耦合元胞自动机和多智能体的新疆绿洲土地利用变化机理研究

Land use change (LUC) is the frontier of current global environmental change research. Land use dynamic simulation is the main method and tool of LUC study. Geographers focused on this hot issue for a long time. Regional land use change is the result of human decision-making behavior under given constraint conditions. So how to conduct micro land manager's behavioral decision into the simulation model of LUC to explore the influence of land manager's decision making on macro land use change in macro, and realize the coordinated development relationship between human and land, has important theoretical and realistic significance. This study select oasis of the lower reaches of Manasi River, where land changes with significant human driving characteristics and solid research foundation, as study area. Remote sensing, GIS, statistical regression analysis are used as the main technical methods for analyzing of land use change from multi-source data and accessing to characteristics of LUC. In order to analysis and simulate two typical human-driven LUC processes, land use process model with regional characteristics is established by combination of cellular automata model (CA) with self-organization and multi-agent model (MAS) which is an ideal tool for LUC in process and mechanism In the international scope. This study will deepen research in driving process and mechanism of LUC, and also conducive to the further development of land change science.

土地利用变化(LUC)是当前全球环境变化研究的前沿领域，土地利用动态模拟是研究LUC的主要途径和地理学界长期关注的热点问题。区域土地利用变化是在既定约束条件下人类行为决策的结果，如何将微观土地经营者的行为决策纳入土地利用变化模拟模型，探讨土地经营者的决策对宏观土地利用变化的影响，实现人地关系协调发展，具有重要的理论和现实意义。本项目拟选择土地变化具有显著人为驱动特征和扎实研究基础的玛纳斯河下游绿洲作为研究区,以遥感、GIS、统计回归分析等为主要技术方法，分析土地变化的多源数据，获取土地变化特征；以具备空间自组织性的元胞自动机模型（CA）为基础，通过集成国际上研究土地变化驱动过程和机理较理想的多智能体模型（MAS），建立具有地域特色的土地变化分析综合模型，对研究区地方和兵团两种典型人为驱动的土地变化进行过程分析与模拟。研究将深化土地变化的驱动过程与机理研究，有助于土地变化科学的发展。

土地利用/覆被变化（Land Use and Cover Change，LUCC）模拟是LUCC研究的主要内容和重要手段。本项目以玛纳斯河绿洲为研究区，借助遥感和GIS手段定量分析区域近40年土地利用变化特征，基于CA-Markov和多智能体理论构建“自下而上”的土地利用变化模型，定量深入分析新疆绿洲内典型土地利用变化的驱动机理，模拟未来土地利用变化的情景，并对其生态服务正负价值进行估算。主要研究结论如下：（1）1975-2015年，玛纳斯河流域土地利用变化较为明显，耕地、草地和未利用地所占比重较大，40年间流域的土地利用变化处于不平衡状态。地学信息图谱分析可利用图形语言将复杂的地理现象进行简洁地表达，对开展多时空尺度土地利用变化空间格局与时间过程的集成研究具有重要意义。（2）CA-Markov模型是LUCC研究的重要手段之一，但其模拟精度具有时空尺度依赖性，此外还受邻域结构及大小的影响。（3）多智能体系统侧重于人类决策行为的模拟，可以较好地揭示土地利用变化的微观机制，但模型对数据的要求较高。基于NetLogo平台构建的研究区BDI模型较好地反映了区域地方和兵团不同体制下的农户微观种植行为。（4）基于不同生态单元分析生态系统服务正负价值有助于全面客观地了解生态系统服务的异质性。研究时段内，研究区正向价值远高于负向价值，且净价值小幅度增加。人均生态系统服务净价值呈现下降趋势，流域环境压力增大。研究将深化土地变化的驱动过程与机理研究，可推动土地利用变化科学的发展，为绿洲土地的保护、管理及规划提供新的理论依据和评价方法。