三河源区土地利用土地覆被变化分析管珍毕业论文

分类号密级公开UDC学号20081013009青海师范大学硕士学位论文三河源区土地利用/土地覆被变化分析及其驱动机制研究研究生姓名管珍导师姓名（职称）曹广超，教授申请学位类别硕士申请学位名称理学学科专业名称地图学与地理信息系统研究方向名称遥感与地理信息系统应用论文提交日期2011年4月论文答辩日期2011年5月学位授予单位青海师范大学学位授予日期2011年6月答辩委员会主席董全民1评阅人陈克龙，肖景义青海师范大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得青海师范大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。研究生签名日期青海师范大学学位论文使用授权声明青海师范大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权由青海师范大学研究生部办理。研究生签名导师签名日期I三河源区土地利用/土地覆被变化分析及其驱动机制研究中文摘要土地是人类社会经济活动的载体，土地利用是人类对作为生产生活资料的土地的利用方式和强度，而土地利用动态变化则反映了土地利用方式的发展变化趋势。本文在遥感与GIS技术的支持下，利用三河源区1999、2006年两期TM影像，对其提取信息得到土地利用数据。文章首先分析土地利用现状特点，然后探讨了该区域土地利用动态变化规律，最后简要分析了土地利用变化的影响因素。研究的主要结果如下1、从土地利用类型的面积和变化幅度来讲，从1999年到2006年，三河源区土地利用与土地覆被类型中减幅最大的为裸土地，共减少1238KM2，减小幅度为1178。2、从土地利用类型的变化速度及趋势看，在各土地类型的年面积变化RS上，变化增幅最快的为耕地，其次为水域和城镇建设用地，变化趋势与土地利用变化幅度相同，而减幅最快的是裸土地。在各土地类型的空间动态度RSS上，耕地变化速率最快，低覆盖度草地变化速率也较快，达到138。在各土地类型的发展趋势和状态PS上，各种地类的面积变化方向是一致的。3、从土地利用类型间的转移角度分析，从1999年2006年，最大净增面积的土地利用类型是低覆盖度草地，共增长了29914KM2。水域也有较大幅度的增加，净增加达9656KM2。该土地利用转移矩阵表明，不变的土地类型远远大于变化的土地类型。整个三河源区土地利用变化的总体趋势是裸土地和裸岩石砾地转化为低覆盖度草地，以及林地和沼泽地转化为高覆盖度草地。人类活动和自然环境变化共同影响着土地类型的转变。其中耕地、水域和城镇建设用地与人类活动、社会发展息息相关。随着人类的参与，土地利用类型的变化存在一定的隐患，近8年的时间里，沙地、戈壁、盐碱地呈扩张趋势。对于面积缩小的土地类型，减少最大的是裸岩石砾地，其次是沼泽地和林地，均有大幅度减少。4、影响三河源区土地利用变化的主要自然因子包括气候、地貌、土壤等。II该区域大部分都集中在降水量小于400M的区域主要以畜牧业为主。近8年，土地利用变化主要集中在200MM400MM等降水线之间，且偏向于集中在两等降水线之间的西南侧，这个区域受人为因素影响比较大，同时也是农牧结合的地带，因此变化面积最大的类型主要集中在草地与未利用地、林地、耕地之间的转换。土地利用类型发生变更的区域主要集中在河源区域。土地利用变化最多的区域是人类活动比较多的区域，受人类活动影响最大。人为因子主要包括城镇化与工业化、政策诱导、人口变化、经济发展等因子。土地利用变化是自然、社会经济因素共同影响的结果，其中降水和温度的变化直接影响了草地和未利用地的变化，政策、人口和经济发展共同促进了土地利用方式的变化。关键词土地利用，地理信息系统，时空演化，驱动力IIIABSTRACTTHELANDISTHECARRIEROFECONOMICACTIVITIESFORHUMANBEINGSTHEUSEOFLANDISTHEMODEANDINTENSITYOFPRODUCINGMATERIALSANDTHEDYNAMICCHANGESOFTHELANDUSEREFLECTTHETRENDOFTHELANDUSEMODETHISPAPERMAKESUSEOFTHETMIMAGESOFSANHEYUANIN1996AND2006ANDOBTAINSTHEDATAOFUSINGLANDWITHTHEAIDOFREMOTESENSINGSECONDLY,THEWRITERDISCUSSEDDYNAMICCHANGINGRULESOFLANDUSEINTHISAREATHIRDLY,ANALYZEDTHEFACTORSWHICHEFFECTTHECHANGEOFLANDUSEINGENERALTHERESULTSOFTHISRESEARCHAREASFOLLOWS1SEENFROMTHEAREAANDVARIATIONAMPLITUDEOFLANDUSETYPE,FROM1999TO2006,DURINGTHESAMEPERIOD,THEREDUCEDRATEOFTHEBARELANDISTHEBIGGESTINTOTALOF1238KILOMETERS,THEAMPLITUDEWAS11782SEENFROMTHESPEEDANDTRENDOFTHETYPEOFLANDUSETYPE,THESEQUENCEOFTHEAREACHANGEINONEYEARRSWASTHECULTIVATEDLAND,NEXTISTHEWATERAREAANDCONTRIBUTIONLANDOFTOWNITISCONSISTENTWITHTHEABOVEPOINTMOREOVER,THEFASTESTINREDUCEDRATEWASTHERARELANDTHECULTIVATEDLANDWASTHEFASTONEINTHERATEOFCHANGINGINTHERSSTHELOWCOVEREDGRASSLANDWASALSOCHANGEDFASTERWHICHGETTO138EACHTYPEOFLANDHASTHECONSISTENTDIRECTIONINCHANGING3ANALYZINGFROMTHETRANSFEROFDIFFERENTLANDTYPE,THELOWCOVEREDGRASSLANDINCREASEDMOSTLYWHICHINCREASED29914KILOMETERSFROM1999TO2006THEWATERAREAALSOINCREASEDMUCHWHICHINCREASED9656KILOMETERSTHETRANSFERRINGMATRIXOFLANDUSETYPESHOWEDTHATTHEUNCHANGEABLELANDTYPEWASMUCHMORETHANTHECHANGEABLELANDTYPETHEGENERALTRENDOFLANDUSETRANSFERISTHATTHERARELANDANDBARRENLANDSTURNEDINTOLOWCOVEREDGRASSLANDANDTHEWOODLANDANDSWAMPTURNEDINTOHIGHCOVEREDGRASSLANDTHETRANSFEROFLANDTYPESIVINFLUENCEBYTHEHUMANBEINGSACTIVITYANDTHECHANGEOFNATURALENVIRONMENT,ESPECIALLYTHECULTIVATEDLAND,THEWATERAREAANDTHECONTRIBUTIONLANDHAVECLOSERELATIONSHIPWITHHUMANBEINGSACTIVITYANDTHEDEVELOPMENTOFCOMMUNITYASTHEPARTICIPATIONOFHUMANBEINGS,THEREEXISTSHIDDENPROBLEMINTHECHANGEOFLANDUSETYPEINTHERECENTYEARS,THESANDLAND，GOBIANDWOODLANDSHOWEDTHETRENDOFEXPANSIONASTOTHEREDUCEDLANDTYPES,THEMOSTOBVIOUSISBARRENLANDS；THESWAMPANDWOODLANDARENEXTTOIT4THECLIMATE,LANDFORMANDSOILANDSOONAFFECTTHECHANGEOFLANDUSEINSANHEYUANTHISAREAGATHERSTHEAREAWHICHRAINFALLISLESSTHAN400MMTHEMAINACTIVITYTHEREISANIMALHUSBANDRYINTHERECENT8YEARS,THECHANGEOFLANDTYPESPLACEBETWEEN200MMTO400MM,MOREOVER,ITISBIASONTHENORTHWESTOFRAINFALLLINEITISBECAUSETHISAREAISAFFECTEDBYHUMANBEINGSACTIVITYMUCHANDITISALSOTHECOMBININGAREAOFAGRICULTUREANDANIMALHUSBANDRY，SOTHEMOSTOBVIOUSCHANGINGLANDARETHEGRASSLAND,UNUSEDLAND,WOODLANDANDCULTIVATEDLANDTHEMAINCHANGEABLEAREAISTHESOURCEOFRIVERWHEREHUMANBEINGACTIVITYISINTENSIVETHEFACTORSOFHUMANBEINGCONTAINURBANIZATIONANDINDUSTRIALIZATION,THELEADOFPOLICY，THECHANGEOFPOPULATIONANDTHEDEVELOPMENTOFECONOMICSTHECHANGEOFLANDUSEISTHERESULTOFTHEFUNCTIONOFNATURALANDSOCIOECONOMICFACTORSTOGETHERMOREOVER，THECHANGEOFTEMPERATUREANDPRECIPITATIONAFFECTTHECHANGEOFGRASSLANDANDUNUSEDLANDDIRECTLYBESIDES,THESTATESPOLICIES，POPULATIONANDSOCIOECONOMICDEVELOPMENTTOGETHERIMPACTTHECHANGEOFLANDUSEWAYKEYWORDSLANDUSE，GIS，DYNAMICCHANGE，DRIVINGFORCEV目录第一章引言111研究背景及意义112LUCC的主要研究内容2121LUCC研究回顾与总结2122研究进展513研究目标及框架8131研究目标8132研究框架9第二章研究区概况及数据源921研究区概况10211研究区地理概况10212研究区自然概况10212研究区社会经济状况1422数据来源15221遥感数据15222地形数据16223其他统计数据16224数学基础16第三章TM遥感影像信息的提取1731引言1832数据来源及预处理1833遥感影像的分类与解译18331研究区土地利用分类系统的建立19332遥感影像解译标志的建立2234精度检验25第四章土地利用时空演变分析27411999年与2006年三河源区土地利用再分类2842土地利用变化幅度2943土地利用变化速度及趋势3144土地利用主要类型转移34441林地转移分析38442高覆盖度草地转移分析39443低覆盖度草地转移分析39VI444水域转移分析40445沼泽地转移分析41446裸岩石砾地转移分析41第五章土地利用变化驱动力的研究4451驱动因子的选择及其指标体系的建立4452土地利用变化驱动因子分析45521自然因素46522社会经济因素48523人口与政策因子5053结论与讨论51531结论52532讨论52第六章结论与展望5461结论5462展望55参考文献57致谢60个人简历61VII三河源区土地利用/土地覆被变化分析及其驱动机制研究第一章引言11研究背景及意义土地是人类赖以生存和发展的基础，是人类从事一切社会经济活动和休养生息的基本场所。随着人口增长、粮食短缺、环境污染、气候变异等一系列全球性问题的日趋激化，人类活动对全球环境变化的影响在相关研究领域越来越受到重视。1995年，国际地圈生物圈计划IGBP与全球环境变化中的人文因素计划HDP联合确定土地利用/覆被变化LANDUSEANDLANDCOVERCHANGE，简称为LUCC为科学研究计划的核心项目，使LUCC研究成为全球变化研究的前沿和热点12。全球变化是自然过程与人类活动耦合的结果。工业革命以来，人类正以前所未有的速度改变着地球表层的自然覆被，并逐渐成为全球土地覆被变化的主要驱动力。土地利用变化对全球变化的影响主要是通过累积性方式发生作用的，虽然小范围区域性的土地利用变化对地球系统的影响可以忽略不计，但是这样的变化在时间和空间上不断出现，并通过累积效应产生全球尺度上的重要影响，毁林、施肥、沙漠化和城市化等都有此类性质。反过来，全球环境变化对土地利用与土地覆被变化也有深刻的影响，包括气候变化和区域环境变化对土地利用与土地覆被变化的影响。前者通过气温和降水波动及自然灾害和土地退化等方式直接或间接地影响土地利用/土地覆被变化的相应变化。后者则因其典型的区域性特征与土地利用/土地覆被变化更为密切，影响更为深刻。有研究表明在将来的数十年间，由土地利用与土地覆被变化所带来的全球影响，要等于甚至大于潜在气候变化所带来的影响3。因而，全球变化研究领域逐渐加强了对土地利用/土地覆被变化的研究。人类通过不同的土地利用方式改变着地表形态，进而对地球表层的生物地球化学循环产生影响，导致区域甚至全球性的环境变化。因此，对土地利用/土地覆被变化研究将有助于加深理解人类活动对全球环境变化的影响。近年来，国内外众多的学者、研究机构和组织从不同尺度上研究了LUCC和全球环境变化关系，并取得了很大进展。通过LUCC的研究，人们可以定性和定量评价人类活动对全球环境变化的影响，从而为资源、环境的可持续开发、1青海师范大学硕士学位论文利用提供依据。如何对以往的研究理论和方法进行整合和集成，探索土地利用空间格局演变的复杂性、非线性特征，深入理解区域土地利用变化的过程和内在机制、满足区域人地协调发展的需要，己成为当前研究所需要解决的论题。因此，十分有必要从人地系统互动的角度出发，依据格局、过程、机制这一研究思路，综合集成地理信息系统和模型定量化技术方法，开展土地利用和空间格局动态演变综合研究，尤其是进行土地利用空间格局变化的多尺度研究。跨尺度的土地利用/覆被变化研究一直很薄弱，而这个领域对于土地利用管理经验的推广及土地利用/覆被变化驱动力机制研究可操作性成果的应用相当重要4。中尺度的区域分析能揭示土地利用与覆被变化的一般规律、趋势和宏观机制，但对典型地区的深入研究却能进一步揭示和显示土地利用时空演变的细节过程与实质性机制，避免单一尺度分析的表面性，从而能够系统地理解和认识土地利用与土地覆被变化的轨迹与过程，为更广泛的区域性综合提供基础。三河源地区位于青海省东北部，特殊的地理位置和气候特征，发育了独特的生态系统类型，是维系青藏高原生物多样性的重要地区。但在全球气候变暖和人类活动加剧的双重影响下，上世纪后期以来，三河源地区的生态环境出现了恶化趋势。其变化与过度放牧等人类活动有密切的关系，近年来黑河流域已成为国内学者的研究热点5，但是将黑河、大通河、布哈河流域作为整体进行研究，还是第一次。本文以GIS和多元统计方法为支撑，选取两期（1999年和2006年）遥感影像数据，紧密结合环境与发展所面临的严峻形式，系统开展面向可持续发展的土地利用时空变化的研究和驱动力的研究，阐述三河源区在发展过程中生态保护的必要性和紧迫性，为生态环境保护提供意见和建议。本文从理论和方法上促进了土地利用/覆被变化的综合研究，为不同尺度的人地系统关系研究提供典型案例，也在实践上为可持续发展，土地资源的合理利用、开发与保护，提供有效的决策支持，对生态、经济与环境的协调发展具有重要的科学和现实意义。12LUCC的主要研究内容121LUCC研究回顾与总结国外在LUCC方面的研究起步较早，早在1931年，WEBB在对美国太平洋农业社会的研究当中，认为当地土地利用类型是由当地的干旱程度决定的6。这2三河源区土地利用/土地覆被变化分析及其驱动机制研究是最早的从经济角度对LUCC过程和机理进行的探讨，但没有考虑其他人类因素的影响。20世纪初，国际上对土地利用/覆被变化的研究，主要依赖于遥感技术和航空、航天技术的发展。20世纪70年代，全球变化研究的兴和遥感技术的发展，将LUCC研究推到了一个新阶段。进入80年代后，人们己经在欧洲范围内利用气象卫星数据进行土地覆被的研究，并取得了有效成果。90年代以来，土地利用/覆被变化的研究计划和项目层出不穷，屡见不鲜。1994年，联合国环境规划署UNEP启动了“为全球环境保护的土地利用研究”LU/GFC项目。1995年IGBP和HDP将土地利用与土地覆被变化科学研究计划列为全球环境变化研究的核心项目。1995年，国际应用系统分析研究所IIASA为了推动土地利用/覆被变化方面的创造性研究和交叉学科研究，开展了“欧洲和北亚土地利用与土地覆被变化模拟”研究。日本国立环境研究所，开展为全球环境保护而进行的土地利用项目，利用数量模型与经济学模型，主要对亚太地区土地利用/覆被情况进行可持续研究，定量研究区域性的土地利用/覆被变化，并进行预测。美国全球变化研究计划开展了高分辨率雷达监测土地覆被变化和季节植被情况项目。荷兰WAGENINGEN农业大学科学家组成的研究小组开展了“土地利用变化及其影响模型”CONVERSIONOFLANDUSEANDITSEFFECT研究项目，运用统计分析方法，以案例研究为主，在不同尺度上对多种土地利用/覆被类型的变化进行空间明确清晰的分配。通过众多机构和组织在不同尺度上的研究，使LUCC的研究在数据库、LUCC过程、驱动机制及模型预测等方面取得了很大进展。近年来，随着对土地利用和土地覆被变化研究的开展和深入，国际上对土地利用变化影响因素的研究已经取得很大的进展。目前国际上有关土地利用/土地覆被变化研究内容核心之一是土地利用动力机制，研究的关键性领域包括土地利用变化的过程与动力机制研究和遥感技术在土地利用与土地覆被变化研究中的应用7。目前国际上LUCC研究项目，其重点领域和研究方法大致分为三个方面，即土地利用/土地覆被的时空变化、动力机制和环境效应的案例比较研究；土地覆被变化的直接观测与诊断模型研究；LUCC的综合模型研究，包括区域性和全球性的短期预测研究以及较长期的综合因子和环境效应研究8。3青海师范大学硕士学位论文而我国LUCC的研究有以下特点。（1）研究范围的多尺度。该类研究较多，包括全国或较大区域。对全国、中国西部地区、中国东北地区、长江沿线样带等大区域的土地利用类型和土地利用变化和动态度等方面进行了较全面的研究；中等尺度区域，利用历史材料和数据分析岷江上游山地系统土地利用/覆被变化规律9；还有以省或地区为典型区开展的土地利用变化研究；小尺度区域，主要集中在下列两类地区一类是人文和自然驱动力活跃地区，如深圳市10、长江三角洲11等，另一类是“脆弱区”，“生态与环境敏感区”，例如地处干旱、半干旱过度带的农牧交错带12、三江源地区1314、城乡过渡区15等。（2）研究方法的多样性。理论与描述性、3S技术与合成、数理统计与构造模型及计算机技术应用等。随着土地利用问题在国际科学研究与区域可持续发展领域研究的不断深化，中国学者对理论与描述性方面的研究会更加重视。3S技术及合成方法的应用在LUCC研究中占到很大比例。该类方法具有多时相、更新速率快、海量数据应用的特点，在更全面、即时地反映土地利用变化信息中发挥着重要作用。数理统计与建模方法主要包括模糊评价法、元胞自动机、多目标线性规划、主成分分析法、灰色数学模型、聚类分析等。研究者以定量的精确判断、抽象的数学模型及合理的趋势推导，使研究结果更科学、更准确。计算机技术在土地利用研究中的应用，主要包括计算机制图软件、信息管理系统、数据库结构设计等专业计算机技术在土地利用定量化研究中的应用，体现了土地利用研究的多学科交叉特点。（3）中国LUCC研究存在的问题与展望。与国际研究相比，我国的LUCC研究还处于起步阶段，在许多方面还存在着问题,研究有待于进一步深化。一是缺乏统一的理论体系。虽然中国学者从未停止过对土地利用理论的探讨，如李秀彬16在综述那些直接或间接涉及土地利用变化理论基础上，提出了解释土地利用变化的概念框架,但是LUCC研究根植于人地关系理论中，大多数是孤立和分散的，没有形成统一的体系。二是中国的LUCC环境效应研究存在许多问题多注重对现状与结果的统计分析，对环境效应过程与机理的研究不够，导致研究结果往往有较大差异；研究区域、时空尺度单一。区域尺度上大多数偏重于“生态环境脆弱区”的土地利用或覆被类型的环境效应，而对“热点地区”4三河源区土地利用/土地覆被变化分析及其驱动机制研究的环境效应研究缺少；时空尺度上，LUCC环境效应模型大多适用于小尺度区域，难以外推应用到大中尺度区域上。所以，今后LUCC的研究一要强化LUCC综合研究，二要加强LUCC环境效应的研究。122研究进展1221遥感信息提取方法研究遥感信息的提取可为土地利用/覆被变化机制及其趋势预测的研究提供基础信息。20世纪50年代后，人们开始探讨利用遥感资料进行大范围土地覆被和土地利用制图的可行性，并形成了适合遥感数据特点的土地分类系统及分类方法17杨立民，1999。20世纪80年代以来，随着多种对地观测卫星的出现和计算机技术的发展，人们利用气象卫星数据在洲际范围内进行土地覆被变化的研究，并取得了一定的成果。90年代以来，卫星遥感在全球和区域尺度的土地覆被研究与应用中取得了突破性进展，区域尺度的LUCC监测研究也获得了长足发展。目前选用的遥感数据分为航空像片多光谱、彩红外和普通航空像片和航天遥感影像MSS、TM、SPOT、IKNOS等。遥感影像信息提取方法根据时间特征分为单时相和多时相信息提取。单时相信息提取大多是基于光谱信息统计模式算法，如监督分类和非监督分类。这些分类方法除要求较多反映土地利用/覆被的指标主要是自然环境方面和研究区基础图件等基础数据外，研究者还要掌握遥感地学规律，否则，不仅难以把握分类标准，也不能真实反映特殊地物分布现象。多时相专题信息提取，如影像相减法、主成分分析法、植被指数法、变化矢量分析法与光谱特征变异法，容易增加变化信息提取的误差而且只能揭示可能发生了变化的区域，并不能给出具体的变化类型与相应的数量指标。而“同物异谱，异物同谱”问题制约了基于光谱特征的统计模式分类方法精度的提高。何春阳等针对当前土地利用/覆被变化动态监测中常用的分类比较法中存在的误差，提出了把变化矢量分析和分类后比较法相结合的混合动态监测的新方法。大范围区域性LUCC研究中，采用分类效率适中的计算机自动分类方法与专家知识相结合的分类后处理方法是当前与今后一定时间内LUCC专题信息提取较为实用的选择。近年来，遥感影像信息提取相关的研究一直在深入18,1922杨存建等，5青海师范大学硕士学位论文2005MENG，FETAL，2005PEDRONI，2003程昌秀，2001陈艳华，2006，对遥感影像的自动分类算法进行了大量有益的探讨和新方法的不断尝试，主要包括人工智能神经元网络分类方法、GIS支持下的分类方法、变化分析方法、决策树方法、多重主成分分析方法、多元数据的专家系统和计算机识别法。MAS2004认为由于以往的基于光谱分析的分类方法容易产生同物异谱现象，提出把光谱分析的方法和以往的绘图数据以及其它相关的辅助数据相结合进行分析，利用人工神经网络的方法形成模糊地图，和光谱分类法相比精度从67提高到7923。黎夏等1997提出将不同时相的影像先叠合后分类的方法，取得了较好的效果24。杨存建、周成虎2000利用谱间关系法提取城镇、水体等土地利用信息25。熊祯2001等人将神经网络技术与分层处理技术相结合，提出并设计了分层神经网络分类方法26。查勇等2003运用提出的归一化植被指数27。RICKLANDANDREA2001建立了CARTCLASSIFIEATIONANDREGRESSIONTREE分析系统，利用遥感TM数据、遥感数据间的处理结果以及一些辅助数据设计变化规则用于土地分类，将地物类型划分为三级类，评价结果最终显示，级类精确率达到96，二级类达到7928。陈艳华2006基于知识建立决策树用于山区影像分类，并结合研究区土地利用类型与DEM空间统计关系的先验知识，在GIS空间分析的基础上进行影像分类后处理22。与传统的最大似然法分类结果相比，极大地改善了山区地表覆被分类的精度，得到较为可靠的遥感分类图像。由于专家系统与计算机识别方法代价太大，在大区域的土地利用覆被遥感应用都还很不成熟。1222LUCC时空演化研究土地利用及其空间结构变化是一个相当复杂的现象和过程，它不仅是一种空间概念上的表达，而且还是时间序列上的演绎。它强调通过对复杂土地利用变化空间和时间上的综合表达和描述，通过多学科、多方法相结合来揭示土地利用时空结构演变的内在规律，因此引起了国际和国内学术界的广泛关注。对土地利用/土地覆被的现状特点及其时空分布规律进行分析，是深入研究其变化机制及驱动因子的必要条件和前提。一般来说，土地利用/覆被变化模型应用于研究不同土地类型发生变化的动因、过程及其对环境、生物和人类生产、生活的影响。模型是土地利用变化研究的有效手段29摆万奇，2001，以简化和抽象化为特征的LUCC模型对于理解和预测土地利用覆被变化的格局和过6三河源区土地利用/土地覆被变化分析及其驱动机制研究程，具有非常重要的作用30王丽，2004。土地利用/覆被变化模型是深入了解土地利用/覆被变化复杂性的重要手段，它可以对土地利用和土地覆被变化情况进行描述、解释、预测。90年代以来，LUCC模型的发展有三种主要趋势一是时间动态模拟和空间格局分析与地理信息系统的结合。随着空间分析技术的改进，系统过程模拟与空间格局分析的结合成为必然，而地理信息系统在这一结合中发挥着关键作用二是遥感信息的广泛使用。遥感信息的特点在于其相对客观性和高时间分辨率，对于分析和辨别土地利用/覆被发挥着不可替代的作用三是自然要素和人文要素的综合，由三个部分组成土地利用/覆被类型变化的过程和机制变化造成的影响。然而，不同的模型研究的侧重点也不同。在我国，随着土地利用时空变化研究的展开，许多学者提出了自己的方法模型，主要包括土地利用动态度31王秀兰，1999、土地利用变化区域差异模型32朱会义，2001、土地利用变化方向模型33,34徐岚，1995孙希华，2004等。土地利用变化现象是复杂的，模型在反映土地利用变化规律方面发挥了不同的积极作用，另外模型也存在单一结构的数学概化过于简单、导致对一些现象的解释带有很大的主观性和片面性。所以，在深化土地利用变化研究的基础上，应注重多尺度、多方法相结合，构建土地利用变化的动态综合模型，以强化解释能力，准确表述土地利用时空演变的特征和趋势。1223LUCC驱动力研究在LUCC兴起之初，TURNER等认为，引起土地利用/覆被变化的可能人类因素可分为六大类，即人口、政治经济、富裕程度、技术、政治结构以及观念和价值取向，从而奠定了以后LUCC驱动力研究的基本框架。经过各国科学家多年研究，LUCC在驱动力的模型构建等方面取得了长足的进步。国外科学家们对于驱动力研究注重多因素综合研究。在建立LUCC模型方面多集中在区域尺度上，注重自然因素和社会经济因素的综合考虑，也注重模型在不同空间尺度上的整合，在驱动力的作用机制、模拟和预测等方面做了大量工作。LUCC驱动力研究的目的在于揭示LUCC的原因、内部机制、基本过程、预测未来变化方向和后果，并制定相关的对策，也被称为LUCC机制研究35。导致土地利用方式和目的发生变化的驱动力主要存在于自然和社会两个系统，土地利用变化驱动力机制是一个由自然和社会因素组成的复合系统。在自然驱7青海师范大学硕士学位论文动力系统中，根据驱动因子的自身特征，可以分为稳定少动因子与年际变动因子两种。社会驱动力系统根据因子是否可以量化或者量化因子的难易程度可以分为难量化因子如政策与法规和可量化因子如人口增长或者某一经济指标的提高等36。由于土地利用变化是一个相当复杂的过程，同时它又受到自然、社会、经济等众多因素的影响，这些因素对土地利用变化的作用方式与作用强度各有不同。所以，应用系统论的观点和方法，选择典型区域进行空间差异和对比研究，是土地利用与土地覆被变化驱动力机制研究的有效手段。研究方法一般是通过主成分分析、典型相关分析、回归分析等定量分析手段和定性的对比分析来确定土地利用/覆被驱动因子，或者是直接对区域土地利用/覆被变化的可能影响因子进行定性分析。虽然LUCC驱动力研究取得了很大的进步，但还是比较宏观的、定性的，定量方法所得到的结果和地类变化之间的关系往往也不是很令人满意。13研究目标及框架131研究目标本文选择三河源区作为典型研究区，从不同侧面探讨土地利用/覆被变化的特征、过程、机制与规律，对于区域土地利用动态变化动力机制、作用方式理解与具有重要意义。其目标主要有以下几个方面1、建立遥感影像信息提取和土地利用时空的数据库选择两期（1999年，2006年）三河源区TM遥感影像，探讨遥感影像解译方法。在基于地物光谱特征分析的基础上，结合人机交互解译，并叠加行政区划图等数据，构建研究区各期土地利用时空数据库。2、综合研究土地利用动态变化基于GIS技术，集成土地利用变化模型和方法，对研究区八年来土地利用与格局特征、变化进程与演变机制进行综合研究特别深入研究草地的时空演化过程和机理为研究区土地利用变化的过程与规律、制定合理的土地利用规划和管理政策服务。3、研究土地利用的驱动力在定性分析的基础上，采用主成分分析、回归分析方法定量研究自然和人文驱动因子对土地利用变化的影响作用，探讨土地利用变化本质，研究土地变8三河源区土地利用/土地覆被变化分析及其驱动机制研究化和影响因素间的关系，揭示影响土地利用变化的主要驱动因素从而为科学、合理地制定土地政策，为现区域耕地总量平衡、土地的集约、节约利用和粮食安全、提供决策支持。132研究框架本论文的研究框架和组织结构，如图11所示基于光谱信息对遥感影像图进行人工分类，解译气象数据与其他统计数据土地利用变化时空数据库空间演化时间过程土地利用结构变化分析结论及对策土地利用转移矩阵土地利用变化驱动力分析1999年，2006年TM遥感影像图；基本比例尺地形图图（11）第二章研究区概况及数据源9青海师范大学硕士学位论文21研究区概况211研究区地理概况三河源地区位于青海省东北部，源区大部分山峰海拔都在4000M左右。特殊的地理位置和气候特征，发育了独特的生态系统类型，是维系青藏高原生物多样性的重要地区。研究区介于373396N，974810137E，在中国大地构造划分上属于秦祁昆仑地槽褶皱区。北部为祁连山，南部为青海湖北部，西到疏勒南山，其间分布有拖来山、拖来南山，大通山等及河谷盆地。主要包括祁连县，天峻县，刚察县一部分，祁连县包括八宝镇，峨堡镇，阿柔镇，扎马什镇，野牛沟镇，柯柯里镇，天峻县包括江河镇，新源镇，织合玛镇，阳康镇，龙门镇，舟群镇，刚察县包括默勒镇，研究区总面积为27783万KM2。212研究区自然概况2121地质背景三河源地区位于青海省东北部，在中国大地构造划分上属于秦祁昆仑地槽褶皱区。北部为祁连山，南部为青海湖北部，西到疏勒南山，其间分布有拖来山、拖来南山，大通山等及河谷盆地。根据青海省大地构造划分，三河源区位于祁连地槽褶皱系。该褶皱系是家里东期中朝准地台西南边缘的裂陷带，它北邻塔里木地台和中朝准地台，南部为巴颜喀拉地槽褶皱系。2122地貌特征三河源地区位于青海省东北部，地貌类型多样，从成因上看，有构造地貌、流水地貌、风成地貌和冰川地貌。从地貌形态看，有川谷、盆地、丘陵、低山、中山和高山。祁连山系的走廊南山、托勒山、托勒南山、大通山等有西北走向东南，峰峦起伏，巍峨绵延，构成高于明显的骨架。源区大部分山峰海拔都在4000M左右，高原点海拔5287M，最低点海拔2180M，相对高差3100M。山间的褶皱凹陷地带，长期接受沉积，形成托勒、野牛沟、默勒、门源河谷地貌。境内高山前沿和西南部、东南盆地中，低山、丘陵广布。东南部和中北部河谷深切，群峰重峦叠嶂，嶙峋切割，构成深谷险峡地貌。境内地势由西北向东南倾斜，温度和降水由西北向东南递增，表现出有规律的地带性变化。温度和降水由西北向东南递增，表现出有规律的地带性变化。由于垂直地带性影响，局10三河源区土地利用/土地覆被变化分析及其驱动机制研究部地区差异又极其显著，地带性和非地带性因素相互交错，对资源的分布、利用和农牧业生产布局有着极其深刻的影响，使农牧业生产具有复杂多样的特点。境内海拔高是地势的基本特点，本区海拔超过3000M以上的高原面积约占土地总面积的85以上，使气候发生重大变化，从而影响土地利用方向。祁连山区是经营草原畜牧业基地；种植业主要集中在门源盆地和海拔3315M以下青海湖盆地的滨湖滩地；森林主要分布在峡谷地区。2123气候特点地处高寒山区，属大陆性气候，境内山脉呈北西南东走向，有利于东南季风深入，起腾云致雨的作用。日照时数和太阳能辐射量总的情况是夏季多、冬季少；由东向西增加，自河谷向山区减少。该区地势高峻空气稀薄、干洁、透明度大，日照时数多，太阳总辐射强。气温分布差异大，垂直变化明显。气温除受纬度控制外，明显地受地理位置和海拔高度影响。（中部海拔3000M以下农业区年平均温度较高）。气温随高度的变化，西部小于东部，气温受高山的影响，呈明显的垂直分带；随海拔高增加，气温逐渐递减。四季难分。降雨量总的趋势是东部多于西部，南部多于北部，高山多于谷地。境内无论是黄河流域的大通河还是内陆水系的黑河八宝河流域，其地表径流的主要来源是大气降水。2124土壤该区地形复杂，受气温、降水垂直变化及纬度等的双重影响，上壤类型的垂直地带性分布明显。高山寒漠土，海拔4000M左右雪线地带多有分布；高山草甸土，分布在海拔3700M林带以上地区，上承高山寒漠土，下接山地草甸上或山地灰褐上，位于山地巾上部或下缓山地顶部，成片状或带状分布在山地两侧；高山草原土，又分高山草甸草原土和高山草原土两个亚类分布于阴坡的高山地带，其海拔高度为36003800M；山地草甸土，分布于高山草甸土的上部，上承高山草甸土，下违黑钙土或栗钙上，是和林地土壤相同的土质，植被为山地草甸类，成土条件和高山草甸上相近；山地栗钙土，又分为山地暗栗钙土和山地栗钙土，主要分布在低山地区；棕钙土，海拔28003210M；沼泽土，分布在“三河源”地带，由于高寒冰冻阻滞作用，排水不畅，形成高寒高山寒冻沼泽；风沙土，11青海师范大学硕士学位论文成土母质为风沙堆积物，部分生长沙蒿、扁穗冰草、赖草、金露梅、桂柳等植物，根据风沙的流动程度划为流动风沙土，半固定风沙土和固定风沙土3个亚类；冻土，海拔3800M以上的高山区多为永冻层，冻上层厚度在30M以上，随海拔高度的增高，永冻层厚度亦相应增加，同一海拔高度，因山势不同，永冻层厚度也不相同，阳坡稍薄，阴坡较厚。2125水文1研究区河流（1）黑河流域为祁连山内陆水系，流经青海、甘肃、内蒙古三省（区），南部经祁连山脊与大通河流域分界，北与蒙古人民共和国接壤，东与大黄山石着河流域相连，西与疏勒河流域毗邻，流域面积约13105KM2，其中青海省内流域面积126104KM2。黑河在祁连县境内分为两大支流，既托勒河和黑河，分别流入甘肃省洒泉、张掖北部后汇合，统称黑河，在内蒙境内入沙漠变潜流汇入沙漠中的尾闾湖泊居延海。托勒河黑河一级支流，发源于托勒牧场，境内长1108KM，集水面积272849KM2，河床平均下降75。黑河西岔亦叫野牛沟，发源于祁连野牛沟乡八一冰川，全长192KM，集水面积50894KM2，平均比降1/200。黑河东岔又名八宝河，发源于海拔4260M的锦羊岭，河流境内1085KM，集水面积2508KM2。黑河东西岔交汇于黄藏寺北流，水力资源丰富，河床比降10，自然落差约3000M。（2）大通河是海北州最大外流河，系黄河水系支流，北与托菜山、冷龙岭与河西走廊为邻，南依大通山、大坂山与青海湖水系和湟水流域相连，东隔盘道岭与庄良河流域接壤，境内河长35290KM，流域面积9824KM2，落差约600M。（3）布哈河位于青海湖西北部，河长280余KM，集流面积约14300KM2，水系呈不对称的羽状分布，年平均径流量785108M3。是青海湖盆地水系中最大的河流，也是青海湖湟鱼繁殖的主要河道，径流以雨水和冰雪融水补给为主。2研究区沼泽和冰川（1）沼泽湿地12三河源区土地利用/土地覆被变化分析及其驱动机制研究本区环境严酷，自然沼泽类型独特，在大通河、黑河及各支流源头都有大片沼泽发育，总面积达3226KM2。沼泽地主要以嵩草为主植被类型，而且大多数为泥炭沼泽，仅有小部分属于无泥炭沼泽。沼泽大多集中于祁连夏秋草场，集中分布在海拔37004000M的高山地区，如在祁连境内托勒的纳尕尔当、野牛沟的柯柯里脑，大小沙陇滩、默勒河滩、大通山高山地区发育较好。（2）、雪山冰川雪山、冰川面积约37171KM2，冰川资源蕴藏量达13044亿M3，在托勒山、托勒南山、走廊南山、冷龙岭等主要山体上都有分布。根据兰州冰川冻土研究所1956年资料，祁连山系共有冰川面积13347KM2，冰川储量61549亿M3，研究区冰川面积占整个祁连山系冰川面积的27，冰川储量占2120。由于冰川的影响，对高山水分调节，河流的补给及气候、气温、地温、冻土（厚达52139M）等产生了深刻的影响。2126植被三河源区主要分布的林地类型为寒温性常绿林，主要有青海云杉，圆柏，沙棘，白杨等。除此之外还有高寒落叶灌丛如金露梅灌丛，小叶金露梅灌丛，毛枝山居柳灌丛。该区的草地资源最为丰富，如温性草原有芨芨草草原；高寒草原有紫花针茅草原；高寒草甸有高山嵩草，针茅草原化草甸，矮嵩草草甸，高山嵩草草甸，藏嵩草沼泽草甸等。沼泽湿地也很丰富，沼泽植被多为湿生、湿中生的多年生矮根茎地下芽莎草科植物和杂类草。2127动物三河源地区地域辽阔，自然条件独特，野生动物赖以生存的自然景观多样，国家级自然保护区及周边地区野生动物资源丰富。三河源区得天独厚的森林资源为野生动物的生存提供了理想场所。野生动物不但种类多、数量大，而且大多很珍贵。分布的主要物种有国家一级、二级保护动物，约20余种。昆虫类，虽然高原昆虫种类相对较少，但特有种类比例较高，一些特有种类数量较多，往往形成较大的危害或具有较高的经济价值。兽类，著名的有野牦牛、野驴、盘羊、羚羊、白唇鹿、马鹿、岩羊、雪豹、麝、马熊、猞猁等。多集中于木里、苏里、阳康、托勒地区和野牛沟境内局部13青海师范大学硕士学位论文地区，便于保护，利于驯养。其他动物有黄羊、旱獭、水獭、狐狸、狼、狍、松猫、松鼠、飞鼠、野兔、豺、寒带蛇、草原鼠类等。野禽类属于国家保护的珍禽有黑顶鹤、天鹅、鹰、雕、蓝马鸡、雪鸡等；一般禽类有雉、斑鸡、石鸡、猫头鹰、鹞、鹊、鸽、啄木鸟、雀等；属季节性或候鸟有燕、野鸭、布谷鸟等。鱼类有青海湟鱼（裸鲤），产于布哈河为主的河流中，另在黑河、八宝河有湟鱼大量存在。212研究区社会经济状况2121人口研究区包括祁连县、刚察县以及天峻县北部地区。研究区内少数民族人口占多数。有汉、藏、蒙古、土、回、撒拉、裕固等14个民族。乡镇人口较为集中，其余地区均为牧业区，人口分散，形成人口分布不均的状态。人口从1999年的100716人增长到2006年的107018人37。2122农牧业综合开发全区农牧业生产因受自然条件的制约，有明显的地域性和立体性。根据本区农牧业生产自然、经济、技术条件和特点，实行以农为主，农牧林多种经营综合发展方针，尽快改变经营不合理，种植单一、高成本、低效益状况，将该区逐步建成油料商品生产基地；同时，要抓好牧林业建设，做到因地制宜，扬长避短，合理布局，建立良好的农牧业生态系统和大力发展畜牧业、林业生产基地；充分利用自然资源优势和劳力资源优势，积极有效的扩大农、牧，林、副商品生产，稳步向区域化、专业化生产过渡。全区种植业经历了一系列重大变革；生产力有了重大发展。农牧业由1999年的15886亿元发展到2006年的36496亿元37。当地政府针对当地种植业所存在的问题，为了充分利用当地自然资源，因地制宜的挖掘增产潜力，提高产量，多做贡献，保证种植业的持续发展，加快社会主义农业现代化步伐，提高产量，多做贡献。2123城乡、交通建设城乡建设特点城乡建设结构单一；乡村建设发展缓慢；城镇功能不完善；农牧区生态破坏严重，城镇环境污染初显。交通道路主要有古道，便道和公路。14三河源区土地利用/土地覆被变化分析及其驱动机制研究2124工矿企业发展三河源研究区的工矿业发展自建国以来大致经历了三种所有制形式私营工业，集体所有制工业和全民所有制工业。第二产业由1999年的08781亿元发展到2006年的50483亿元37。工矿企业发展的特点一、充分体现了“因地制宜”的原则，突出地区优势；研究区各县均有自己的优势工业产业，如刚察县以皮货加工为突破口；天俊县矿藏丰富，是青海省最大的煤田；海晏县以粮油加工和盐湖砂为优势，发展粮油加工和与砂相关的产业等等。二、工业部门较齐全三河源区域的工业部门，从大到小各部门配套发展，相互协调，还兼有乡镇企业的发展，加之近年来的产业结构调整，第二产业（工业）的比例正在逐渐上升。三、工业发展仍处在粗放的原材料开采上，经济的纯效益是以环境破坏为代价的。2125旅游资源优势和发展潜力1旅游资源的优势自然资源优势有黑河大峡谷卓尔山油葫芦自然风景区祁连山草原牛心山等。人文旅游资源优势有祁连自古就是羌、匈奴吐谷浑等少数民族生息繁衍的地方，也是古“丝绸南路“的必经之地，为历代兵家所重视，这里还留下许多古城遗址至今仍保存完好。此外还有三角城阿柔大寺峨堡城布哈河民族风情园等。2发展潜力随着三河源地区旅游资源的开发和建设，以及知名度的提高，旅游业生机勃勃的发展，每年的游客在逐年的增加，发展潜力比较乐观。另外，由于地处青藏高原上，还具有一些历史文化、艺术观赏、科研考察等价值。22数据来源221遥感数据以1999年和2006年两个时相的TM遥感数据为主要信息源,结合研究区的具体条件，利用数字图象处理与分类技术,采取光学与计算机图像处理与分析，进行多源信息的复合解译。在GIS的支持下有效提取祁连山三河源地区土地沙漠化、草场变化、冰川进退、土地利用及水土流失等环境动态信息。论文所涉及的遥感影像，时间序列为1999年7月和2006年8