河源区土地利用土地覆被变化分析及其驱动机制研究(硕士毕业论文).docVIP

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评 阅 人陈克龙，肖景义1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 12.38 km2，减小幅度为 11.78%。 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 1.38%。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299.14 km2。水域也有较大幅度的增加，净增加达96.56 km2。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IIIABSTRACTThe land is the carrier of economic activities for human beings; the use of land is the mode and intensity of producing materials; and the dynamic changes of the land use reflect the trend of the land use mode.This paper makes use of the TM images of Sanheyuan in 1996 and 2006 and obtains the data of using land with the aid of Remote Sensing & GIS technology. Firstly, the writer analyzed the characteristics of land use condition; secondly, the writer discussed dynamic changing rules of land use in this area; thirdly, analyzed the factors which effect the change of land use in general. The results of this research are as follows:1) Seen from the area and variation amplitude of land use type, from 1999 to 2006,during the same period, the reduced rate of the bare land is the biggest in total of 12.38 kilometers, the amplitude was 11.78%. 2) Seen from the speed and trend of the type of land use type, the sequence of the area change in one year Rs was the cultivated land, next is the water area and contribution land of town; it is consistent with the above point; moreover, the fastest in reduced rate was the rare land. The cultivated land was the fast one in the rate of changing in the Rss. The low-covered grassland was also changed faster which get to 1.38%. Each type of land has the consistent direction in changing. 3) Analyzing from the transfer of different land type, the low-covered grassland increased mostly which increased 299.14kilometers from 1999 to 2006. The water area also increased much which increased 96.56 kilometers. The transferring matrix of land use type showed that the unchangeable land type was much more than the changeable land type. The general trend of land use transfer is that the rare land and barren lands turned into low-covered grassland and the woodland and swamp turned into high-covered grassland. The transfer of land types IVinfluence by the human beings activity and the change of natural environment, especially the cultivated land, the water area and the contribution land have close relationship with human beings activity and the development of community. As the participation of human beings, there exists hidden problem in the change of land use type. In the recent years, the sand land，Gobi and woodland showed the trend of expansion. As to the reduced land types, the most obvious is barren lands；The swamp and woodland are next to it.4) The climate, landform and soil and so on affect the change of land use in Sanheyuan. This area gathers the area which rainfall is less than 400mm; the main activity there is animal husbandry. In the recent 8 years, the change of land types place between 200mm to 400mm, moreover, it is bias on the northwest of rainfall line. It is because this area is affected by human beings activity much and it is also the combining area of agriculture and animal husbandry，so the most obvious changing land are the grassland, unused land, woodland and cultivated land. The main changeable area is the source of river where human being activity is intensive. The factors of human being contain urbanization and industrialization, the lead of policy，the change of population and the development of economics. The change of land use is the result of the function of natural and socio-economic factors together. Moreover，the change of temperature and precipitation affect the change of grassland and unused land directly; besides, the states policies，population and socio-economic development together impact the change of land use way. KEY WORDS: land use，GIS，dynamic change，driving forceV目录 第一章 引 言1 1.1 研究背景及意义1 1.2 LUCC的主要研究内容2 1.2.1 LUCC研究回顾与总结2 1.2.2 研究进展5 1.3 研究目标及框架8 1.3.1 研究目标8 1.3.2 研究框架9 第二章 研究区概况及数据源9 2.1 研究区概况10 2.1.1 研究区地理概况10 2.1.2 研究区自然概况10 2.1.2 研究区社会经济状况14 2.2 数据来源15 2.2.1 遥感数据15 2.2.2 地形数据16 2.2.3 其他统计数据16 2.2.4 数学基础16 第三章 TM遥感影像信息的提取17 3.1 引言18 3.2 数据来源及预处理18 3.3 遥感影像的分类与解译18 3.3.1 研究区土地利用分类系统的建立19 3.3.2 遥感影像解译标志的建立22 3.4 精度检验25 第四章 土地利用时空演变分析27 4.1 1999 年与 2006 年三河源区土地利用再分类28 4.2 土地利用变化幅度29 4.3 土地利用变化速度及趋势31 4.4 土地利用主要类型转移34 4.4.1 林地转移分析38 4.4.2 高覆盖度草地转移分析39 4.4.3 低覆盖度草地转移分析39VI 4.4.4 水域转移分析40 4.4.5 沼泽地转移分析41 4.4.6 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44 5.1 驱动因子的选择及其指标体系的建立44 5.2 土地利用变化驱动因子分析45 5.2.1 自然因素46 5.2.2.社会经济因素48 5.2.3.人口与政策因子50 5.3 结论与讨论51 5.3.1 结 论52 5.3.2 讨 论52 第六章 结论与展望54 6.1 结论54 6.2 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1.1 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(Land-use and land-cover change，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1-2 。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。1.2 LUCC 的主要研究内容1.2.1 LUCC 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”(conversion of Land use and its Effect)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13-14、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。1.2.2 研究进展1.2.2.1 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18,19-22(杨存建等，5青海师范大学硕士学位论文2005;Meng，F.etal.，2005;Pedroni，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。Mas(2004)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79%23。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。RickL.andAndrea(2001)建立了CART(ClassifieationandRegressionTree)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 79%28。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。1.2.2.2 LUCC 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。1.2.2.3 LUCC 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。1.3 研究目标及框架1.3.1 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。1.3.2 研究框架本论文的研究框架和组织结构，如图 1-1 所示：1999 年，2006 年 TM 遥感影像图； 基本比例尺地形图基于光谱信息对遥感影像图进行气象数据与其他统计数据人工分类，解译土地利用变化时空数据库土地利用结构时空土地利用变化分析间间转移矩阵过演程化土地利用变化驱动力分析结论及对策图（1-1）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2.1 研究区概况2.1.1 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 2.7783 万km2。2.1.2 研究区自然概况2.1.2.1 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。2.1.2.2 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。2.1.2.3 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。2.1.2.4 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