基于CA-Markov模型的天津市土地利用变化及多情景模拟研究

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自21世纪以来,中国社会和国民经济迅速发展,对土地资源开发与利用程度极大提高。但是土地资源的有限性、稀缺性和无法替代性,激化了人地矛盾。为了在经济发展、土地资源保护、生态安全三者之间找到一个平衡点,就需要我们对土地利用变化进行研究,探究土地利用时空演变的特点和规律,预测其发展趋势,以此来合理配置城市土地资源,调整优化城市布局和空间结构,从而实现区域可持续发展。本文以天津市为研究区,兼顾城、乡发展差异和向海洋扩张的可能性,从区域整体土地利用格局、土地利用转移、城镇扩张和耕地占补四个方面分析了研究区内9种土地利用类型变化的时空特征;根据天津市土地利用变化规律,从自然和社会方面选择10个驱动因子通过Logistic回归揭示了土地利用变化的驱动机制;参考重点扶贫政策下河北省连片困难区建设用地扩张情况,使用模糊函数类比量化了乡村振兴政策对天津市乡村扩张的驱动作用;最后兼顾回归结果和政策因素构建三种情景下的转换规则,用CA-Markov模型分别对“自然发展情景”、“可持续发展情景”和“乡村振兴情景”下天津市2030年土地利用格局进行预测。结果表明:(1)2000-2020年间天津市土地利用变化剧烈,城镇化是其主要特点,城镇扩张对耕地占用量达到899.88km~2,导致天津市耕地占补平衡难以为继;同时在全市开发程度较高的局面下,天津市生态空间、生产空间逐步往海洋拓展。(2)Logistic回归方法分析表明10个驱动因子均不同程度地对各地类的空间分布产生了影响。自然因素作为先天条件,在9个地类中均发挥了显著影响;社会经济因素则对研究区内自然地表起着反作用;可达性因素中交通因子对城、乡扩张趋势有着很强的引导作用。(3)以Logistic回归方法改进CA-Markov模型转换规则并模拟2020年土地利用格局,与2020年分类图对比Kappa系数为0.8495,模型可信度较高。再以该方法分别预测了2030年自然发展情景、可持续发展情景和乡村振兴情景下天津市土地利用格局。(4)预测结果表明,在驱动因子和限制政策影响下可持续发展情景和乡村振兴情景中并未出现城、乡建设用地无序扩张,占用大量耕地并侵占生态保护区的现象;并且在添加乡村振兴驱动因子的情景中,乡村发展进程较之可持续发展情景得到加速,乡村空间布局更紧凑集约化水平有所提高。
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