基于ANN和元胞自动机的生态服务价值预测评估模型与应用

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城市化过程中的土地利用变化会对生态系统服务和功能造成很大影响,但该影响由于很难量化,在决策中往往被忽略。对城市生态服务价值的定量评估和预测有助于了解城市化过程中生态环境的变化及其趋势,进而可服务于城市可持续发展的决策。本文选择快速经济发展和城市化的深圳市为研究区域,进行生态服务价值变化分析和模型预测。 土地利用/覆被的变化会影响生态系统的结构、过程、服务和功能,本文在已有生态服务价值估算的基础上,基于土地利用/覆被类型与生态系统的联系,在地理信息系统的支持下,利用1996,2000和2004年的土地利用变化数据进行生态服务价值的变化分析。结果表明:1996年深圳市生态系统服务总价值为329025-3万元,2000年为313508.7万元,2004年为278565.6万元。在各种土地利用类型中,林地、湿地和水域产生的价值之和超过了总价值的95%。在各项服务功能中,水源涵养产生的价值最大,其次是废物处理,两者之和约占总价值的40%。由于林地、湿地和水域等生态系统面积在城市化过程中逐渐减少,生态服务价值有不断减少的趋势。从1996到2004年生态系统服务价值共减少了50459.7万元。 将土地利用/覆被变化(LUCC)模型与生态服务价值相结合,能够对某个特定区域的生态服务价值时空变化这一复杂系统进行动态模拟。人工神经网络(ArtificialNeuralNetwork,简称ANN)具有分布式存储和处理信息、自学习、自组织、较好的容错性和优良的非线性逼近能力等优点,是研究复杂系统的一个重要工具。元胞自动机(CellularAutomata,简称CA)是一个适用于空间复杂系统动态模拟的动力学模型。本文将人工神经网络和元胞自动机结合起来建立时空动态预测模型。该模型利用元胞自动机来预测土地利用的变化,元胞自动机的转换规则由BP网络的训练获取,并与生态服务价值系数结合来实现生态服务价值的动态评估。在GIS支持下,利用该模型对深圳市未来土地利用及生态服务价值变化进行了预测。结果表明:从2004到2020年生态服务价值将减少3-6亿元。情景分析表明《深圳市基本生态控制线管理规定》能够有效地缓解生态压力和生态恶化,起到保护生态服务功能的作用。因此,今后在城市发展中必须继续加强土地利用规划和管理力度,提高土地利用效率,优化土地利用结构,尤其要重视对高服务价值生态系统(如湿地、水体、森林等)的保护。
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