明正是基于上述科学 问题，在对自然植被生态系统类型与±地覆盖类型分布的空间相似性和一致性特征进行定 量对比分析的基础上，提出一种适用于大尺度±地覆盖未来变化的空间预测和模拟方法。 该方法不仅考虑到现有上地覆盖变化模型的尺度问题，而且能够在自然气候变化驱动下考 虑人口密度、交通状况、生态保护政策规划等人文因素对±地覆盖变化的影响，实现大尺度 ±地覆盖变化的空间模拟和预测，同时具有很强的可操作性。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在于深入分析和定量掲示自然植被生态系统类型与±地覆盖类型在空 间分布上的空间相似性和一致性特征，并结合±地覆盖现状及其各类型的空间分布比率量 化因子的基础上，综合考虑交通密度、人口密度、人均GDP等人文要素，W及国家自然保护 区、国家重点生态功能区W及基本农田保护的国家政策对±地覆盖变化的驱动和影响作 用，提出一种大尺度±地覆盖变化的空间预测模拟方法，实现对自然要素和人文要素共同 驱动下的大尺度±地覆盖变化的空间预测和模拟分析，从而解决目前±地覆盖变化模型无 法用于大尺度乃至全球尺度的模型缺陷，进而为深入研究和定量评估大尺度±地覆盖变化 对全球变化的响应效应提供方法和技术支持。为了实现上述目的，本发明采用的关键技术 方案包括W下步骤：
[0006] 整个技术流程主要分为Ξ个步骤，首先对大尺度±地覆盖类型和自然植被生态系 统类型的空间相似性和一致性进行空间对应机理分析，结合±地覆盖类型现状、自然植被 生态系统类型现状及其未来某一时段的空间分布数据，求算二者各类型之间发生相互转换 的最大对应概率;其次求算每一种±地覆盖类型在空间栅格单元上分布的百分比系数，W 及求算交通密度、人均GDP和人口密度的空间分布密度系数，并与自然植被生态系统类型与 ±地覆盖类型之间的对应概率进行综合集成，从而构建±地覆盖变化的最大转移概率的空 间综合分析模型;最后根据国家自然保护区政策、国家重点生态功能区政策、国家退耕还林 还草政策W及基本农田保护政策，建立政策因素对±地覆盖变化的影响和限定规则，并参 与到±地覆盖变化概率的空间预测判别和模拟分析，进而在栅格层次上实现某一个时段内 每一个栅格单元的±地覆盖变化的空间预测和模拟分析。
[0007] 第一步、求算自然植被生态系统类型与±地覆盖类型之间的对应概率
[0008] 1-1)修正化Z模型的参数输入模式，模拟不同时段内的自然植被生态系统类型的 空间分布；
[0009] 1-2)对比分析大尺度±地覆盖类型和自然植被生态系统类型的空间相似性和一 致性，并结合±地覆盖数据和某两个时段的自然植被生态系统数据，求算自然植被生态系 统类型与±地覆盖类型在空间分布上的对应概率。
[0010] 第二步、构建±地覆盖类型变化最大转移概率的空间分析模型
[0011] 2-1)利用人口、交通道路和人均GDP的空间分布数据，分别求算其相应的空间分布 密度系数；
[0012] 2-2)综合集成自然植被生态系统与±地覆盖类型在空间分布上的对应概率、±地 覆盖百分比系数、W及人口、交通和人均GDP的空间分布密度系数，构建±地覆盖变化最大 转移概率的空间分析模型。
[0013] 第Ξ步、构建政策因素对±地覆盖可能变化的限定规则，实现大尺度±地覆盖变 化的空间预测和模拟。
[0014] 3-1)基于国家自然保护区、重点生态功能区、退耕还林还草W及基本农田保护的 相关±地利用政策，建立政策因素对±地覆盖变化的影响和限定规则；
[0015] 3-2)结合第二步构建的±地覆盖变化最大转移概率的空间分析模型，实现大尺度 ±地覆盖变化的空间预测和模拟分析。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的主流程示意图
【具体实施方式】
[0017] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W下结合附图，对本发明进 行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的【具体实施方式】仅仅用W解释本发明，并不用于 限定本发明。
[0018] 如图1所示本发明公开了一种大尺度±地覆盖变化的空间预测模拟方法，包括W 下步骤：
[0019] 第一步、求算自然植被生态系统类型与±地覆盖类型之间的对应概率；
[0020] 第二步、构建±地覆盖类型变化最大可能性概率的空间分析模型；
[0021] 第Ξ步、构建政策因素对±地覆盖可能变化的限定规则，实现大尺度±地覆盖变 化的空间预测和模拟。
[0022] W下对具体步骤进行详述：
[0023] 求算自然植被生态系统类型与±地覆盖类型之间的对应概率。该步骤首先在将 HLZ模型（Holdridge，L. R.，1947 .Determination of world plant formations from simple climate data.Science 105(2727) ,367-368.)的模型输入参数形式从不连续的离 散点修正为连续的空间栅格单元的基础上，实现不同时段内的自然植被生态系统类型的空 间分布模拟。模型修正后的空间分析公式可表征为：
[0024]
(1)
[0025] 式中，81'^，7，*)、11?片，7，*)和1^^^，7，*)分别*时段栅格单元^，7)的年平均生物 溫度、年平均降水量及潜在蒸散比率的W2为底的对数值;LBTi〇、LRTi〇和LPTio则分别为化Z 模型判别体系统中第i种自然植被生态系统类型所代表的空间位置的年平均生物溫度、年 降水量及年潜在性蒸散率的标准值;当化(X，y，t