LUCC驅(qū)動(dòng)力模型的發(fā)展歷程及相關(guān)問(wèn)題

魏江龍 羅芳

摘 要：針對(duì)LUCC驅(qū)動(dòng)力模型在研究觀測(cè)土地利用及土地覆被變化中的潛在利用價(jià)值和較高的發(fā)展?jié)撡|(zhì)，本文通過(guò)追溯LUCC驅(qū)動(dòng)力模型的發(fā)展歷程，探討不同模型的優(yōu)劣點(diǎn)，為L(zhǎng)UCC驅(qū)動(dòng)力模型的發(fā)展提出科學(xué)的發(fā)展方向，為更好地解決土地系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中的技術(shù)難題提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：LUCC；土地系統(tǒng)；驅(qū)動(dòng)力模型

1.前言

土地系統(tǒng)作為地球大陸系統(tǒng)最關(guān)鍵的組成部分之一，也是人類(lèi)與自然環(huán)境的橋梁，也為人類(lèi)-自然環(huán)境和諧共處提供重要作用。因此，在人類(lèi)因?yàn)樯婧桶l(fā)展不斷改變地球表層的土地利用方式和土地覆被時(shí)，LUCC驅(qū)動(dòng)力模型研究通過(guò)對(duì)土地利用的變化機(jī)制、土地覆被的變化機(jī)制、區(qū)域和全球模型三方面的分析，解釋土地覆被的時(shí)空變化并有助于LUCC預(yù)測(cè)模型的建立。

2.LUCC驅(qū)動(dòng)力模型的發(fā)展歷程

引起LUCC的原因包括自然和人為兩方面。在較短的時(shí)間尺度上，自然驅(qū)動(dòng)力相對(duì)較為穩(wěn)定，有著累積性效應(yīng)，人為驅(qū)動(dòng)力則相對(duì)較活躍（Lambin等，2001）。目前用來(lái)描述人類(lèi)活動(dòng)與土地利用相互作用關(guān)系的模型化方法大致可以分為三類(lèi)：基于經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)模型，基于過(guò)程的動(dòng)態(tài)模型和綜合模型（藺卿等，2005）。

基于經(jīng)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)模型方法是通過(guò)多元統(tǒng)計(jì)分析法，分析主成分因子對(duì)土地利用變化的貢獻(xiàn)率，從而得出外在原因?qū)ν恋乩米兓挠绊懘笮　Ｔ摲椒ㄟm用于較復(fù)雜區(qū)域，收集數(shù)據(jù)越詳細(xì)可靠，模型的可信度也越高。易于分辨出外在原因的主次關(guān)系，得出主要矛盾關(guān)系，可定量分析土地利用變化與驅(qū)動(dòng)因此的關(guān)系。Bakkera（2005）利用回歸模型分析發(fā)現(xiàn)，希臘Lesvos島的土地棄耕問(wèn)題是土壤侵蝕引起的。Gobin（2002）利用回歸模型分析了農(nóng)業(yè)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)力，得到了理想的結(jié)果。史培軍等（2000）通過(guò)回歸分析得出深圳市土地利用變化的人為驅(qū)動(dòng)力。

動(dòng)態(tài)模型在充分研究LUCC驅(qū)動(dòng)力的基礎(chǔ)上，通過(guò)模擬系統(tǒng)中各組成部分之間的相互作用，來(lái)模擬LUCC的過(guò)程（Lambin等，2001）。根據(jù)研究結(jié)構(gòu)不同，動(dòng)態(tài)模型包括：元胞自動(dòng)機(jī)模型（Cellular Automata，CA）、組織基礎(chǔ)模型（Agent-based）和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。CA模型是一種時(shí)間、空間和狀態(tài)均離散的格子動(dòng)力學(xué)模型，可以在大尺度上土地利用變化的過(guò)程（藺卿等，2005）。該模型在城市擴(kuò)張運(yùn)動(dòng)中運(yùn)用較為廣泛（Fang SF等，2004）。Agent-based模型的研究目標(biāo)是人類(lèi)與其活動(dòng)。它通過(guò)模擬個(gè)體行為，把社會(huì)行為和土地利用方式聯(lián)系起來(lái)的模型。它可以控制自己的行為和狀態(tài)以達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)（Woolndge等，1999）。這種模型又可以分為兩類(lèi)：一種是認(rèn)知模型，另一種是人類(lèi)決策模型。在Agent-based模型的基礎(chǔ)上，建立了土地利用/覆被變化研究中的Multi-Agent System模型。該模型可從微觀尺度上解釋土地利用的變化，為土地利用決策行為的研究提供了一個(gè)新的可行方案。而系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是建立在系統(tǒng)論、控制論和信息論基礎(chǔ)上，以分析反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和動(dòng)態(tài)行為為目的的動(dòng)力學(xué)模型。其特點(diǎn)主要是可以從宏觀上顯示出土地利用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為之間的相互作用關(guān)系，考察系統(tǒng)的運(yùn)行及變化趨勢(shì)。通常多應(yīng)用與數(shù)據(jù)不足的問(wèn)題中，獲得主要信息。

綜合模型通過(guò)將不同的LUCC驅(qū)動(dòng)力模型整合起來(lái)，解決特定問(wèn)題。其中，土地利用變化及其效應(yīng)（Conversion of Land Use and its Effects，CLUE）模型被應(yīng)用較多。該模型通過(guò)考慮社會(huì)經(jīng)僑和生物物理驅(qū)動(dòng)因子，綜合分析多尺度下的土地利用變化。它的優(yōu)點(diǎn)是：（1）通過(guò)將土地利用系統(tǒng)看做一個(gè)整體，能同時(shí)對(duì)多種土地利用類(lèi)型之間競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系同時(shí)模擬，并做出相應(yīng)的情景分析（Verburg等，2002）。（2）可分析不同分辨率下各種因素對(duì)土地利用變化的驅(qū)動(dòng)作用，驅(qū)動(dòng)因子的選擇也更加科學(xué)，使假定的因果關(guān)系更加合理。

3.目前研究中的問(wèn)題

雖然幾大模型的建立為土地利用變化的監(jiān)測(cè)提供了有力支撐，但在研究過(guò)程中也出現(xiàn)了不少問(wèn)題，亟待解決。首先，統(tǒng)計(jì)模型具有簡(jiǎn)化問(wèn)題.易應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn).但同時(shí)也存在四個(gè)方面的問(wèn)題：因變量的確定及量化問(wèn)題、自變量問(wèn)題、案例研究范圍問(wèn)題和假設(shè)的因果關(guān)系問(wèn)題。

動(dòng)態(tài)模型中，CA模型在運(yùn)用時(shí)如果不能合理的定義周?chē)h(huán)境對(duì)異質(zhì)主體的作用，就容易得到與事實(shí)不符的結(jié)果。并且由于鄰域關(guān)系不能反映實(shí)際的空間關(guān)系，易產(chǎn)生空間導(dǎo)向問(wèn)題（Parker等，2003）。元胞自動(dòng)機(jī)模型對(duì)人類(lèi)決策的模擬仍然響應(yīng)較弱，用過(guò)對(duì)不同的元胞執(zhí)行多層次的轉(zhuǎn)換規(guī)則能改善模型在這方面的模擬能力。Agent-based模型可以從微觀尺度上解釋土地利用變化的細(xì)節(jié)，具有較好的發(fā)展前景。由于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型缺乏對(duì)空間因素的處理能力，因此限制了其在具有空間概念的土地利用系統(tǒng)中的運(yùn)用。將該模型與GIS系統(tǒng)結(jié)合使用，將是未來(lái)的發(fā)展方向（藺卿等，2005）。

4.結(jié)論

研究發(fā)現(xiàn)，CLUE模型系統(tǒng)在考慮土地利用系統(tǒng)中的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生物物理驅(qū)動(dòng)因子基礎(chǔ)上，能在空間上反映土地利用變化的過(guò)程和結(jié)果，具有較高的可信度，解決社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子的空間化問(wèn)題將使該模型更加完善。（作者單位：1.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院；2.成都理工大學(xué)管理科學(xué)學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

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