基于CA-Markov模型的杭州湾南岸湿地景观格局动态模拟与预测

摘要

杭州湾地区既是我国经济发达的城市和工业集中区，又是重要的滨海湿地南北过渡带，该地区湿地类型丰富多样。但在人类长期不合理的活动干扰下，该区自然湿地面积不断减少，生态系统被严重破坏，环境污染问题不断加剧，使得杭州湾湿地的生存和可持续发展面临严峻的挑战。
　　 本文以杭州湾南岸湿地为研究对象，以该地区2001年和2009年两期遥感影像为数据源，运用Erdas Imagine9.2软件对其进行景观类型的划分，继而通过景观动态度、信息熵等指数研究土地利用的变化，并运用Fragstats3.3软件计算景观格局指数，分析景观格局的变化规律，之后探讨了该地区的景观格局演变与自然、社会和经济等因素之间的关系。在此基础上，在IDRISI Andes15.0软件支持下构建CA-Markov模型，对2017年杭州湾南岸地区的景观格局进行模拟预测，最后根据模拟结果探讨了能够促进该区湿地可持续发展的措施。本文的研究目的是分析杭州湾南岸湿地的景观格局现状及其变化规律，并探讨促使这种景观格局形成及变化的影响因素，在此基础上对未来杭州湾南岸湿地的景观格局进行预测，从而提出能够促进杭州湾南岸湿地保护和可持续发展的建议。
　　 本研究的主要结论包括：⑴2001-2009年间杭州湾南岸地区的土地利用结构变化显著，从宏观角度来说，土地利用系统朝着有序的方向发展。其中以城乡聚落为主的建设用地增加程度最高，未利用地（包括沿海滩涂和滨海沼泽）减小程度最高。⑵2001-2009年间杭州湾南岸湿地景观格局变化显著。整体景观格局趋于多样化，景观破碎化程度在逐渐加深，而斑块形状较为复杂，不同类型斑块的面积趋向于不均匀，旱地景观和城乡聚落等非湿地景观类型的优势斑块作用明显。旱地景观、城乡聚落和浅海水域的面积增加显著，沿海滩涂和滨海沼泽等自然湿地的面积大幅下降。几乎所有的景观类型均参与了向城乡聚落转变的过程，但主要来源是沿海滩涂、滨海沼泽等自然湿地景观以及水田景观等人工湿地景观和旱地景观。从湿地分类的角度来看，自然湿地向其他景观类型转变较为明显。⑶分析影响景观格局变化的因素表明，自然因素中海拔、坡度、距离行政中心和交通路线的远近对景观格局变化的影响较大;而在社会经济因素中，人口增长、经济发展以及相关政策法规是造成景观格局不断变化的主要原因。本文对这些影响因素进行了定性和定量分析，为未来杭州湾南岸湿地景观格局的模拟提供转换规则。⑷运用CA-Markov模型模拟2009年研究区域的景观格局，并将模拟结果与实际的景观格局图进行对比，精度检验的Kappa系数为0.7585，表明模拟效果较好，可信度较高。通过精度检验之后，再模拟2017年的景观格局。根据模拟结果，2009-2017年杭州湾地区各景观类型变化明显:浅海水域、沿海滩涂和滨海沼泽等自然湿地面积显著减少;在其他景观中，旱地景观和林地景观面积减少，而城乡聚落面积大幅增加;景观破碎化程度加深，斑块数量增加，景观多样性呈上升趋势，表明人类活动对杭州湾南岸地区景观格局的影响程度在不断加深。⑸针对杭州湾南岸地区景观格局的预测分析结果，本文最终提出了促进杭州湾南岸湿地景观可持续发展的四点建议:首先是加强土地整治，促进景观格局优化;其次要制定长期规划，保护自然湿地;再次要加强监测管理，实现湿地的污染控制、治理及修复;最后还要强化部门间的协调，健全湿地保护法律法规。

目录

声明

致谢

摘要

表索引

图索引

1．绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 研究目的与内容‘

1．2．1 研究目的

1．2．2 研究内容

1．3 研究方法与技术路线

1．3．1 研究方法

1．3．2 研究的技术路线

2．文献综述

2．1 主要的景观空间动态模型

2．1．1 随机景观模型

2．1．2 邻域规则模型

2．1．3 景观过程模型

2．1．4 景观智能模型

2．1．5 景观耦合模型

2．2 景观动态模型研究存在的问题和展望

2．2．1 模型算法的优化

2．2．2 尺度转换

2．2．3 模型检验与评价

2．2．4 传统模型与社会经济因素衔接

2．3 元胞自动机在地理研究中的应用

2．4 元胞自动机模型研究存在的不足及展望

2．5 小结

3．CA-Markov模型原理概述

3．1 Markov模型原理

3．2 CA模型原理

3．2．1 元胞的概念

3．2．2 CA模型的组成

3．3．3 CA-Markov模型原理

4．数据与方法

4．1 研究区概况

4．1．1 自然地理条件

4．1．2 社会经济概况

4．2 数据来源及其处理

4．2．1 影像来源及其他数据准备

4．2．2 遥感影像的预处理

4．2．3 遥感影像的解译

4．2．4 土地利用类型划分

4．3 小结

5．杭州湾南岸湿地景观格局变化分析

5．1 土地利用结构及格局特征分析与评价

5．1．1 土地利用结构变化分析

5．1．2 土地利用类型动态度

5．1．3 土地利用结构信息熵变化规律

5．2 湿地景观演化及其景观特征分析

5．2．1 景观格局指数的选择

5．2．2 景观水平的格局特征分析

5．2．3 景观类型水平的格局特征分析

5．2．4 不同景观类型间的转移变化

5．3 小结

6．杭州湾南岸湿地景观变化影响因素分析

6．1 自然驱动因素

6．1．1 海拔因子

6．1．2 坡度因子

6．1．3 行政中心

6．1．4 交通因子

6．2 社会经济驱动因素

6．2．1 人口因素

6．2．2 经济发展

6．2．3 政策法规

6．3 小结

7．运用CA-Markov模型进行景观格局的预测

7．1 CA-Markov模型的构建

7．1．1 元胞、元胞空间和元胞状态的定义

7．1．2 邻域的定义

7．1．3 转换规则的定义

7．1．4 时间的定义

7．2 景观类型转移矩阵

7．3 MCE模型简介

7．4 景观格局转变适宜性图像集的生成

7．5 杭州湾南岸湿地景观格局的预测及精度评价

7．6 杭州湾南岸湿地2017年景观格局模拟结果分析

7．7 杭州湾南岸湿地未来发展的建议

8．结论与展望

8．1 研究结论

8．2 可能的创新点

8．3 问题与展望

参考文献