关键词：土地利用/土地覆盖（LULC）、CA-Markov模型、非洲马拉维共和国

任何景观格局的时空变化都是社会、经济、人口、技术、政治、文化等因素复杂相互作用的结果。模拟土地利用和土地覆盖(LULC)的变化对于自然资源科学家、决策者和规划人员制定解决环境或其他相关可持续发展问题的全面中长期计划至关重要。本文的案例研究使用了一种结合遥感和地理信息系统的综合方法来模拟和预测2025年到2035年非洲马拉维共和国德萨（Dedza）地区的土地利用和土地覆盖（LULC）变化，该方法基于嵌入在IDRISI软件中的CA-Markov模型，利用2015年模拟和实际的LULC对模型进行了验证。CA-Markov模型可以有效结合马尔可夫链（Markov Chain）预测长期LULC变化的优势和细胞自动机（Cellular Automata，CA）准确模拟和预测未来时空LULC变化的优势。

该案例研究区域为位于非洲马拉维共和国中部的德萨Dedza地区，面积3624平方公里。包含三个地形带特征，即利隆圭平原（海拔1100-1300 m）、德萨高地（1200-2200 m）和德萨悬崖（1000-1500 m）。粘土和沙质壤土为主，多为铁质呈深红色。该地区的年平均降雨量在800毫米至1200毫米之间。年平均气温为15.5摄氏度。该地区拥有河流，其中包括Linthipe河与Diampwe 河，河边有多年生植物。人口为830,512人，人口年增长率约为2.8％，人口密度为221人/平方千米，高于全国平均水平。

本研究中使用了不同来源的数据。分别使用Landsat5/7/8卫星在1991年、2001年和2015年拍摄的卫星图像来得出所研究景观的LULC分类地图，并使用了航天飞机雷达地形任务(Shuttle Radar Topography Mission，SRTM）数字地形高程模型（DEM）。案例中利用IDRISI软件中的马尔可夫模型对研究景观的LULC动力学进行了模拟。马尔可夫模块生成了1991年至2001年以及2001年至2015年的转移概率矩阵。在本研究中，将实际的2015 LULC图用作参考图，与基于Kappa值的2015年LULC模拟图的结果进行比较。建模结果表明，尽管在水体和模拟图集结区域中观察到一些内在差异，但2015年观测到的和模拟的LULC图基本相似。两幅图的总体一致性为0.98(98%)，模拟误差为0.03(3.0%)。基于kappa系数的验证结果的更详细分析显示出令人满意的准确性水平，K_no, K_standard and K_location 值分别为 0.97, 0.95 and 0.97。

图1. 2015年LULC实际地图和模拟地图。

未来预测显示，该研究区到2025年和2035年，水体、荒地和建成区将增加，而农业用地、湿地和林地将大幅减少。根据转移概率矩阵，到2025年，近94.8%、97.6%和95.7%的水体、农田和荒地更有可能保持稳定。相比之下，到2025年和2035年，林地变化概率最高，分别为64.8%和85.9%。结果还表明，到2025年和2035年，大部分林区将变为荒地的概率分别为60.8%和79.6%。

图2. 2025和2035的LULC预测图

通过有效使用CA-Markov模型，该案例研究结果提供了初步指南和基准信息，可有助于自然资源可持续管理以及减少森林退化和毁林。研究结果还强调了实施可持续土地利用计划和整体可持续发展政策/战略/指南的必要性。这些发现为规划研究人员、自然资源管理者和决策者在所研究景观中进行自然资源的规划和管理以及通过植树造林和重新造林恢复退化森林地区提供了重要基准。最后，该研究建议对CA-Markov模型进行跨马拉维不同景观的比较研究，以使其适应于类似环境的其他地区及整个马拉维共和国。

原文来源：http://9.rm.cglhub.com/detail_38502727e7500f26e59cb99bad9810965d7762f60a1bf26f1921b0a3ea255101c944b624736f9e85e107416ed4db8ddd63e8e7bb6cc27aeebae1301634d8d6d39743f5d7a201d7949a8477476203d50c?&apistrclassfy=1_5_5,1_5_7

原文作者：M.G. Munthali; S. Mustak; A. Adeola; J. Botai; S.K. Singh; N. Davis

翻译综合：吕姗姗

核校编辑：董丽娜