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湿地是地球上最重要的自然生态系统之一,是人类和经济社会赖以发展的宝贵自然资源。湿地因其巨大的水文和物质循环功能,被誉为“地球之肾”,在维护区域生态平衡中也起到重要的作用。国际上相关组织和科学界对湿地生态环境演变与可持续发展的研究给予了特别的关注,深入开展人类活动与自然环境系统相互作用机制的研究,其演化过程一直是地理学研究的焦点。
滨海滩涂的土地利用/覆被变化是一种非线性动力学过程,自然因素和社会经济因素在不同时间、空间尺度上错综复杂,相互作用,具有复杂的自组织现象。因此很难用传统的方法和模型对其进行模拟和预测,而新进发展的元胞自动机技术(CA)则提供了新的思路,CA揭示复杂地理系统的空间演化规律具有独特的优势,尤其是在土地利用/覆被变化中,通过剖析地理系统中相对简单的局部结构与变化规则,能够有效地模拟复杂的动态系统。
本研究以盐城滨海滩涂湿地为研究对象,通过解译20世纪80年代以来的遥感影像,在建立湿地利用分布及时间变化序列数据库的基础上,分析滩涂湿地利用的驱动机制及空间变化特征,应用元胞自动机技术研究滩涂湿地的动态变化过程,并模拟湿地未来的发展变化,为盐城滩涂湿地的合理利用与重要湿地保护提供依据。
首先,从盐城滨海湿地类型分布变化角度分析,阐述分析滩涂湿地主要受到的开发利用方式,并以1988年、1997年和2006年三个时段盐城滩涂湿地信息,分析滩涂湿地主要利用类型的分布变化,初步分析可能影响到湿地空间演化的变量因子,包括自然空间变量,社会经济变量,视为能够潜在影响湿地空间演化的因素,以Logistic Regression方法对潜在的空间变量进行筛选,确定进入CA模型的变量因子。
然后,通过逻辑回归的方法对变量进行训练得出每一个元胞的转换概率,并结合湿地发展的约束性、发展的不确定性两个方面集成每一个元胞总的转换概率,并在用转换概率代替转换规则的制定的基础上建模,并用AML语言编写元胞自动机程序。
最后,在模型建模和实现的基础上,首先以1988年湿地利用为基期,模拟1997年的湿地发展演变情况,以此训练参数为基础模拟2006年的湿地发展演变情况,证实以CA模型模拟湿地发展演变模型的可行性。再以1997年湿地利用情况为基期,模拟2006年的湿地发展演变情况,以此训练参数为基础模拟2015年的湿地发展演变情况,对照2006年的发展情况评估湿地在2015年可能面临的开发压力和风险。
案例分析结果表明,以CA模型能够较好的对湿地的空间发展演化进行模拟,对认识滩涂湿地的空间演化规律和未来发展趋势,探索盐城滩涂湿地的可持续利用模式,保护重要生态功能的湿地具有重要的意义。