□文/董 坤 張雪梅 李偉妙

（河北師范大學(xué)匯華學(xué)院 河北·石家莊）

一、前言

二、CLUE–S模型應(yīng)用進(jìn)展

CLUE-S模型是荷蘭瓦赫寧根大學(xué)一個(gè)由P.H.Verburg等科學(xué)家組成的“土地利用變化和影響”研究小組在較早的CLUE模型的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種模型。通過(guò)多個(gè)案例的實(shí)證研究，該小組于2002年7月開始向全世界的同行推薦CLUES模型。CLUE-S模型推出以來(lái)，國(guó)內(nèi)外的許多學(xué)者利用此模型分別針對(duì)世界不同地區(qū)的土地利用情況做了大量的研究工作。

（一）模型的國(guó)際利用情況。Koen P.Overmars以菲律賓呂宋島東北部的卡格揚(yáng)河流域作為研究區(qū)，運(yùn)用CLUE-S模型模擬了研究區(qū)的土地利用格局，并對(duì)該區(qū)的模擬結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

Verburg，P.H運(yùn)用CLUE-S模型對(duì)歐洲未來(lái)30年間的土地利用格局變化情況進(jìn)行了模擬。文中作者基于歐洲未來(lái)30年間的土地在全球協(xié)作、經(jīng)濟(jì)全球化、歐洲大陸市場(chǎng)化、區(qū)域一體化等四種情景的需求下，模擬了歐洲大陸的土地利用變化情況。

Wytse Engelsman運(yùn)用CLUE-S模型對(duì)位于馬來(lái)西亞半島中西部的Selangor河谷盆地1999～2014年的土地利用變化進(jìn)行了模擬。該研究選取了15個(gè)驅(qū)動(dòng)因子，對(duì)該地區(qū)分別進(jìn)行了3次不同情景的模擬。

Vincent Orekan等針對(duì)西非地區(qū)嚴(yán)重的土地退化狀況，在“西非稀缺水資源有效管理綜合評(píng)價(jià)”（IMPETUS）項(xiàng)目的支持下，以900km的貝寧灣地區(qū)為研究區(qū)，選取了宏觀社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素、空間位置因素為驅(qū)動(dòng)參數(shù)，運(yùn)用CLUE-S模型模擬了該區(qū)的土地利用變化情況。

Castella，J.C把CLUE-S模型與過(guò)程導(dǎo)向的 Agent-based models（ABM）模型相結(jié)合，詳細(xì)分析并模擬了越南山區(qū)的土地利用格局變化情況。

（二）模型的國(guó)內(nèi)利用情況。2004年以后，國(guó)內(nèi)學(xué)者利用CLUE-S模型，針對(duì)我國(guó)不同地區(qū)的土地利用情況陸續(xù)開展了大量的研究工作。

段增強(qiáng)等對(duì)CLUE-S模型進(jìn)行了改進(jìn)，引入了動(dòng)態(tài)計(jì)算的鄰域分析因子，可以對(duì)土地利用變化中的自發(fā)過(guò)程、自組織過(guò)程和土地利用類型間的競(jìng)爭(zhēng)進(jìn)行模擬，還可以根據(jù)研究區(qū)域特點(diǎn)構(gòu)建不同的模擬方案。然后，應(yīng)用改進(jìn)后的模型CLUESII對(duì)北京市海淀區(qū)1991～2001年土地利用變化進(jìn)行了多方案模擬。

五、試驗(yàn)設(shè)計(jì)：每個(gè)處理4行、30.24平方米，行距1.05米，壟長(zhǎng)7.2米，共計(jì)5個(gè)處理，1個(gè)對(duì)照，中間留兩行15.12平方米做調(diào)查點(diǎn)。

盛晟等應(yīng)用CLUE-S模型，在Landsat TM影像等相關(guān)數(shù)據(jù)支持下，對(duì)南京地區(qū)1998～2006年土地利用的時(shí)空動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行了研究。研究表明，CLUE-S模型對(duì)城市發(fā)展的空間結(jié)構(gòu)也有較強(qiáng)的預(yù)測(cè)能力，對(duì)指導(dǎo)城市規(guī)劃、分析景觀動(dòng)態(tài)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制有重要參考價(jià)值。

擺萬(wàn)奇等運(yùn)用CLUE-S模型對(duì)大渡河上游土地利用進(jìn)行了動(dòng)態(tài)模擬分析，分別以1967年和1987年土地利用空間數(shù)據(jù)模擬了1987年和2000年的土地利用空間狀況，并用1987年、2000年的土地利用現(xiàn)狀圖進(jìn)行了驗(yàn)證，Kappa值分別達(dá)到 0.86和0.89。

張華等基于3種不同水資源量的約束條件情景下，應(yīng)用CLUE-S模型模擬張掖市2001～2020年土地利用/土地覆被變化。

彭建運(yùn)用CLUE-S模型模擬、預(yù)測(cè)了喀斯特地區(qū)中典型的生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)貓?zhí)恿饔蛟谒姆N不同目標(biāo)情景模式下的土地利用/土地覆被變化。

李聞應(yīng)用改進(jìn)的CLUE-S模型，以江蘇省鎮(zhèn)江市為研究區(qū)域，首先在理論和方法研究的基礎(chǔ)上對(duì)鎮(zhèn)江市的自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)現(xiàn)狀以及土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，結(jié)合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的調(diào)查和收集，總結(jié)出鎮(zhèn)江市土地利用變化的影響因素。

三、CLUE–S模型組成

CLUE-S模型主要由土地利用轉(zhuǎn)移規(guī)則、土地政策與限制區(qū)域、土地需求和空間特征四個(gè)輸入條件和一個(gè)空間分配模塊組成，其中四個(gè)輸入條件是模型正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。（圖1）

圖1 CLUE-S模型結(jié)構(gòu)組成

空間政策和限制區(qū)域?qū)ν恋乩酶窬值淖兓幸欢ǖ挠绊懽饔?，在CLUE-S模型中這些政策的影響一般都是限制土地利用格局發(fā)生變化。這些限制因素分為兩類：一種為區(qū)域性限制因素，比如建立的自然保護(hù)區(qū)、規(guī)劃的基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)；另一種則為政策性限制因素，比如禁止采伐森林的政策可以限制林地向其他土地利用類型的轉(zhuǎn)變。

土地需求通過(guò)外部模型被計(jì)算或估算出來(lái)，用以限定模擬過(guò)程中總的土地利用類型變化量。

土地利用類型轉(zhuǎn)移設(shè)定決定了模擬的時(shí)間動(dòng)力，它包括土地利用類型轉(zhuǎn)移彈性和土地利用類型轉(zhuǎn)移次序兩部分。土地利用彈性主要受到土地利用類型變化可逆性的影響。利用程度高的土地利用類型很難向利用程度低的土地利用類型轉(zhuǎn)變；相反，土地利用程度低的地類則很容易向土地利用程度高的地類轉(zhuǎn)變。它一般用0～1之間的數(shù)值來(lái)表示，當(dāng)這個(gè)值越接近1其轉(zhuǎn)移的可能性就越大。土地利用類型轉(zhuǎn)移次序通過(guò)設(shè)定一個(gè)各個(gè)土地利用類型之間的轉(zhuǎn)移矩陣來(lái)定義各種土地利用類型之間能否實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變，1表示可以轉(zhuǎn)變，0表示不能轉(zhuǎn)變。

空間特征基于土地利用類型轉(zhuǎn)變發(fā)生在其最有可能出現(xiàn)的位置上這一理論基礎(chǔ)。也就是計(jì)算出各個(gè)土地利用類型在空間上的分布概率，即各種土地利用類型的空間分布適宜性，它主要受到影響其空間分布因素的驅(qū)動(dòng)。在CLUE-S模型中，用Logistic回歸來(lái)計(jì)算土地利用類型的空間分布與驅(qū)動(dòng)力之間的關(guān)系，Logistic回歸通過(guò)計(jì)算事件的發(fā)生概率，使用自變量作為預(yù)測(cè)值，可以解釋土地利用類型和其驅(qū)動(dòng)力因素之間的關(guān)系。其優(yōu)點(diǎn)是，變量既可以是連續(xù)的也可以是分離的。其表達(dá)式如下：

式中，Pi表示每個(gè)柵格單元可能出現(xiàn)某一土地利用類型i的概率；X表示各驅(qū)動(dòng)因素；β是各影響因子的回歸系數(shù)。

逐步回歸方法有助于從許多影響土地利用格局的因子中篩選出相關(guān)性較為顯著的因子，那些對(duì)解釋土地利用格局不顯著的變量將在最后的回歸結(jié)果中被剔除。對(duì)于每種地類回歸方程的擬合度可以用ROC曲線進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)曲線下的面積的大小來(lái)判斷計(jì)算出的地類概率分布格局與真實(shí)的地類分布之間是否具有較高的一致性，該值介于0.5～1之間，值越大地類的概率分布和真實(shí)的地類分布之間越具有較好的一致性，回歸方程越能較好地解釋地類的空間分布，模型運(yùn)行時(shí)的土地利用分配越精確；反之，若該值越接近0.5，說(shuō)明回歸方程對(duì)地類分布的解釋意義越低。一般認(rèn)為當(dāng)ROC值大于0.7時(shí)，所確定的驅(qū)動(dòng)因素具有較好的解釋能力。

四、CLUE-S模型展望

結(jié)合以上的研究應(yīng)用情況，考慮到土地利用涉及到自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等眾多科學(xué)領(lǐng)域的問(wèn)題，以下問(wèn)題還需對(duì)模型進(jìn)一步研究：

首先，空間分配模塊是CLUE-S模型的核心部分，而模型的輸出結(jié)果也是以空間可視化的形式表現(xiàn)出來(lái)的。但是，近期的區(qū)域性土地領(lǐng)用變化往往主要受到人為因素的影響，這些人為驅(qū)動(dòng)因子一般來(lái)說(shuō)不可能空間化或較難空間化。因此，在運(yùn)用CLUE-S模型時(shí)，如何考慮諸多人為驅(qū)動(dòng)因子，應(yīng)該是該模型應(yīng)該完善的地方。

其次，不同空間尺度之間確切的相互關(guān)系與作用反饋，以及隱藏在這些相互關(guān)系中的原因和作用過(guò)程，大多尚處于未知狀態(tài)，如何將多個(gè)案例研究聯(lián)結(jié)為一個(gè)可代表區(qū)域空間異質(zhì)性的網(wǎng)絡(luò)，從而將地方尺度和區(qū)域尺度的土地利用變化動(dòng)態(tài)聯(lián)系起來(lái)，也將是今后重要的研究主題。

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