土地利用/覆蓋變化研究方法綜述

周玲玲

（貴州省國土資源勘測規劃研究院 貴陽 550004）

土地利用/覆蓋變化研究方法綜述

周玲玲

（貴州省國土資源勘測規劃研究院 貴陽 550004）

目的：土地利用/覆蓋變化（LUCC）已是當前全球環境變化的重要構成部分，LUCC近幾年已成為全球環境變化研究的熱點課題。文章從土地利用/覆蓋變化涉及的四個主要內容入手，包括為何發生變化、發生了什么樣的變化、其對環境影響的評價以及對未來變化的模擬預測等四個方面，分別綜述了目前研究中應用較廣、較成熟的LUCC研究方法，為未來LUCC研究方法提供了重要參考。

土地利用/覆蓋變化；研究方法；綜述

前言

隨著全球環境變化研究深入，土地利用/覆蓋變化（Land Use and Land Cover Change：LUCC）已是當前全球環境變化的重要構成部分，近幾年已成為全球環境變化研究的熱點課題[1]。在過去的研究里，眾多學者對LUCC的研究方法給予了很多關注，將不同的研究方法用于LUCC驅動力機制、LUCC空間格局變化、LUCC對生態環境的影響以及LUCC模擬和預測等方面。目前，比較成熟的研究方法有數理統計方法、基于GIS和RS技術的研究方法、實地觀測法和模型法，而模型法則是目前應用最多最廣的一種研究方法。本文將圍繞LUCC為何發生變化、發生了什么樣的變化、其對環境影響的評價以及對未來變化的模擬預測等四個方面，即LUCC驅動力機制研究、LUCC時空格局變化研究、LUCC對地球生態環境的影響評價以及LUCC未來變化的模擬和預測，針對各個方面歸納總結了部分影響較大的LUCC研究方法。

1 LUCC驅動力研究及其研究方法

LUCC驅動力研究是土地利用/覆蓋變化研究的重要核心內容，占據LUCC研究課題的主導地位[2]。驅動力是指導致土地利用/覆蓋變化的自然環境、人口、社會經濟、政治決策、交通區位等因素，可分為自然因素驅動力和社會經濟因素驅動力兩大類因素。LUCC驅動力研究目的在于揭示其變化原因、內部驅動機制及驅動過程，并預測其未來變化的發展趨勢和變化結果，以便于制定相應的對策[3]。由于LUCC本身的不確定性和驅動因子的多樣性和復雜性，選取適當的研究方法是提高LUCC驅動力研究水平的重要手段。近年來，有關土地利用/覆蓋變化驅動力研究的方法有定性研究方法、定量研究方法、人工神經網絡法。

比較傳統的研究方法有定量研究方法、定性研究方法，而定量研究又是應用最廣、最成熟的方法。定量研究方法[4]是基于數理統計，主要從土地利用/覆蓋變化與所確定的自然、人口、社會、經濟、政策等眾多影響因子數值間的統計關系來篩選出主導驅動因子，要盡可能考慮所有驅動因素影響，常用土地利用/覆蓋變得統計分析模型：含主成分分析法、回歸分析法、典型相關分析法。其中主成分分析法是多元統計分析中的一種方法，其基本思想就是在保證原始數據信息丟失最小的原則下，對高維空間進行降維處理，以少數綜合變量取代原始多維變量；回歸分析法一般適合用于在系統相對穩定的短期內（一般5～10年）分析土地利用/覆蓋變化與驅動力因子的相互關系，具有一定的時間局限性；典型相關分析法適用于有多個自變量和多個標準變量，而各標準變量之間具有較強的相關性的問題。定性研究方法最常用的是概念化邏輯診斷模型[5]，如土地利用變化驅動力概念診斷模型，早期的土地利用/覆蓋變化及其驅動力的分析多采用這種方法，后來一些學者又將經濟、政策、水文等因素引入了LUCC的概念診斷模型中，對其進行了完善。

2 LUCC時空格局變化及其研究方法

土地利用/覆蓋時空格局變化是指隨時間變化其土地利用類型、數量、結構的變化和空間格局的變化，對于前者主要的研究方法有土地利用動態變化模型，而后者則主要引入生態學和景觀格局的相關理論和研究方法。近年來還利用了地學信息圖譜原理，開展了LUCC圖譜研究是研究LUCC的新方法。

土地利用類型、數量、結構的變化上完全依賴于人類對土地的利用方式轉變的速率，因此，土地利用變化主要體現在土地利用類型種類的變化、土地利用類型數量的變化、土地利用程度變化及土地利用變化的區域差異等方面，常用的研究方法有土地資源數量變化模型、土地利用程度變化模型、土地利用變化區域差異模型[6]。而土地利用/覆蓋空間格局的變化常用景觀格局分析方法，通過探討景觀格局變化過程，揭示土地利用/覆蓋變化過程中的景觀變化規律，常用景觀指數來衡量。景觀指數能夠高度濃縮景觀格局信息，反映其結構組成和空間配置，定量分析土地利用/覆蓋變化特征[7]。通常選取分離度指數（FI）、破碎度指數（FN）、分維數倒數（FD）、多樣性指數（H）、優勢度指數（D）、均勻度指數（E）來反映各土地利用類型（景觀類型）和土地覆蓋的變化特點及其變化原理。

軌跡分析法是研究土地利用/覆蓋動態變化的一種新方法，通過構建“曲線”或“分布圖”來發現土地利用/覆蓋變化的趨勢，主要依賴于RS和GIS，它們是土地利用/覆蓋變化數據獲得和分析的主要平臺。當土地利用類型數少于10種地類時，可由以下公式計算出柵格圖層的像元編碼，計算公式：

式中：Tij軌跡圖層第i行和第j列的像元編碼，n是分析的時段數，（G1）ij，（G2）ij，（Gn）ij為每個圖斑在各個時段的土地利用/覆蓋類型的編碼。

基于像元計算，轉移圖譜可以有效的針對某種用地類型的變化過程進行分析，并且直觀地刻畫該用地類型在空間上的變化軌跡和變化終點[8]。

3 LUCC對生態環境的影響評價及其研究方法

土地利用/覆蓋變化是全球環境變化的主要因素之一，主要表現在全球環境的系統性變化與累積性變化兩個方面。系統性變化研究包括溫室氣體的凈釋放效應、大氣下墊面反照率變化等內容，而累積性變化研究包括土地退化、生物多樣性、流域水平衡。LUCC對生態環境到底產生多大程度的影響，目前常用的研究方法是生態服務價值測算模型，運用土地利用變化環境效應指數計算[9]。

由于生態系統本身是一個十分復雜的系統，要對其定量評價是一個復雜的問題，很難精確的量化每一個指標值，同時也沒有一個確定的安全閾值，所以此方法還處于探索階段，還需要更多的案例對其進行驗證，使其更加完善。

4 LUCC模擬預測及其研究方法要求

LUCC本身是一個復雜的動態系統，涉及人口、資源、環境與發展等多個問題，而日益增長的人口和稀缺的資源給土地資源的可持續發展帶來了巨大壓力。土地資源的可持續發展體現在土地的需求和土地的供給平衡關系中，這就使得LUCC模擬和預測成了必要。模擬土地利用/覆蓋變化可以對其空間的未來發展狀態做出了科學分析，預測土地利用/覆蓋變化才能科學、合理的做出未來土地資源配置，合理的做出未來土地利用規劃，實現土地資源的可持續發展。目前，對于LUCC的模擬預測方法有很多，較成熟的研究方法主要有CLUE-S模型、元胞自動機模型、Agent-based模型、人工神經網絡、系統動力學模型和馬爾科夫預測模型[10～12]。

5 結論

LUCC是全球環境變化的重要原因和重要組成部分，是全球土地科學研究的重要主題。同時，LUCC也是一個開放的復雜的動態系統，對于不同時期、不同時空格局的土地利用/覆蓋變化的研究，應該用不同的方法，即使在同一時期，針對不用的區域特點，其研究方法也是不同的，要根據實際情況來選擇相應的研究方法，這樣才能得出滿意的結果。

近幾年來，對于LUCC模型方法的研究也很多，在實踐方面也取得了長足進展，并且引入了遙感技術和地理信息技術，使其與LUCC模型方法結合，這樣使得LUCC研究理論更完善，研究成果應用更廣。但是，也存在一些不足之處，如土地利用/覆蓋變化的軌跡跟蹤研究較少，對每一個時期土地利用類型變化的來源和去向都沒有明確的跟蹤。所以，在今后的研究中，應該加強這方面的研究。

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F301

A

1004-7344（2016）02-0148-02

2015-12-28

周玲玲（1988-），助理工程師，碩士，主要從事土地利用，土地規劃工作。