徐苏
, 张永勇, 窦明
XU Su, ZHANG Yongyong, DOU Ming
通讯作者:
收稿日期: 2016-06-20
网络出版日期: 2017-04-20
版权声明: 2017 地理科学进展 《地理科学进展》杂志 版权所有
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作者简介:
作者简介：徐苏(1990-),男,硕士研究生,主要从事水文学及水资源领域研究,E-mail:xusu0925@163.com。
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摘要
土地利用变化的径流效应是水循环研究中的重点内容之一。长江流域是中国最大的流域,土地利用变化及其径流效应分析是研究该流域径流演变、水旱灾害的基础。本文利用1980、1990、1995、2000、2005年五期土地利用数据,采用土地利用转移矩阵计算土地利用动态度、交换变量等指标,评价了长江流域土地利用的时空变化特征,识别关键变化区域及其变化原因。在此基础上,利用SCS模型的降水—径流方程,分析了土地利用变化的径流效应。研究结果表明：1980-2005年时期,长江流域土地转移活跃程度在第一(1980-1990年)和第四(2001-2005年)时期内明显高于1991-1995年和1996-2000年,中上游四川及其北部地区的活跃程度最大。1980-2005年期间水田、旱地、林地和草地面积变化幅度都在8%以内。但受不同时期环境保护和经济发展因素影响,耕地(水田和旱地)和林地、草地呈现相反的变化,而水域、未利用地和城镇用地相对变化较大;其中快速的城镇化导致城镇用地增幅最高,可达196.58%。土地利用变化直接导致流域的平均径流系数变大,变幅从-0.67%到0.80%,平均增幅0.05%,变化最显著的地区在城市化水平较高的长三角一带。径流系数的增加导致洪水发生的可能性增大。
关键词：
Abstract
The impact of land use change on runoff is one of the key concerns in water cycle research. The Yangtze River Basin is the largest river basin in China, and land use change and its impact on runoff are key research questions for runoff variation and flood and drought hazards analyses of the basin. This study used land use data of the Yangtze River Basin in 1980, 1990, 1995, 2000 and 2005 to calculate the dynamic degree, swapping variable values, and other indexes between the four periods by land use transition matrix, evaluated spatial and temporal variation characteristics of land use, and identified key regions of change and driving factors in the basin. Based on the widely-used precipitation-runoff relationship of the Soil Conservation Service (SCS) model, runoff impacts caused by land use change were assessed. The results show that from 1980 to 2005, land transfer activity was more intense in the first (1980-1990) and the fourth (2001-2005) periods compared to the two periods in between (1991-1995, 1996-2000). The middle and upper reaches around Sichuan Province and to its north were the most active regions. Paddy land, dry land, woodland, and grassland areas changed slightly, less than 8%. Influenced by different approaches of environmental protection and economic development in the four periods, cultivated lands (paddy land and dry land) showed inverse changes with grassland, and water body, unused land, and urban land changed to a much greater extent. In particular, due to rapid urbanization, urban land increased by 196.58%. Land use change directly resulted in the increase of average runoff coefficient, which ranged from -0.67%~0.80%, with the mean of 0.05%. The most obvious changes were in highly urbanized regions, particularly around the Yangtze River Delta region. Increase of runoff coefficient would raise the occurrence probability of flooding.
Keywords：
土地利用变化是全球变化研究中的重要内容之一,而土地利用变化对流域水循环的影响一直是全球变化与水文学研究中的热点问题(夏军等, 2006)。伴随着全球变化的深入研究,土地利用变化得到广泛关注。土地利用变化不仅影响水文过程,也关系着生态环境和人类的可持续发展。因此,开展这方面的研究对于土地资源的合理利用,生态与环境的综合治理等具有重要意义。
自1995年国际地圈—生物圈计划(IGBP)和全球环境变化中人文领域计划(HDP)联合提出“土地利用和土地覆盖变化”(Land use and land cover change, LUCC)研究计划以来,土地利用变化研究一直是全球变化研究的前沿热点课题(Tuner et al, 1995; Lambin et al, 1999, 2001; Geist et al, 2001; 李家洋等, 2005),到目前土地利用变化及其影响方面的研究已日益成熟。Brown等(2000)利用Landsat影像和马尔科夫转移矩阵分析了美国中西部的林地和非林地之间的变化。Shalaby 等(2007)借助于遥感技术,解析了埃及西北海岸地区1987年和2001年两期土地覆盖图,发现旅游开发和农业生产使得该区域土地利用发生了很大改变。此外,土地利用变化并不仅限于面积变化的研究(施毅超等, 2008; Fan et al, 2016),如Langroodi 等(2015)研究了土地利用/覆盖与地下水水质变化的关系;刘纪远等(2003, 2014)研究了20世纪80年代末以来中国土地利用的时空变化;多位科学家探索了基于土地转移矩阵探索土地利用演变历程(刘瑞等, 2010; 赵景辉等, 2012; 乔伟峰等, 2013)。可见,土地利用变化的研究趋于多元化。
长江流域是中国最重要的区域。随着经济发展,流域内土地利用发生巨大变化,泥石流和洪旱等灾害成为流域内生命财产和生态的巨大威胁,因此开展流域土地利用变化及其影响的研究极为重要。部分学者对流域内不同区域土地利用变化开展了较多研究,如郭泺等(2012)分析了长江源头地区海拔、坡度、坡向对草地退化的影响;权瑞松等(2009)探索了上海地区城市化对径流变化的影响。但针对全流域土地利用变化径流效应的相关研究较少,缺乏对流域整体土地利用动态变化的认知。本文利用1980年、1990年、1995年、2000年、2005年五期长江流域土地利用数据,在水资源三级分区尺度上利用多种土地利用变化指标深入评价了社会经济快速发展时期的1980-2005年土地利用变化的时空特征;在此基础上,运用与土地利用和径流系数均有紧密联系的径流曲线数,计算对比了各期径流系数的变化,分析了土地利用变化对流域径流的影响,研究结果可为长江流域径流情势演变、水资源安全等研究提供借鉴。
长江流域(N24°27-35°54′,E90°33-122°19′)是中国第一大流域,横跨中国东、中、西部三大经济区共计19个省、自治区、直辖市,土地总面积约180万km2。流域内人口约占全国的30%,耕地占全国的1/4,农业生产值占全国农业总产值的40%,为全国重要的粮食基地。流域内水资源丰富,多年平均径流量约占全国河流径流总量的36%,为经济社会发展提供了重要的保障。长江流域地势西高东低,有高原、盆地,丘陵、平原等地形,土地利用较为复杂,因而研究其土地利用状况对流域内径流变化的影响分析、环境保护和经济发展等具有重要意义。为揭示流域内不同地区土地利用的时空变化特征,以水资源三级分区为依据,将全流域划分为45个小区域,如图1所示。
2.2.1 土地利用变化
(1) 土地利用转移矩阵
土地利用转移矩阵用于展示土地转移的动向和数量,能详细反映某一时段内土地流转情况,常见的土地利用转移矩阵如表1。表中,Ai表示第i种土地利用类型, S代表面积。矩阵的行元素之和表示转移前该类土地的面积,某一列元素之和表示转移后该类用地的面积。i、j分别代表转移前后的用地类型,因此Sij表示由i用地转移到j类用地的面积,矩阵对角线上的元素Sij(i=j)表示在研究期间第i类未变化的面积。通过土地利用转移矩阵可测度研究区内各类型的土地转移的方向和数量,作为分析土地变化的重要工具。
(2) 单项地类动态度
单项地类动态度(Land Use Dynamic Degree,LUDD),是指在研究期内某一类用地转化为其他类型用地与该地类转移初期面积的比值,反映该地类在转移期间的活跃程度。表达式如下：
式中：i为第i类型用地;Si为某地类转移前的面积;Sii为未发生转移的面积,单位为km2;T为研究时间长度,根据研究区域的时间尺度选择不同的时间单位,本文中单位为年。
(3) 土地交换变化量
单项地类动态度仅揭示某类型用地在变化前后两期之间的面积净变化量,但不能完全反映地类的真实变化情况。例如,假设A类土地利用减少了S的面积,同时其他类的用地转化成A类用地面积也为S,假定其他类型没有转进或者转出,则该类用地的净变化量为0,此时用单项地类动态度并不能反映土地的实际交换情况,严重低估实际变化情况。因此本文用交换变化量来同时考虑某类用地转化为其他类型用地和其他类型用地转为该类型的面积之和,用U表示值的大小,计算公式如下：
式中：SA与SC分别代表其他类型转为某一类型用地的面积和该类转为其他类型用地的面积,Si为转移前的面积。当交换变量值较大时说明研究区域内的土地利用活跃程度大,土地利用转移频繁。
2.2.2 土地利用变化的径流效应
为快速分析土地利用变化引起的径流变化,本文采用美国农业部土壤保持局开发的SCS水文模型。该模型中径流曲线数CN值与土地利用和径流系数均有紧密联系,从而可定量得到土地利用变化的径流效应。模型结构简单、输入参数少,广泛应用于不同尺度流域的径流模拟(史培军等, 2001; 张秀英等, 2003; 薛丽芳等, 2015)。SCS模型中的降雨—径流关系的表达式如下：
式中： P为降水量(mm);Q是径流深(mm);W为最大滞留量(mm);W计算公式为：
式中：CN为径流曲线数,反映降水前流域下垫面特征的综合参数,是一个无量纲参数。将公式(4)带入公式(3)中,整理得到径流系数μ为：
根据SCS模型定义,CN值为土地利用类型、土壤类型、前期土壤湿润程度等下垫面因素的函数。一般来说,在降水量一定的条件下,CN值越大产流量越大;在土壤状况相对稳定的情况下流域的CN值变化主要是由于土地利用变化造成的。长江流域多年平均降水量在400 mm~1600 mm之间,不同降水值条件下CN值与径流系数
图2 径流曲线数(CN)值与径流系数(μ)关系曲线
Fig.2 Relations between curve number (CN) value and runoff coefficient in different precipitation conditions
用于研究的土地利用数据来源较多,不同数据源存在显著的差异性。因此为确保数据的一致性,文中选取了中国科学院资源环境科学数据中心基于Landsat TM/ETM遥感影像校准得到的1980年、1990年、1995年、2000年和2005年五期1：10万比例尺土地利用栅格图(图3)。这一时期也是中国经济社会发展最迅速,土地利用变化比较显著的阶段,研究该时段内的土地利用变化有重要意义。本文将1980-1990年作为第一个研究时期,1991-1995年为第二期,1996-2000年和2001-2005年分别为第三、四时期。在《全国土地分类标准》的基础上对研究区土地利用类型进行重新分类,划分为水田、旱地、林地、草地、水域、城镇用地和未利用土地7种用地类型。SCS模型提供了A、B、C和D组不同土壤类型,不同土地利用类型对应的CN值取值不同(表2),其中A类为透水性很强的厚砂层、黄土层;B类为透水性较强的薄层黄土、沙壤土;C是透水中等的粘壤土等;D类是弱透水性的吸水后的膨胀土;上述4类土壤的产流能力依次增加。为快速计算长江流域径流系数变化,通过查阅资料(赵景辉等, 2012; 乔伟峰等, 2013),选取B组CN值进行计算。
图3 1980-2005年长江流域五期土地利用类型分布
Fig.3 Land use maps of the Yangtze River Basin in five periods between 1980-2005
表2 4种不同土壤类型条件下CN值
Tab.2 Curve number (CN) values of four types of soil
| 土地利用类型 | 水文土壤组 | |||
|---|---|---|---|---|
| A | B | C | D | |
| 水田 | 62 | 71 | 78 | 81 |
| 旱地 | 37 | 43 | 47 | 49 |
| 林地 | 25 | 55 | 70 | 77 |
| 草地 | 30 | 58 | 71 | 78 |
| 水域 | 98 | 98 | 98 | 98 |
| 建设用地 | 72 | 81 | 85 | 88 |
| 未利用地 | 76 | 85 | 94 | 94 |
图4表明,第一和第四时期内活跃程度明显大于第二、三时期,第一、四时期的最大交换变量值分别为0.88、0.70,平均值分别为0.59和0.46;中间两期最大值为0.30,平均值分别为0.07和0.06。第一时期最大值出现在流域中部渠江、涪江区,最小值在源头通天河区和下游入海口一带。第二、三时期交换变量值分布地区较接近,最大值在江源区及金沙江段,其次在流域的中部地区,下游及以南地区交换变量值明显要小,在0.01~0.15之间。第四时期交换变量值明显大于中间两个时期,最大值出现在流域中部广元昭化和渠江区,上游地区活跃程度最小,多在0.22~0.33。流域的土地利用转移活跃程度经历了先减后增的变化,而地区分布上流域中上游地区的活跃程度比其他地区要高,流域中部四川一带活跃最明显。
各类型土地利用面积变化如表3所示。在第一个时期内林地和草地的面积分别增加了37212 km2和19336 km2,增幅分别为4.97%和4.48%;建设用地减少16476 km2,减幅70.59%,变幅是该期间最大的。中间时期面积变化值和变化率相对要小,其中草地在第二时期内增加11068 km2,第三时期减少9688 km2,变化幅度分别为2.52%和-2.15%;建设用地连续两个时期增加,先后增加2284 km2和 1432 km2,增幅分别为32.39%和15.34%。其他几类先增后减或先减后增,除未利用地,其余的变化幅度都小于3%。第四时期内林地和草地面积减少最多,减幅分别为4.52%和4.73%;增幅最大的是建设用地,高达196.58%。研究期内耕地、水域和未利用地都呈增加的趋势变化,林地和草地面积先增后减,建设用地后3个时期持续增加,在各地类中变化最明显。这主要与中国自改革开放以来,城市化进程逐渐加快有关。
表3 1980-2005年流域各类用地面积变化
Tab.3 Change in areas of different land use types of the Yangtze River Basin, 1980-2005
| 土地利用类型 | 1980-1990 | 1991-1995 | 1996-2000 | 2001-2005 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 面积变化/km2 | 变化率/% | 面积变化/km2 | 变化率/% | 面积变化/km2 | 变化率/% | 面积变化/km2 | 变化率/% | |
| 水田 | -6432 | -2.24 | -1612 | -0.64 | -2168 | -0.87 | 1916 | 0.78 |
| 旱地 | -18244 | -7.01 | -6048 | -2.62 | 6040 | 2.68 | 15836 | 6.86 |
| 林地 | 37212 | 4.97 | 4320 | 0.56 | -5568 | -0.72 | -34876 | -4.52 |
| 草地 | 19336 | 4.48 | 11068 | 2.52 | -9688 | -2.15 | -20880 | -4.73 |
| 水域 | -8220 | -20.08 | -508 | -1.57 | 248 | 0.78 | 10800 | 33.82 |
| 建设用地 | -16476 | -70.59 | 2284 | 32.39 | 1432 | 15.34 | 21168 | 196.58 |
| 未利用地 | -6820 | -8.91 | -9504 | -13.64 | 9704 | 16.13 | 5660 | 8.12 |
3.2.1 1980-1990年期间
该期间的土地利用变化相对于其他几个时期是最大的。水田在宜昌以下的多数地区呈增加趋势,其中环鄱阳湖区增幅最大(18%);宜昌以上的地区呈减少趋势,其中中部地区减少幅度最大(48%);源头到石鼓下地区减幅多在17%~34%。旱地在中上游地区增加明显,涪江等分区增加较多,澧水区增幅最大(75%),其余地区呈不同程度的减少。林地在中下游大部分地区增加,其中沅江和赣江一带增幅最大(14%),但入海口分区减少,且减幅最大(69%);上游地区呈减少趋势,减幅在0.5%~20%。草地在宜宾以上和中部的大部分地区呈增加趋势,增幅多在0.2%~19%;下游除通南区外,大多数地区减少,其中湘江赣江一带减少最明显。水域在流域内大部分区都减少,只在城陵矶和汉江区增加,其中汉江区增加最大(29%）;减少最多的在赤水河区(93%)。城镇用地仅在丹江口上等少数分区有增加,其中丹江口以上地区增幅最大(68%);其余地区减幅多在33%~63%。未利用地在冷水江和丹江口以上等分区增加,江源到石鼓、下游沿干流的一带减少1%~46%;流域中部清江、湘江等分区减幅最大,为46%~100%。受严重的水土流失等影响,流域耕地大部分变成未利用地或者转为林地草地,林地草地面积增加,环境保护问题受到重视。受篇幅所限,图5仅展示变化幅度最大的城镇用地和未利用地类型。
图5 1980-1990年城镇用地和未利用地面积变化
Fig.5 Change of urban land and unused land, 1980-1990
3.2.2 1991-1995年期间
该期间水田仅在唐白河分区内增加44%,其余地区减少,在四川一带减幅最大(8%)。旱地在宜宾至宜昌段、澧水区和鄱阳湖环湖一带呈增加趋势,其中澧水区增幅最大(23%),其余地区减少,减幅多在0.4%~11%之间。林地在通天河和广元昭化一带及下游的青弋江区内减少,减幅最大在通天河区(33%),其余大部分地区增加0.4%~10%,最大增幅在沱江区(16%)。草地在流域大部分地区都增加,其中在广元昭化增幅最大(60%),在直门达、思南、丹江口区和湘江一带及下游减少,唐白河区减幅最大(41%)。水域在流域多数地区减少,减幅3%~10%,减少最多的在石鼓以下干流区(39%),在湘江、唐白河和丹江口区等地区增加。城镇用地在大渡河和沅江区减少,沅江区减少最多(50%),在源头区和入海口一带增加最明显,其余多数增幅55%~103%。未利用地在石鼓、涪江、丹江口下和湖西区内增加,丹江口下区增幅最大(80%),其余地区多数减幅1%~49%。这一期间耕地、水域、未利用地面积减少而林地草地增加,经济的发展促使城镇用地面积有明显增加,也加快了对未利用土地的开发和利用等。该期间部分土地利用变化如图6所示。
图6 1991-1995年城镇用地和未利用地面积变化
Fig.6 Change of urban land and unused land, 1991-1995
3.2.3 1996-2000年期间
1996-2000年期间水田在上游、中游南部区域和下游的干流沿途增加,其中涪江区增幅最大(9%),其余多数增加0.8%~5%;减少的地区分布在大渡河、丹江口和湘江区,其中唐白河区减幅最大(30%)。旱地在流域中部多数地区增加,增加0.5%~28%,其中增幅最大在通天河区(83%);雅砻江、澧水和修水鄱阳湖环湖区减少,其中减幅最大的在澧水区(19%)。林地仅在通天河和广元昭化区增加,其中通天河区增加47%,中上游多数地区减少0.1%~9%,而下游减少相对较多。草地在上游雅砻江四周、湘江以北和入海口地区呈增长趋势,增幅11%~23%,其中唐白河区增幅最大(36%);在广元昭化和湖西区减少明显。水域在沿干流区域增加,增幅52%~114%,其中广元昭化上区增加最多(180%);汉江区一带减少最明显,其中在唐白河区减少最多(38%)。城镇用地在通天河、赤水河及赣江区减少,其中赤水河区减幅最大(40%);其余地区都增加,其中思南以下区增加最多(173%)。未利用地在中上游支流和干流区内减少,其中在湘江区减幅最大(50%),赣江区内部分增幅43%~88%,沅江和湖口区增幅最大(100%)。由于该时期中国经济处于快速发展阶段,农业和城镇均发展迅速,出现了耕地和城镇用地明显增加的现象,因而也加重了对林地草地的破坏。追求最大的经济效益是驱动土地利用结构变化的重要因素。部分土地利用类型的变化如图7所示。
3.2.4 2001-2005年期间
该期间土地转移活跃度与第一期相似,土地转移量大,面积变化率高。水田在上游地区有小幅度增加,增幅1%~24%,中部增加明显,思南区增幅最大(78%);下游地区多数减少3%~15%,入海口区减少相对较多,其中武阳区减幅最大(22%)。旱地在通天河、清江、沅江、湘江区和下游的饶河区增幅相对较大,其中清江区增加最多(298%);沱江一带和渠江区减少明显,其中减幅最大的在涪江区(24%)。林地在源头到宜昌段和下游入海口一带增加,黄浦江区增幅最大(250%);宜昌以下到湖西区之间的地区减少0.3%~11%。草地在流域上游和中部宜宾至宜昌以南大片地区减幅在0.5%~55%,汉江、湘江区内增加明显,其中资水区增幅最大(61%)。其中黄浦江区减幅最大(100%);水域在整个流域都呈增加的趋势,多数增幅1%~144%。资水、赤水河区增加最明显,其中资水区增幅最大(700%)。城镇用地也是在整个流域呈增加趋势,其中宜昌以上的地区多数增幅在1%~166%,宜昌以下的区域增幅高达374%~573%,其中广元昭化区增幅最大(783%)。未利用地在多数地区增加0.4%~358%,而中部清江及丹江口以上地区减少明显,减幅多在0~50%。该时期土地利用增加最明显的是城镇用地,特别在经济发达的中下游地区,城镇化速度加快是其主要驱动力(图8)。
图8 2001-2005年城镇用地和未利用地面积变化
Fig.8 Change of urban land and unused land, 2001-2005
根据表2和不同区域的土地利用面积,计算得到流域每个分区内的CN值和平均CN值,表4为全流域平均CN值变化。由CN值的变化可以得到,前两个时期整个流域的平均CN减少,其中第一时期减少最多,减幅0.67%;第二时期仅减少0.02%;第三、四时期CN值持续增加,增幅分别为0.09%和0.8%;径流系数平均增加0.5%。根据公式(5)可以推测整个流域径流系数呈增加变化,且增加的幅度大于先期减少的幅度,土地利用变化引起径流系数增加导致在相同降雨量的条件下流域内将产生更多的径流。各个时段内的径流系数变化如图9所示。
表4 1980-2005年流域平均CN值及其变化
Tab.4 Mean curve number(CN) values and variation in the Yangtze River Basin, 1980-2005
| 年份 | 1980 | 1990 | 1995 | 2000 | 2005 |
|---|---|---|---|---|---|
| 流域平均CN值 | 74.43 | 73.93 | 73.92 | 73.98 | 74.57 |
| 变幅/% | -0.67 | -0.02 | 0.09 | 0.80 |
第一时期,除沱江和广元昭化以下地区增加外,流域内其余地区径流系数都减小(图9a),减幅多在0.01%~1.18%,其中下游地区的减幅比上游要大,主要是由于这一时期,流域内林地和草地大面积增加,致使蓄水能力提高;而产流较大的水域、城市用地等面积减少,使得整个流域产流能力下降,径流系数在多数地区减少。
第二时期,从源头到入海口径流系数呈减小到增加变化,尤其在流域的入海口区、洞庭湖环湖四周径流系数增加明显,其余区域仅有小幅增加。径流系数增加地区占总数的46.67%,增幅在0.01%~0.57%;而减少的地区多集中在中上游,减幅0.02%~0.65%,其中源头区减幅最大。该期间林地、草地面积继续增加,但面积变化大小和变化率相对于上一期间则要小得多。由于产流系数较大的城镇用地面积增加明显,特别是在中下游地区,使得该时期径流系数增加的地区变多;由交换变量可知该时期土地转移量少,因此径流系数绝大部分变幅较小。
第三时期,径流系数减少的地区占17.78%,其中在广元昭化以下区减幅最大(4.99%),因该地区交换变量值大,土地转移频繁,林地增加幅度大使得区域内径流系数减小明显;广元昭化以上区增幅最大(5.36%),其余增加0.17%~2.68%。该期间林地和草地面积开始减少,产流大的水域面积则开始增加,城镇用地继续增加,整个流域径流系数增加的地区比减少的地区多。
第四时期,除广元昭化以上和涪江区径流系数减少外（分别减少0.26% 和0.05%）,其余区域内径流系数都增加,增幅多在0.18%~2.50%,而下游增幅明显大于中上游部分,其中上海一带增幅最大。主要是由于城镇面积增加使得不透水面积增加,导致径流量增加;而草地和林地减少使得蓄水能力下降,导致地表径流增加,最终使得整个流域的径流系数增加,特别是在城市化发展较快的下游地区,径流效应明显,与相关研究结论相一致(权瑞松等, 2009)。
本文运用1980年、1990年、1995年、2000年和2005年五期土地利用数据,分析了长江流域1980-2005年期间土地利用格局的时空演变特征,以及由此引起的径流系数的变化。研究主要结论为：
(1) 1980-1990年时期和2001-2005年时期流域的土地转移最活跃,平均交换变量值分别为0.59和0.46,远大于1991-1995年和1996-2000年这两期平均值;且这两个时期各类型的土地利用面积变化值亦是最大。流域中部四川一带的土地转移活动最频繁,是研究期间最活跃的地区。面积变化最大的用地类型是林地和草地,都呈先增后减变化趋势;水田和旱地面积变化较大;主要是由于改革开放以来,政府鼓励有计划地开垦荒地、围湖造田,导致农田面积增加;受全球气候变化和放牧的影响,上游长江源地区草场退化问题逐渐凸显(吴豪等, 2002; 郭泺等, 2012);根据1980-2005年的土地利用变化时空特征,对流域土地利用变化时空特征有详细的了解,可以根据这些特征预测未来土地利用变化情况。随着经济社会的发展,城市化进程加快,城镇面积明显扩张,增加幅度在各类用地中最大,特别是在城镇化相对较高的中下游地区尤为明显(郑国强等, 2003)。
(2) 长江流域土地利用变化导致径流系数呈增加趋势,下游地区增幅比中上游大。全流域径流系数增加0.80%,其中下游增幅为2.5%。主要是由于上游草场退化、荒漠等未利用地增加导致水源涵养能力减弱,水土流失严重;而中下游地区由于耕地和林草地向城镇用地转变加快,引起城镇用地扩张,不透水面增加,由此导致径流系数增加;尤其在城市化较快的下游区域变化最明显(如上海及其周围的长三角地区)。本文基本探明了社会经济快速发展时期的1980-2005年期间长江流域土地利用变化格局及其径流效应。但受资料条件的限制,目前研究仍有一定局限性,今后仍需补充完善最新土地利用数据的收集和校准。
The authors have declared that no competing interests exist.
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长江源区土地覆盖变化与草地退化格局的时空分异 [J].
基于野外调查、遥感影像和统计资料，分析了1987—2007年长江源头地区土地覆盖变化和草地退化格局的时空分异特点，并从海拔、坡度和坡向3方面探讨了导致长江源区草地生态环境变化的主要自然因素.结果表明：研究期间，长江源头地区土地类型破碎化整体呈增加趋势，自然地理条件和气候变化是导致土地格局变化的主要驱动因素；不同海拔草地退化面积差异显著，研究区草地退化主要发生在海拔4800～5100m范围内，且退化面积随海拔的升高呈增加趋势，退化面积比重在不同坡度和坡向的差异较大.1987—2007年，长江源头地区气候呈暖干化趋势，区域土地覆盖类型空间结构变化明显；不同坡向、坡度和海拔的草地退化分布格局与高寒环境和人为干扰的格局基本一致，高寒环境和气候演化对草地生态系统格局起决定作用.
Spatiotemporal differentiation of land cover change and grassland degradation pattern in Yangtze River headwaters area [J].
基于野外调查、遥感影像和统计资料，分析了1987—2007年长江源头地区土地覆盖变化和草地退化格局的时空分异特点，并从海拔、坡度和坡向3方面探讨了导致长江源区草地生态环境变化的主要自然因素.结果表明：研究期间，长江源头地区土地类型破碎化整体呈增加趋势，自然地理条件和气候变化是导致土地格局变化的主要驱动因素；不同海拔草地退化面积差异显著，研究区草地退化主要发生在海拔4800～5100m范围内，且退化面积随海拔的升高呈增加趋势，退化面积比重在不同坡度和坡向的差异较大.1987—2007年，长江源头地区气候呈暖干化趋势，区域土地覆盖类型空间结构变化明显；不同坡向、坡度和海拔的草地退化分布格局与高寒环境和人为干扰的格局基本一致，高寒环境和气候演化对草地生态系统格局起决定作用.
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全球变化与人类活动的相互作用: 我国下阶段全球变化研究工作的重点 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-8166.2005.04.001 URL [本文引用: 1] 摘要
全球环境变化与可持续发展是当今人类社会面临的两大重要挑战。IGBPⅡ在探索地球系统变化规律的同时，力图将全球变化与可持续发展更紧密地结合，为人类社会的可持续发展提供科学背景和依据根据。国际全球变化研究发展的动向与我国的具体情况，今后我国全球变化与人类活动相互作用研究的重点应放在那些兼备显著区域特色和国际影响力的重大科学问题上。其中值得着重解决的10个科学问题包括：水循环与水问题、人类活动与区域碳循环过程、季风亚洲的人类活动与气候集成、土地利用／土地覆盖变化与陆地生态系统变化、人类活动与大气气溶胶、边缘海及海陆过渡带与人类活动、全球变化的影响与适应性、过去环境变化与中华文明、建设全面小康社会与温室气体减排国际谈判的科学支持、全球变化与人类活动相互作用研究基础信息平台建设。
Global change and human activities: Priorities of the global change research in next phase in China [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-8166.2005.04.001 URL [本文引用: 1] 摘要
全球环境变化与可持续发展是当今人类社会面临的两大重要挑战。IGBPⅡ在探索地球系统变化规律的同时，力图将全球变化与可持续发展更紧密地结合，为人类社会的可持续发展提供科学背景和依据根据。国际全球变化研究发展的动向与我国的具体情况，今后我国全球变化与人类活动相互作用研究的重点应放在那些兼备显著区域特色和国际影响力的重大科学问题上。其中值得着重解决的10个科学问题包括：水循环与水问题、人类活动与区域碳循环过程、季风亚洲的人类活动与气候集成、土地利用／土地覆盖变化与陆地生态系统变化、人类活动与大气气溶胶、边缘海及海陆过渡带与人类活动、全球变化的影响与适应性、过去环境变化与中华文明、建设全面小康社会与温室气体减排国际谈判的科学支持、全球变化与人类活动相互作用研究基础信息平台建设。
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20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201401001 URL 摘要
土地利用/土地覆被变化(LUCC)是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式,本文采用相同空间分辨率的卫星遥感信息源和相同的技术方法,对中国1980年代末到2010年土地利用变化数据进行定期更新。在此基础上,提出并发展土地利用动态区划的方法,研究土地利用变化的空间格局与时空特征。我们发现:1990-2010年的20年间,中国土地利用变化表现出明显的时空差异。"南减北增,总量基本持衡,新增耕地的重心逐步由东北向西北移动"是耕地变化的基本特征;"扩展提速,东部为重心,向中西部蔓延"是城乡建设用地变化的基本特征;"林地前减后增,荒漠前增后减,草地持续减少"是非人工土地利用类型变化的主要特征。20世纪末与21世纪初两个10年相比,中国土地利用变化空间格局出现了一些新特征,原有的13个土地利用变化区划单元演变为15个单元,且部分区划单元边界发生变化。主要变化格局特征为黄淮海地区、东南部沿海地区、长江中游地区和四川盆地城镇工矿用地呈现明显的加速扩张态势;北方地区耕地开垦重心由东北地区和内蒙古东部转向西北绿洲农业区;东北地区旱作耕地持续转变为水田;内蒙古农牧交错带南部、黄土高原和西南山地退耕还林还草效果初显。近20年间,尽管气候变化对北方地区的耕地变化有一定的影响,但政策调控和经济驱动仍然是导致我国土地利用变化及其时空差异的主要原因。2000年后的第一个10年,土地利用格局变化的人为驱动因素已由单向国土开发为主,转变为开发与保护并重。在空间格局变化的分析方法方面,应用"动态区划法"开展世纪之交两个10年中国LUCC空间格局变化的分析,有效揭示了20年来中国LUCC"格局的变化过程",即动态区划边界的推移、区划单元内部特征的变化与单元的消长等;以及"变化过程的格局",即土地利用变化过程与特征的分阶段区域差异,清晰刻画了LUCC动态区划中区划单元的消长,单元边界的变动,以及前后10年的变化强度特征,揭示了土地利用"格局"与"过程"之间的交替转化规律,以及不同类型和区域的变化原因,证明了该分析方法的有效性。
Spatiotemporal characteristics, patterns and causes of land use changes in China since the late 1980s [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201401001 URL 摘要
土地利用/土地覆被变化(LUCC)是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式,本文采用相同空间分辨率的卫星遥感信息源和相同的技术方法,对中国1980年代末到2010年土地利用变化数据进行定期更新。在此基础上,提出并发展土地利用动态区划的方法,研究土地利用变化的空间格局与时空特征。我们发现:1990-2010年的20年间,中国土地利用变化表现出明显的时空差异。"南减北增,总量基本持衡,新增耕地的重心逐步由东北向西北移动"是耕地变化的基本特征;"扩展提速,东部为重心,向中西部蔓延"是城乡建设用地变化的基本特征;"林地前减后增,荒漠前增后减,草地持续减少"是非人工土地利用类型变化的主要特征。20世纪末与21世纪初两个10年相比,中国土地利用变化空间格局出现了一些新特征,原有的13个土地利用变化区划单元演变为15个单元,且部分区划单元边界发生变化。主要变化格局特征为黄淮海地区、东南部沿海地区、长江中游地区和四川盆地城镇工矿用地呈现明显的加速扩张态势;北方地区耕地开垦重心由东北地区和内蒙古东部转向西北绿洲农业区;东北地区旱作耕地持续转变为水田;内蒙古农牧交错带南部、黄土高原和西南山地退耕还林还草效果初显。近20年间,尽管气候变化对北方地区的耕地变化有一定的影响,但政策调控和经济驱动仍然是导致我国土地利用变化及其时空差异的主要原因。2000年后的第一个10年,土地利用格局变化的人为驱动因素已由单向国土开发为主,转变为开发与保护并重。在空间格局变化的分析方法方面,应用"动态区划法"开展世纪之交两个10年中国LUCC空间格局变化的分析,有效揭示了20年来中国LUCC"格局的变化过程",即动态区划边界的推移、区划单元内部特征的变化与单元的消长等;以及"变化过程的格局",即土地利用变化过程与特征的分阶段区域差异,清晰刻画了LUCC动态区划中区划单元的消长,单元边界的变动,以及前后10年的变化强度特征,揭示了土地利用"格局"与"过程"之间的交替转化规律,以及不同类型和区域的变化原因,证明了该分析方法的有效性。
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20世纪90年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0585.2003.01.001 URL 摘要
在土地利用变化时空信息平台的支持下 ,本文对我国 2 0世纪 80年代末到 90年代末的土地利用变化过程进行了全面分析 ,揭示了我国 10年来土地利用变化的时空规律 ,分析了这些规律形成的主要政策、经济和自然成因。研究表明 ,2 0世纪 90年代 ,全国耕地总面积呈北增南减、总量增加的趋势 ,增量主要来自对北方草地和林地的开垦。林业用地面积呈现总体减少的趋势 ,减少的林地主要分布于传统林区 ,南方水热充沛区造林效果明显。中国城乡建设用地整体上表现为持续扩张的态势。 90年代后 5年总体增速减缓 ,西部增速加快。 2 0世纪90年代我国的土地利用变化表现出明显的时空差异 ,政策调控和经济驱动是导致土地利用变化及其时空差异的主要原因。据此 ,本文提出在今后的全国土地利用规划中 ,应充分考虑我国现代土地利用变化的区域分异规律。同时 ,在生态环境恢复与建设规划中也应强调自然地理地带的针对性 ,同时要改变传统的资源规划与管理思路 ,在基础设施日益完备的条件下 ,最大程度地发挥跨区域土地资源优化配置的综合优势
A study on the spatial-temporal dynamic changes of land-use and driving forces analyses of China in the 1990s [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0585.2003.01.001 URL 摘要
在土地利用变化时空信息平台的支持下 ,本文对我国 2 0世纪 80年代末到 90年代末的土地利用变化过程进行了全面分析 ,揭示了我国 10年来土地利用变化的时空规律 ,分析了这些规律形成的主要政策、经济和自然成因。研究表明 ,2 0世纪 90年代 ,全国耕地总面积呈北增南减、总量增加的趋势 ,增量主要来自对北方草地和林地的开垦。林业用地面积呈现总体减少的趋势 ,减少的林地主要分布于传统林区 ,南方水热充沛区造林效果明显。中国城乡建设用地整体上表现为持续扩张的态势。 90年代后 5年总体增速减缓 ,西部增速加快。 2 0世纪90年代我国的土地利用变化表现出明显的时空差异 ,政策调控和经济驱动是导致土地利用变化及其时空差异的主要原因。据此 ,本文提出在今后的全国土地利用规划中 ,应充分考虑我国现代土地利用变化的区域分异规律。同时 ,在生态环境恢复与建设规划中也应强调自然地理地带的针对性 ,同时要改变传统的资源规划与管理思路 ,在基础设施日益完备的条件下 ,最大程度地发挥跨区域土地资源优化配置的综合优势
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基于转移矩阵的土地利用变化信息挖掘方法探讨 [J].
土地利用变化是全球变化中的重要组成部分。本文以土地利用转移矩阵为基础,构建了土地利用净变化量、交换变化量、总变化量的计算方法,并计算了随机状态下各地类间相互转换的理论频数,通过实际转换量与理论转换量进行对比,构建判断土地利用转换规则的方法,从而能够更加清晰地判断土地利用变化的系统过程。应用上述方法对山东省德州市临邑县土地利用变化进行了实证分析,结果显示:临邑县耕地总变化量最大,其次是园林地和未利用地,最后是建设用地和其他土地,其中耕地几乎全部都是交换变化,而未利用地则相反,园林地和其他土地以交换变化为主,建设用地以净变化为主;从新增的角度来说,未利用地转化为其他土地最具有转换优势,其次是未利用地转换为园林地;从流失的去向看,其他土地转换为园林地最具转换优势,其次是耕地转换为园林地。结果表明该方法可以有效获取各土地利用类型动态变化信息,更清晰地辨别土地利用类型间的转换规则,能够为土地利用空间分析和建模提供更有用的信息。
Methods for detecting land use changes based on the land use transition matrix [J].
土地利用变化是全球变化中的重要组成部分。本文以土地利用转移矩阵为基础,构建了土地利用净变化量、交换变化量、总变化量的计算方法,并计算了随机状态下各地类间相互转换的理论频数,通过实际转换量与理论转换量进行对比,构建判断土地利用转换规则的方法,从而能够更加清晰地判断土地利用变化的系统过程。应用上述方法对山东省德州市临邑县土地利用变化进行了实证分析,结果显示:临邑县耕地总变化量最大,其次是园林地和未利用地,最后是建设用地和其他土地,其中耕地几乎全部都是交换变化,而未利用地则相反,园林地和其他土地以交换变化为主,建设用地以净变化为主;从新增的角度来说,未利用地转化为其他土地最具有转换优势,其次是未利用地转换为园林地;从流失的去向看,其他土地转换为园林地最具转换优势,其次是耕地转换为园林地。结果表明该方法可以有效获取各土地利用类型动态变化信息,更清晰地辨别土地利用类型间的转换规则,能够为土地利用空间分析和建模提供更有用的信息。
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基于转移矩阵的高度城市化区域土地利用演变信息挖掘: 以江苏省苏州市为例 [J].
深入分析土地利用转移矩阵和地类转移概率矩阵,提出利用连续分时段土地利用转移矩阵求算总时段转移矩阵的方法,进而改进地类变化量和地类动态度计算模型,提出了地类转移无序度的概念、含义并构造计算模型.以苏州市为例进行实证分析,结果显示:1999-2008年苏州市耕地的总变化量最大,其次是其它农用地和独立工矿用地；其中耕地和独立工矿用地的主导变化是净变化,而其它农用地以交换变化为主；10年间位列各地类动态度前三位的依次为独立工矿用地、其它农用地和建制镇用地,综合动态度在2004年和2002年最大,1999-2001年较低；地类转移无序度的前二位是其它农用地和交通运输用地,其它地类该值均不高,说明苏州市10年间的土地利用演化较为有序.研究表明,基于转移矩阵的相关模型的改进和构造深入挖掘了土地利用演变信息,有利于对土地利用变化进行深入研究.
Land use change information mining in highly urbanized area based on transfer matrix: A case study of Suzhou, Jiangsu Province [J].
深入分析土地利用转移矩阵和地类转移概率矩阵,提出利用连续分时段土地利用转移矩阵求算总时段转移矩阵的方法,进而改进地类变化量和地类动态度计算模型,提出了地类转移无序度的概念、含义并构造计算模型.以苏州市为例进行实证分析,结果显示:1999-2008年苏州市耕地的总变化量最大,其次是其它农用地和独立工矿用地；其中耕地和独立工矿用地的主导变化是净变化,而其它农用地以交换变化为主；10年间位列各地类动态度前三位的依次为独立工矿用地、其它农用地和建制镇用地,综合动态度在2004年和2002年最大,1999-2001年较低；地类转移无序度的前二位是其它农用地和交通运输用地,其它地类该值均不高,说明苏州市10年间的土地利用演化较为有序.研究表明,基于转移矩阵的相关模型的改进和构造深入挖掘了土地利用演变信息,有利于对土地利用变化进行深入研究.
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土地利用动态变化对地表径流的影响: 以上海浦东新区为例 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-811X.2009.01.010 URL [本文引用: 1] 摘要
结合基于遥感数据获得的土地利用结果与SCS模型，在GIS环境下模拟了上海浦东新区不同阶段的土地利用／覆被变化对地表径流的影响。结果表明：土地利用结构与格局的变化使地表径流深度趋于增大；同时，在浦东新区城市化的不同时期，由土地利用／覆被变化引起的地表平均径流深度变化也不相同。
Impact of land use dynamic change on surface runoff: A case study on Shanghai Pudong New District [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-811X.2009.01.010 URL [本文引用: 1] 摘要
结合基于遥感数据获得的土地利用结果与SCS模型，在GIS环境下模拟了上海浦东新区不同阶段的土地利用／覆被变化对地表径流的影响。结果表明：土地利用结构与格局的变化使地表径流深度趋于增大；同时，在浦东新区城市化的不同时期，由土地利用／覆被变化引起的地表平均径流深度变化也不相同。
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长江三角洲地区土地利用变化与经济发展的关系 [J].
文章在分析长江三角洲地区土地利用现状和动态变化规律的基础上,分析耕地、建设用地与经济发展的相关性和土地利用变化的趋势预测,确定未来合理的经济增长率。结果表明,耕地、建设用地与经济发展间呈显著相关性;耕地流失和建设用地扩张变化与GDP变化率之间分别呈现"S"型和"倒U"型关系,模型分析揭示了该地区经济的发展对土地的依赖性正在减弱,而耕地流失仍处于高速流失时期。为了减少土地压力,实现土地资源的可持续利用,经济增长率控制在12%以内较合适。
Study on the relationship between land use change and economic development in Yangtze River Delta [J].
文章在分析长江三角洲地区土地利用现状和动态变化规律的基础上,分析耕地、建设用地与经济发展的相关性和土地利用变化的趋势预测,确定未来合理的经济增长率。结果表明,耕地、建设用地与经济发展间呈显著相关性;耕地流失和建设用地扩张变化与GDP变化率之间分别呈现"S"型和"倒U"型关系,模型分析揭示了该地区经济的发展对土地的依赖性正在减弱,而耕地流失仍处于高速流失时期。为了减少土地压力,实现土地资源的可持续利用,经济增长率控制在12%以内较合适。
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深圳市土地利用变化对流域径流的影响 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2001.07.001 URL [本文引用: 1] 摘要
土地利用所引起的流域下垫面变化严重影响着洪涝灾害的致灾过程。以深圳市为例 ,探讨下垫面条件对流域径流过程的影响 ,应用美国农业部水土保持局 ( Soil Conservation Service)研制的小流域设计洪水模型—— SCS模型对深圳市部分流域进行了径流过程的模拟 ,重点分析了土地利用方式、土壤类型、前期土壤湿润程度等下垫面因素以及降雨因素对降雨 -径流关系的影响。结果表明 ,随着人类活动的加剧 ,土地利用的变化使径流量趋于增大 ;降雨强度越大、前期土壤湿润程度越大 ,土地利用变化对径流量的影响越小。降雨 -径流的空间格局随土地利用方式、土壤类型、前期土壤湿润程度而发生变化 ,CN值 ( Curve Number)的高值区主要集中在城市用地和水体 ;低值区主要出现在林地、灌草地、果园等植被覆盖较好、地势起伏较大的地区
The effect of land use on runoff in Shenzhen City of China [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0933.2001.07.001 URL [本文引用: 1] 摘要
土地利用所引起的流域下垫面变化严重影响着洪涝灾害的致灾过程。以深圳市为例 ,探讨下垫面条件对流域径流过程的影响 ,应用美国农业部水土保持局 ( Soil Conservation Service)研制的小流域设计洪水模型—— SCS模型对深圳市部分流域进行了径流过程的模拟 ,重点分析了土地利用方式、土壤类型、前期土壤湿润程度等下垫面因素以及降雨因素对降雨 -径流关系的影响。结果表明 ,随着人类活动的加剧 ,土地利用的变化使径流量趋于增大 ;降雨强度越大、前期土壤湿润程度越大 ,土地利用变化对径流量的影响越小。降雨 -径流的空间格局随土地利用方式、土壤类型、前期土壤湿润程度而发生变化 ,CN值 ( Curve Number)的高值区主要集中在城市用地和水体 ;低值区主要出现在林地、灌草地、果园等植被覆盖较好、地势起伏较大的地区
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长江源头地区生态环境保护与农业可持续发展初探 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-4944.2002.02.007 URL [本文引用: 1] 摘要
通过分析近几十年长江源头地区生态环境出现退化的主要原因,提出长江源区应走生态环境保护与农牧业生产协调发展的道路。
Changjiang yuantou diqu shengtai huangjing baohu yu nongye kechixu fazhan chutan [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-4944.2002.02.007 URL [本文引用: 1] 摘要
通过分析近几十年长江源头地区生态环境出现退化的主要原因,提出长江源区应走生态环境保护与农牧业生产协调发展的道路。
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国际水文科学研究的新进展 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-8166.2006.03.006 URL [本文引用: 1] 摘要
在介绍第七届国际水文科学大会关注热点问题的基础上,总结了近4年来国际水文科学研究的新进展,主要包括:无资料流域水文预测,不确定性、非线性和尺度问 题,生态水文学,水文模型及资料获取与参数识别,气候变化的水文响应,水资源可持续利用,城市水文水资源,同位素技术和遥感技术在水文学中应用;提出未来 水文学研究的展望.
Advances in international hydrological science research [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1001-8166.2006.03.006 URL [本文引用: 1] 摘要
在介绍第七届国际水文科学大会关注热点问题的基础上,总结了近4年来国际水文科学研究的新进展,主要包括:无资料流域水文预测,不确定性、非线性和尺度问 题,生态水文学,水文模型及资料获取与参数识别,气候变化的水文响应,水资源可持续利用,城市水文水资源,同位素技术和遥感技术在水文学中应用;提出未来 水文学研究的展望.
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徐州市土地利用变化对径流的影响 [J].
[目的]研究1983—2013年徐州市土地利用变化对径流的影响,为该市水资源利用与保护和土地利用结构调整服务。[方法]基于Landsat TM/ETM＋影像提取徐州市土地利用变化信息,采用验证后的SCS（soil conservation service）水文模型模拟了不同降水条件和下垫面状态下径流量的时空特征。[结果]（1）丰、平、枯降水条件下,年均径流深分别增加46,42和38mm;（2）径流深变化范围为299~800mm;（3）林地与建设用地之间转换导致径流系数的变化超过0.3,其余在0.1~0.3之间;（4）不同土壤湿润程度条件下,径流增幅大小表现为：AMCⅠ〉AMCⅡ〉AMCⅢ。[结论]建设用地的增加是近期径流增大的主要因素;2003年建设用地比超过20%,为土地利用变化影响径流突变的一个阈值;径流深的高值区为水体、建设用地、耕地以及煤矿区,低值区为林、草地;林地转为建设用地导致最大的径流增加值。
Effects of land use change on runoff in Xuzhou City [J].
[目的]研究1983—2013年徐州市土地利用变化对径流的影响,为该市水资源利用与保护和土地利用结构调整服务。[方法]基于Landsat TM/ETM＋影像提取徐州市土地利用变化信息,采用验证后的SCS（soil conservation service）水文模型模拟了不同降水条件和下垫面状态下径流量的时空特征。[结果]（1）丰、平、枯降水条件下,年均径流深分别增加46,42和38mm;（2）径流深变化范围为299~800mm;（3）林地与建设用地之间转换导致径流系数的变化超过0.3,其余在0.1~0.3之间;（4）不同土壤湿润程度条件下,径流增幅大小表现为：AMCⅠ〉AMCⅡ〉AMCⅢ。[结论]建设用地的增加是近期径流增大的主要因素;2003年建设用地比超过20%,为土地利用变化影响径流突变的一个阈值;径流深的高值区为水体、建设用地、耕地以及煤矿区,低值区为林、草地;林地转为建设用地导致最大的径流增加值。
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SCS模型在干旱半干旱区小流域径流估算中的应用 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-3409.2003.04.049 URL [本文引用: 1] 摘要
SCS模型是一个只需查与前期降雨量、土壤类型和土地利用方式相关的参数CN(Curve Number),就可计算径流量的模型.但是地区间CN值差别很大,很难获得适合本地区的CN值.利用定西安家沟流域小区1986～1988年的降雨径流 观测数据反算CN,然后在统计软件SPSS下利用逐步回归和曲线模拟函数模拟CN与降雨量、前5天降雨量和坡度的关系,最后得出不同土地利用方式下CN与 上述三个因素的关系,并得出相应的模拟曲线.利用1989年的降雨径流时间对模拟结果进行检验,证明得到了较好的结果.
Application of SCS model to estimating the quantity of runoff of small watershed in semi-arid or arid region [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1005-3409.2003.04.049 URL [本文引用: 1] 摘要
SCS模型是一个只需查与前期降雨量、土壤类型和土地利用方式相关的参数CN(Curve Number),就可计算径流量的模型.但是地区间CN值差别很大,很难获得适合本地区的CN值.利用定西安家沟流域小区1986～1988年的降雨径流 观测数据反算CN,然后在统计软件SPSS下利用逐步回归和曲线模拟函数模拟CN与降雨量、前5天降雨量和坡度的关系,最后得出不同土地利用方式下CN与 上述三个因素的关系,并得出相应的模拟曲线.利用1989年的降雨径流时间对模拟结果进行检验,证明得到了较好的结果.
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土地流转马尔科夫概率矩阵的设定及应用: 以福建省泰宁县为例 [J].https://doi.org/10.7621/cjarrp.1005-9121.20120204 URL [本文引用: 2] 摘要
该文基于福建省泰宁县2003～2008年土地变更数据,运用马 尔科夫链对该县2020年土地利用结构进行了预测.认为土地转移概率矩阵的时间尺度应该加长,并根据数据特点以6年作为一个土地用途流转时间段,以6年转 移概率矩阵的乘积构建预测所用的转移概率矩阵,并对预测结果的合理性进行了分析.另外,论文利用马尔科夫链预测土地利用结构的所得结果对规划中土地利用平 衡表的编制提供了一定帮助.
The setting and application of Markov probability matrix in land transfer [J].https://doi.org/10.7621/cjarrp.1005-9121.20120204 URL [本文引用: 2] 摘要
该文基于福建省泰宁县2003～2008年土地变更数据,运用马 尔科夫链对该县2020年土地利用结构进行了预测.认为土地转移概率矩阵的时间尺度应该加长,并根据数据特点以6年作为一个土地用途流转时间段,以6年转 移概率矩阵的乘积构建预测所用的转移概率矩阵,并对预测结果的合理性进行了分析.另外,论文利用马尔科夫链预测土地利用结构的所得结果对规划中土地利用平 衡表的编制提供了一定帮助.
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长江下游沿线土地利用区域结构演化分析 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-3037.2003.05.008 URL [本文引用: 1] 摘要
论文利用1985和2000年Landsat TM数据和相关统计资料,对长江下游近15年来土地利用区域结构演化进行了研究.研究揭示了长江下游沿线区域土地利用结构的变化趋势、土地利用结构时空演 化类型及土地利用格局与社会经济因子间的关系.研究表明:近15年来长江下游沿线区域土地利用变化总体表现为耕地数量减少和建设用地增加的趋势;区域内土 地利用变化时空演化类型可以划分为五大类;区域土地利用格局与社会经济因子之间可以用3个典型相关变量表示,耕地、建设用地、林地与草地变化分别对应于不 同的社会经济解释因子.
Analysis of the evolved structure of land use in the lower Yangtze River basin [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-3037.2003.05.008 URL [本文引用: 1] 摘要
论文利用1985和2000年Landsat TM数据和相关统计资料,对长江下游近15年来土地利用区域结构演化进行了研究.研究揭示了长江下游沿线区域土地利用结构的变化趋势、土地利用结构时空演 化类型及土地利用格局与社会经济因子间的关系.研究表明:近15年来长江下游沿线区域土地利用变化总体表现为耕地数量减少和建设用地增加的趋势;区域内土 地利用变化时空演化类型可以划分为五大类;区域土地利用格局与社会经济因子之间可以用3个典型相关变量表示,耕地、建设用地、林地与草地变化分别对应于不 同的社会经济解释因子.
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Modeling the relationships between land use and land cover on private lands in the upper Midwest, USA. [J].https://doi.org/10.1006/jema.2000.0369 URL 摘要
This paper presents an approach to modeling land-cover change as a function of land-use change. We argue that, in order to model the link between socio-economic change and changes in forest cover in a region that is experiencing residential and recreational development and agricultural abandonment, land-use and land-cover change need to be represented as separate processes. Forest-cover change is represented here using two transition probabilities that were calculated from Landsat imagery and that, taken together, describe a Markov transition matrix between forest and non-forest over a 10-year period. Using a three-date land-use data set, compiled and interpreted from digitized parcel boundaries, and scanned aerial photography for 136 sites (. 2500 ha) sampled from the Upper Midwest, USA, we test functional relationships between forest-cover transition probabilities, standardized to represent changes over a decade, and land-use conditions and changes within sample sites. Regression models indicated that about 60% of the variation in the average forest-cover transition probabilities (i.e. from forest to non-forest and vice versa) can be predicted using three variables: amount of agricultural land use in a site; amount of developed land use; and the amount of area increasing in development. In further analysis, time lags were evaluated, showing that agricultural abandonment had a relatively strong time-lag effect but development did not. We demonstrate an approach to using forest-cover transition probabilities to develop spatially-constrained simulations of forest-cover change. Because the simulations are based on transition probabilities that are indexed to a particular time and place, the simulations are improved over previous applications of Markov transition models. This modeling approach can be used to predict forest-cover changes as a result of socio-economic change, by linking to models that predict land-use change on the basis of exogenous human-induced drivers.
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Landscape pattern changes at a county scale: A case study in Fengqiu, Henan Province, China from 1990 to 2013 [J].https://doi.org/10.1016/j.catena.2015.09.012 URL [本文引用: 1] 摘要
Human activities and natural factors drive landscape pattern changes and limit provision of ecosystem services (ES) for human well-being. The analysis of landscape pattern change is one of the most important methods to understand and quantify land use and land cover change (LUCC). In this study, a series of satellite images (1990, 2002, 2009, 2013) of Fengqiu County of Henan province in China and some social data were used for analyzing landscape pattern changes and driving forces. Our results showed that landscape pattern and indices of Fengqiu County have serial changes during 1990–2013. From 1990 to 2013, the unused land (UL) nearly disappeared (the area of UL changed from 19.1 to 1.0602km 2 ) and the area of water area (WA) dramatically decreased (from 71.41 to 11.402km 2 ). The mutual transformations among cultivated land (CL), forest land (FL) and settlements and mining sites (SMS) were relatively frequent. By further analysis of the number of patches (NP), largest patch index (LPI), perimeter–area fractal dimension (PAFRAC) and Shannon's evenness index (SHEI) both at class and landscape scale, we found that anthropogenic influence increased gradually, intensity of land use is strengthened, and landscape heterogeneity reduced. Human activity, especially population growth was the main driving force which impacted the landscape changes in studied area. The natural factors (temperature and precipitation) make a large impact on WA area. At last, we firstly introduce “Entropy model” to analyze the whole land use change. All the quantifications of LUCC and driving forces can reasonably provide basic information for government to guide the land use and ecological protection.
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What drives tropical deforestation: A meta-analysis of proximate and underlying causes of deforestation based on subnational case study evidence[R]. |
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Land-use and land-cover change (LUCC): Implementation strategy [R]. |
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The causes of land-use and land-cover change: Moving beyond the myths [J].https://doi.org/10.1016/S0959-3780(01)00007-3 URL [本文引用: 1] 摘要
Common understanding of the causes of land-use and land-cover change is dominated by simplifications which, in turn, underlie many environment-development policies. This article tracks some of the major myths on driving forces of land-cover change and proposes alternative pathways of change that are better supported by case study evidence. Cases reviewed support the conclusion that neither population nor poverty alone constitute the sole and major underlying causes of land-cover change worldwide. Rather, peoples' responses to economic opportunities, as mediated by institutional factors, drive land-cover changes. Opportunities andconstraints for new land uses are created by local as well as national markets and policies. Global forces become the main determinants of land-use change, as they amplify or attenuate local factors. (C) 2001 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.
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Spatial and temporal variability analysis of groundwater quantity to land-use/land-cover change in the Khanmirza agricultural plain in Iran [J].https://doi.org/10.1007/s12517-015-1786-7 URL 摘要
Understanding land-use/cover change (LUCC) and groundwater resources is important for land-use planning and natural resource management. The development of agriculture has encouraged farmers in the Khanmirza plain in Iran to increase the number of agricultural wells and irrigated land over the past three decades. This has caused a continual decrease in groundwater level which threatens life in the groundwater aquifer reservoir. The present study used integrated spatiotemporal analysis to monitor changes in groundwater quantity and LUCC for sustainable resource management in Khanmirza plain. LUCCs were extracted using Landsat TM data, and groundwater quantity changes were generated for the piezometric and agricultural wells. The periods of analysis were 1987–2000, 2000–2010, and 1987–2010. Decision tree classification, ancillary data, and post-classification comparison processing was used to classify the images and LUCCs. Results showed that irrigated land increased by approximately 135002ha and agricultural landscapes trended toward integrated land between 1987 and 2000. The most remarkable change occurred between 2000 and 2010, when the total irrigated land decreased gradually to about 112602ha and rain-fed agriculture increased. The sharp drop in groundwater of from 7.17 to 39.102m in this region decreased available meadow land to 100002ha between 1987 and 2010, which decreased the area of potential agricultural land. Consequently, fragmentation of land use occurred throughout the period. These changes have produced devastating effects on different parts of the study area.
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Remote sensing and GIS for mapping and monitoring land cover and land-use changes in the Northwestern coastal zone of Egypt [J].https://doi.org/10.1016/j.apgeog.2006.09.004 URL 摘要
ABSTRACT In this study, maximum likelihood supervised classification and post-classification change detection techniques were applied to Landsat images acquired in 1987 and 2001, respectively, to map land cover changes in the Northwestern coast of Egypt. A supervised classification was carried out on the six reflective bands for the two images individually with the aid of ground truth data. Ground truth information collected during six field trips conducted between 1998 and 2002 and land cover map of 1987 were used to assess the accuracy of the classification results. Using ancillary data, visual interpretation and expert knowledge of the area through GIS further refined the classification results. Post-classification change detection technique was used to produce change image through cross-tabulation. Changes among different land cover classes were assessed. During the study period, a very severe land cover change has taken place as a result of agricultural and tourist development projects. These changes in land cover led to vegetation degradation and water logging in part of the study area.
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Land-use and land-cover change science/research plan [R]. |
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