关于区域土地利用变化指数模型方法的讨论

肛‰｝×了１×１００％
Ｏａ） （１ｂ）
耻％‰１００％
式中：Ｋ为研究时段内区域某一种土地利用类型变化率；以、仉分别为研究时段开始与 结束时该土地利用类型的面积；Ｆ为研究时段，当设定为年时，模型结果表示该区此类 士地利用类型的年变化率。 变化率指数的意义在于可直观地反映类型变化的幅度与速度，也易于通过类型问的 比较反映变化的类型差异，从而探测其背后的驱动或约束因素。由于各种用地类型或不 同区域相同用地类型的面积基数不同，变化率指数高的类型只是变化快的类型，而并不 一定是区域变化的主要类型，对主要类型的判断通常还要考虑变化面积的大小。 上述变化率模型对时间变量的处理偏于简单，模型计算的是研究时段Ｔ内变化面积 百分比的算术平均。如果将其用于计算年变化率，那么应注意其隐含了土地利用类型年 变化的线性假设。具体应用中建议考虑将变化率模型的形式表示为式（１ｂ）的形式，用以 计算研究时段内土地利用各类型的时段变化率。如果要更准确地计算年变化率，建议最 好以年变化数据为基础或者进行时间序列的插值分析。 ２．２土地利用程度变化与土地利用程度综合指数 土地作为一种姿源，人们不仅关注其面积变化状况，还会关注其利用程度以及利用 程度的变化。就区域上地利用程度与程度变化分析而言．用得较多的是士地利用程度综 合指数。该综合指数方而可反映特定时期的土地利用程度；另’‘方面通过研究期内该 指数的变化可反映区域土地利用程度的变化。根据已有的文献资料ｍ，ｍ，区域士地利用
４变化的空间形式分析及其指数
４．１热点地区分析与动态度 这里的动态度特指目前常用的综台土地利用动态度ｍ＊。动态度指数综合考虑了研究 时段内土地利用类型问的转移，着眼于变化的过程而非变化的结果，其意义在于反映区 域土地利用变化的剧烈程度，便于在不同空问尺度上找出上地利用变化的热点区域。动 态度指数的最初计算公式为式（４ａ１：
３变化方向分析及其指数
３．１地类间的转移分析与转移矩阵 转移矩阵可全面而又具体地刻画区域七地利用变化的结构特征与各用地类型变化的 方向。该方法来源丁系统分析中对系统状态与状态转移的定量描述，为国际、国内所常 用【５】。转移矩阵的数学形式为：
Ｓｌ
Ｌ
Ｓ１２ Ｓ２２
Ｓ１３…Ｓｈ Ｓ２３…Ｓｈ
Ｓ２１ ｓＭ
ｓⅪｓ＂…ｓｈ Ｓｄ…Ｓ。
区域土地利崩程度变化上地利用程度变化综合指数 地类Ｍ的面积转移 转移矩阵
苁鑫篷酶篇釜磊祟 透视变化的空间形式蠢罴蠢差的去向或来源翥耄耋化的流向６分比
角度透视变化的空 麦花晶圣葡籍局 ；霞＿重萋矗？案涮藉征话裂 问形式。 依据指数模型方法的上述特点，本文将在资源的变化、变化的方向、变化的空间形 式等目的框架下，首先将这些主要来源于地图数据分析的指数模型方法归为三类（表１）， 然后按类型分别对各种指数及其模型算法进行阐述与讨论，并提出相应的应用建议。
３ ４７ ４５１７ ５ ０６ １ ８２ ５ ７６ ７ ２０
１４ ４２
单一地类变化的流向分析，通过分析特定利用类型的流ｍ类型来揭示区域土地利用 类型变化的动因。该方法涉及的指数是各流山类型面积占该分析类型而积的百分比ｆ流 向百分比），而流向百分比的求算可依据十地利用类型的转移矩阵。 单一地类变化的流向分析的廊用意义在于：通过计算特定土地利用类型的流向百分 比并将其按比率大小进行排序，便于分出驱使该地类变化的主导类型与次要类型，进而 以主导类型为突破口，分析解释类犁变化的原吲。如存环渤海地区土地利用变化分析中 １１ｑ，耕地流出的类犁依次为农村居住用地、林地、草地、城镇用地、果园、水域等，由 此可以得出初步结论：环渤海地区耕地流失的最主要原冈足农村屑住用地的增长，其次 是林地、草地等。进步探讨农村居住用地、林草地增长的原因，则可以有重点地深八 到土地利用变化驱动力研究中。
ｉｎ Ｂｏｈａｉ
Ｒｉｍ
（１００００ ｈｍ。・１０ｙｒ“
分比等额外内容，这样会使矩 １９８５ｉＥ 阵表成为包含转移矩阵的复合 耕地 表格，失去了转移矩阵的本来 林地 意义。要解决Ｅ述问题，具体 毕：地 水域 应用中应构建新的矩阵（如转 居民点、工矿 移概率矩阵、各时段的转移矩 束利用地 阵）或引用其他指数方法。 ３．２单一地类变化的方向分析与流向百分比
第５８卷第５期
２００３年９月 ＡＣＴＡ
地理学报
ＧＥｏＧＲＡＰⅢＣＡ ＳＮＩＣＡ
Ｖｏｌ ５８．ＮＯ ５ Ｓｅｐ．，２００３
关于区域土地利用变化指数模型方法的讨论
朱会义．李秀彬
（巾困科学院地理科学与资源研究所．北京１００１０１１
摘要：近几年柬，各娄指数模型方法被Ｊ。泛应用十我国土地利用变化研究中，并在区域土地 利用变化规律总结上发挥了重要作用。这些指数方法包括变化率、土地利用程度综合指数、 转移矩阵、流向百分比、动态度、相对变化率、邻接度、多度、重要度、景观指数等。但有 关文献对这此指数的表述ｌ＿ｊ计算中，还存在一些明显的混乱与误用。文章通过分析国内相关 文献中所涉及的各类指数方法，将其按资源变化的分析、变化方向分析、变化的空问形式分 析等冗的取向加以归粪，然后在此类型框架下，详细阐述ｒ各种指数方法的概念、计算方 法、意义、存在的问题，并提出应用建议。 关键词：上地利用变化；指数方法：资渊的变化；变化的方向；变化的空间形式 中图分类号：Ｆ３０１．２４
Ｓ。ｌ
Ｓｍ
式中：ｓ代表面积；ｎ代表土地利用的类型数；ｉ，ｉ分别代表研究期初与研究期末的土地 利用类型。在具体应用中，通常将该矩阵用表格形式来表示ｆ表２１。 严格地讲，转移矩阵并非～种指数，只是将上地利用变化的类型转移面积按矩阵或 表格的形式加以列出，可作为结构分析与变化方向分析的基础。从对区域土地利用变化 特点的反映上，它又类似于指数，不妨看做指数的一种特殊形式。转移矩阵的意义在于 它不仪可以反映研究期初、研究期末的上地利用类型结构，同时还可以反映研究时段内 各土地利用类型的转移变化情况，便于了解研究期初备类型土地的流失去向以及研究期 末各土地利用类型的来源与构成。此外，转移矩阵还可以生成区域上地利用变化的转移 概率矩阵，从而利用马尔扣』夫随机过程分析来推测一些特定情景下ｆ如政策影响不变１区 域土地利用变化的未来趋势【５】。 目前广泛采用的转移矩阵基本足一种二维矩阵，矩阵中行列元素所表达的意义十分 明显，且具有明确的行列统计关系，适合于表达某一时段内的土地利用变化状况。具体 应用中，为了清楚地表达出土地利用的类型结构，可以在矩阵表形式中添加求和统计
万方数据
５期
朱会义等：关十区域十地利用变化指数模型方法的讨论
６４５
程度综合指数的计算方法为式（２）。利用程度变化则等丁研究期末的指数减去研究期初 的指数。
￡＝１００×∑Ａ。×Ｇ￡∈１１００，４００１
（２］
式中：Ｌ为某区域十地利用程度综合指数；Ａ。为区域内第ｉ级土地利用程度分级指数；ｃ， 为区域内第ｉ级土地利用程度分级而秘百分比；ｎ为＿十地利用程度分级数。 土地利用程度综合指数的意义在于它能够反映区域土地利用的集约程度，适宜于土 地利用程度的综台评价。典型的应用形式为通过研究期内该指数的变化反映区域士地利 用程度的变化，最终给山该区域土地利用处于发展期、调整期或衰退期的结论㈣。 应用十地利用程度综合指数的关键问题在于土地利用程度的分级与分级指数的设定。 日前文献中给出的一种处理方法是按土地利用类型来分级，将土地利用类型整合为未利 用土地级、林草水用地级、农业用地级利城镇聚落用地级等４级，并分别将分级指数没 定为ｌ、２、３、４ｔ“一７１。此外，国外的某螳应用通过考虑单位面积的劳动投入程度、单位 面积的产值、垦殖指数等来评价土地利用程度及其变化。 这种对上地利用类型某种属性的面积加权统计可以泛化出多种指数，如将士地利用 程度的分级指数替换为上地资源生态背景质量指数，类似的处理被用来考察土地资源生 态背景质量的变化。在该类指数的具体应用中，建议根据区域特点与研究目的考虑调整 分级和设定合理的分级指数，尽可能给ｍ分级与分级指数设定的科学依据。
Ｔｈｅ
ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｏｆ ｔｈｅ ｉｎｄｉｃｅｓ ｃｏｎｃｅｒｎｉｎｇ ｌａｎｄ
ｕ＊ｃｈａｎｇｅ
ａｎａｌｙｓｉｓ
塑堕堕圭塞回壑
．塑羞塑塾
鎏塑堡等望角孽罂 测资源数量、质量
的蛮仙．目的一县 地类变化的方向；
表现资源的变化
盖磊茔蠢器臂袭耋化
区域差异
奎盏翥用程度综合指数
相对变化率
揭示变化的方向
收稿日期；２００３—０２—０３；修订日期；２００３—０５—１１ 基盒项目：国家自然科学基金资助项目（４０２７１００８；４０２７１０１０）［Ｆｏｔｔｒｔｄａｔｉｏｎ Ｉｔｅｍ：Ｎａｔｉｏｎａｌ
ｏｆ Ｃｈｉｔｌａ，Ｎｏ ４０２７１００８；Ｎｏ Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｏｕｔｌｄａｔｉｏｎ
４０２７１０１０】
作者简介：朱会义（１９６６．），男，副研究受，博士。主要从事土地利用／覆被变化、地理信息系统应用研究。 Ｅ—ｍａｉｌ：ｚｈｕｈｙ＠ｉｇｓｎｒｒ
ｅｎ
６４３．６５０贞
万方数据
地理学报
５８卷
的建立与应用明显 服务于不同的研究Ｔａｂ・ｌ 目的。目的一是从 婴塞旦盟
表１与土地利用变化分析有关的指数方法分类
１
引言
２０世纪８０年代以来，随着全球变化研究的兴起∽】，地学界利用遥感与ＧＩＳ技术对 不矧区域的土地利用变化现象进行了大量的案例研究Ｉ＋Ｊ２］。在这些案例研究的基础上，陆 续提出了一系列分析区域十地利用变化的模型与模型框架”∞。我国学者在土地利用变化 系统模型方面建树不大，主要靠引入国外学者的模型成果，而在土地利用变化指数模型 方面，引入或提出了土地利用动态度模型、土地利用程度变化模型、重要度模型、邻接 度模型等一批指数模型。这些模型目前已被广泛应用于国内土地利用变化研究中。 但在仔细阅读分析国内土地利用变化有关的文献后发现，目前我们对区域土地利用 变化现象的指数分析还存在一些明显的混乱与误用，具体表现在如下几个方面：ｆ１）指 数模型方法本身存在一些缺陷，如动态度模型对时问变量处理偏于简单化；（２）不同文 献中模型形式不统一，如综合土地利用动态度模型就有３个不同形式的版本ｍ，ｑ；（３）同 一模型不同形式间缺乏比较与说明；（４）对各种指数所表达的意义有时不甚明了，出现 为指数而计算指数的情形。这些／卜足在一定程度上影响了区域研究成果的比较、集成以 及同行的交流。 在此情况下，有必要对目前常用的区域土地利用变化指数模型方法进行较为系统的 分析和总结，包括总结现有的方法成果，分析其中的不足，进一步完善各类模型的形式 与内容，阐明各种方法的意义。 考察日前文献中现存的指数模型方法，不难发现其具有下列些特点：（１）这些方 法绝大多数建直在遥感与ＧＩＳ技术基础上，指数的分析计算通常离不开图形及其属性数 据的支持；（２）这些方法偏重于分析总结区域上地利用类型转移规律，而对土地利用集 约度变化则较少涉及；（３）虽然都是对区域土地利用变化规律的总结，但各种指数方法