基于PLUS模型的长沙市土地利用时空演变驱动影响机制与多情景模拟OA

【目的】通过对长沙市2000—2020年土地利用类型数量变化、驱动影响机制、覆被转移类型和空间邻域分析,揭示长沙市的用地变化规律。【方法】基于PLUS模型掩膜提取栅格数据集,研究长沙市2000—2020年不同驱动因子对土地利用类型变化过程的相关性和影响机制。该模型的用地扩张模块通过自适应算法模拟空间演变,从而分析研究区域的动态过程。基于长沙市2000—2020年各土地利用时空变化数据,通过线性回归模型拟合研究时间和各类型数量的响应关系,通过最小化观测值与模型预测值的残差平方和,求得最佳拟合直线;同时,对选取的12个驱动因子归一化处理,得到栅格空间分布图、贡献率大小及均方根误差。基于随机森林算法得到各土地利用类型的发展概率,结合自然发展、生态效益最大化和城市经济发展3类研究目标,共设置自然发展情景、生态保护情景和城市扩张情景3种未来情景进行模拟分析未来土地变化。【结果】土地利用类型的变化与时间序列呈现出高度相关性,线性回归系数平均超过0.85。不同土地类型的主要驱动因子及其贡献各不相同。城市用地扩张区域主要受高程影响。2000—2010年高程因子贡献率达0.16,RMSE为0.23;2010—2020年高程因子贡献率下降为0.15,RMSE为0.24。在自然发展、生态保护和城市扩张情景下对未来土地利用的模拟预测中,城市扩张面积分别为145.22、46.93、317.64 km^(2),突出了政府政策措施在影响城市土地利用时空演变中的重要作用。【结论】2000—2010年城市扩张规模随时间呈稳定增长态势,同期耕地和林地缩减速率加快;2010—2020年建设用地扩张速率有所放缓且趋于稳定,耕地和林地等生态用地的缩减态势得到了有效缓解。影响机制中高程为主要影响因子,该时段影响率最小的为土种类型数量;12个驱动因子的时序变化特征,与长沙市2000—2010年城市扩张范围广、速率快,2010—2020年扩张规模受控、增速放缓的实际发展规律基本吻合。