基于Gec-CA烏梁素海挺水植物時空擴散模擬研究.pdf

1、濕地水生植物群落動態(tài)變化過程可以反映濕地生態(tài)系統(tǒng)健康程度及其生態(tài)服務功能。建立挺水植物群落時空擴散模型，定量分析挺水植物群落擴散與濕地環(huán)境變化之間的響應關系，探索濕地復雜非線性演化規(guī)律、剖析演化機制，可以為濕地可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)與決策支持。
　　 本文以烏梁素海濕地為研究區(qū)，在遙感、地理信息系統(tǒng)的支持下，通過景觀指數(shù)定量研究了1986～2008年濕地景觀類型格局及動態(tài)變化特征，測算了挺水植物群落重心位置及其移動軌跡，分析了挺

2、水植物擴散的影響因子。以地理元胞自動機（Geo-CA)為模型框架，分別基于空間統(tǒng)計學和人工智能方法構建了烏梁素海濕地挺水植物擴散時空動態(tài)模型，模擬了濕地挺水植物群落擴散過程。主要研究結論如下：
　　 （1）基于多源遙感數(shù)據(jù)提取烏梁素海濕地類型信息，定量分析了濕地類型區(qū)景觀指數(shù)變化，結果表明：1986～2008年間，烏梁素海濕地挺水植物面積由120.89km2上升至167.43km2，斑塊個數(shù)由 1138個降至690個，斑塊密度由

3、1.2335個/km2降至0.7479個/km2，最大斑塊面積比例由6.7002％升高至17.3879％，形狀指數(shù)由36.2997下降至33.8494。挺水植物侵吞明水區(qū)和淺水沼澤區(qū)，成為濕地優(yōu)勢景觀類型，斑塊破碎度降低，邊緣結構趨于簡單。濕地挺水植物群落發(fā)展具有不平衡性，22年間挺水植物群落的重心偏移基本可分三個階段：1986～1997年重心位置由（E108°50′55.35″，N 40°58′53.78″）移動至（E 108°50′

4、25.26″，N 40°58′37.57″），向西南偏移了863.03m；1997～2000年重心由（E108°50′25.26″，N40°58′37.57″）移至（E108°50′35.33″，N40°58′28.32″），向東南偏移了369.76m；2000～2008年重心位置由（E108°50′50.12″，N40°58′39.11″）移動至（E108°50′35.33″，N40°58′28.32″），向東北偏移487.73m。<

5、br>　　 （2）在實測數(shù)據(jù)的基礎上進行挺水植物群落擴散影響因子相關分析，通過逐步回歸分析進一步確定了水深、TN是烏梁素海挺水植物擴散的主要影響因子，回歸系數(shù)分別為-0.46和0.17。其中，水深超過1.5m挺水植物擴散停止，檢測挺水植物體內N / P≤14，TN仍對烏梁素海挺水植物擴散起促進作用。通過地統(tǒng)計學插值方法模擬了烏梁素海不同時期水深、TN的時空分布。
　　 （3）基于空間統(tǒng)計學原理，計算不同時期烏梁素海挺水植物擴散

6、動態(tài)度（LC）變化，獲取挺水植物擴散速度拐點，進而將烏梁素海挺水植物群落擴散分為：快速擴散期（1986～2002年）和滯緩期（2002～2008年），挺水植物擴散動態(tài)度分別為2.1％和 0.61％。建立動態(tài)度最優(yōu)分段的 Logistic-CA模型模擬濕地挺水植物時空擴散過程，結果表明：1997、2002和2008年模擬總體精度分別為74.01％、72.29％和74.36％，Kappa系數(shù)分別為0.6222、0.6103和0.6370，實

7、際MoranI系數(shù)分別為0.628、0.686和0.709，模擬結果的 MoranI系數(shù)分別為0.641、0.712和0.720。動態(tài)度校正后的邏輯回歸 CA模型在精度、空間形態(tài)一致性定量檢驗及控制模擬精度下降方面均優(yōu)于常規(guī)Logistic-CA模型。
　　 （4）將案例推理（CBR）引入濕地挺水植物擴散Geo-CA模型，解決濕地挺水植物擴散模擬面積大、時間長、影響因素復雜、非線性轉化規(guī)則難以獲取等問題。
　　 構建基于

8、案例推理的烏梁素海挺水植物擴散元胞自動機模型（CBR-CA），依據(jù)地理特征和空間特征的相似度，搜索動態(tài)歷史案例庫中k 個最近鄰，隱含獲取 Geo-CA轉化規(guī)則，模擬挺水植物群落擴散過程，結果表明：1997、2002和2008年模擬總體精度分別為76.41％、73.05％和75.91％，Kappa系數(shù)分別為0.6402、0.6382和0.6393，實際MoranI系數(shù)分別為0.628、0.686和0.709，模擬結果的Moran I系數(shù)分

9、別為0.640、0.710和0.718。CBR-CA模型能適應濕地環(huán)境快速變化，并體現(xiàn)出復雜系統(tǒng)自適應特點。
　　 （5）分別基于 LC-Logistic-CA 模型和CBR-CA模型預測了2015年烏梁素海濕地挺水植物擴散狀況，預測結果顯示：挺水植物面積分別為174.34km2和172.92km2，斑塊個數(shù)分別為634個和646個，斑塊密度分別為0.7287個/km2和0.7311個/km2，最大斑塊所占景觀面積的比例分別為1