目录

前言

第1章 绪论 1

1.1 研究意义 1

1.2 国内外研究进展 3

1.3 研究区的地理位置 5

参考文献 6

第2章 西安市城乡建设用地时空扩展及驱动因素研究 11

2.1 数据来源及其处理 11

2.2 研究方法 12

2.3 建设用地扩展分析 13

2.4 建设用地密度分析 14

2.5 驱动因素分析 16

2.6 本章小结 20

参考文献 21

第3章 西安市城市建设用地动态模拟 23

3.1 研究方法 23

3.2 利用CA-Markov模型模拟2015年西安市建设用地 27

3.3 模拟精度验证 37

3.4 2020年、2025年建设用地预测 38

3.5 1975~2020年西安市土地利用类型变化趋势 39

3.6 1975~2020年西安市建设用地变化趋势分析 40

3.7 本章小结 41

参考文献 42

第4章 西安市地表温度的遥感反演 44

4.1 数据预处理 44

4.2 基于多期影像的西安市地表温度遥感反演 45

4.3 地表温度与城市下垫面的关系 61

4.4 本章小结 67

参考文献 67

第5章 西安市城市热岛效应的边界确定 69

5.1 移动窗口分析法的原理 69

5.2 基于移动窗口分析法的城市热岛效应边界提取 70

5.3 边界提取精度验证 93

5.4 西安市城市热岛效应时空特征分析 97

5.5 本章小结 103

参考文献 103

第6章 西安市热岛分布指数研究 105

6.1 西安市地表覆盖分类 105

6.2 城市热岛效应等级划分 110

6.3 热岛分布指数的提出 111

6.4 西安市多期热岛分布指数计算 112

6.5 基于热岛分布指数的城市热岛效应分析评价 121

6.6 本章小结 124

参考文献 124

第7章 西安市城市热岛效应影响因素研究 126

7.1 城市热岛效应的影响因素确定 126

7.2 基于灰色关联度的城市热岛效应影响因子定量研究 131

7.3 城市热岛效应与城市化进程的关系分析 135

7.4 本章小结 137

参考文献 138

第8章 西安市城市热岛效应模拟预测模型研究 139

8.1 常见预测模型比较 139

8.2 基于GM （0，N）模型的城市热岛效应横向关系模型构建 142

8.3 基于改进的GM （1，1）模型的纵向模拟预测模型GM-E-UHI构建 146

8.4 本章小结 154

参考文献 155 2100433B

本书以城市土地利用和热岛效应为主线，利用遥感技术和GIS技术，对西安市地表温度进行定量反演与验证；引入移动窗口分析法，对西安市城市热岛效应边缘进行定量研究与验证，分析城市热岛效应与城市化扩张的相关关系；提出热岛分布指数，探讨西安市城市热岛效应与地表覆盖的内在分布规律以及一种城市热岛效应的综合定量评价指标；定量研究多个影响因子对城市热岛效应的贡献率大小问题；自主构建横向GM关联模型和改进后的纵向UHI-G-ES预测模型并预测西安市城市热岛效应趋势。通过土地利用变化的生态效应研究，基于元胞自动机（CA）模型对西安市建设用地进行动态模拟。

流域土地利用模型分类

土地利用变化的研究方法一建立土地利用变化模型。从土地利用土地覆盖变化的涵义及研究内容出发构建土地利用变化模型，是深入了解土地利用变化成因、过程，预测未来发展变化趋势及环境影响的重要途径，也是土地利用变化研究的主要方法。土地利用变化研究中的模型可概括为以下三种类型：

(1)系统诊断模型

系统诊断模型是深入了解土地利用变化机制的主要手段，可分为两种类型的模型：

①基于经验的概念化逻辑诊断模型，如土地利用变化驱动力概念诊断模型。

概念化诊断模型是一种基于经验的定性分析模型，它是建立定量分析模型的基础。概念性机理模型方面，一类是以经济学理论为基础的，如一般概念性屠能-李嘉图模型(GTR)就是建立在地租理论基础上的。GTR模型对传统的Thunen模型进行了扩展在模型中运用了两种解释变量：一种变量反映了土地利用的区位差异，称为屠能成分，另一种变量反映立地质量(通常是土地的自然条件)，称为李嘉图变量。国际应用系统分析研究所(ⅡASA)建立的农业土地利用变化模型则是以经济学中的一般均衡原理为基础的。模型从基本竞争模型出发，将某一区域的土地利用格局看作是每个土地经营者个体决策的结果。决策者基于土地自然条件为其提供的几种用途选择(由土地的多宜性决定)和体制因素(法律，政策，文化，习俗)对用途的限制，根据各种用途的投入产出函数，挑选获利最大的用途。土地利用的变化可能源自各种用途的可能性发生变化，也可能源于各种用途比较效益的变化。前者可能由于土地政策的放松或收紧，技术进步改变了各种用途的生产函数，或者土地经营者所面对的资源约束(劳动力，资本)发生了变化，后者往往源自各种投入和产出的价格波动。

②基于经验的统计诊断模型，如土地利用变化机制统计诊断模型。

由于土地资源是一个自然．人文综合体，土地利用及土地覆盖变化不仅受自然因素的影响，而且受社会、人文因素的综合影响，仅仅通过直接测量无法充分分析土地利用变化的驱动力。因此需要将在一系列时空尺度下的观测结果同经验模型相联系，用一组观察变量(如地貌、气候、土壤、地表质地、地势等自然因素)，结合一组辅助性变量(如统计数据)进行统计分析，这样既能提供一个综合的方法来认识土地利用变化，同时也为政策的制定提供了依据。统计诊断模型的建立为地理相关性预测及土地利用环境影响评价提供了依据。如中国农科院与荷兰瓦赫宁根大学共同开发的中国土地利用变化模型(CLUE．CH)，在不同的规模尺度，通过相关和回归分析，找出影响土地利用变化的主要驱动因子，并在此基础上预测未来土地利用的变化情景；经验性诊断模型往往能将模拟结果直观地反映在地图上，为未来土地利用管理决策提供参考。但该类模型缺乏相应的理论背景，更多地依赖以往的数据来推测未来土地利用变化的规律，而且在数据选取时常常受数据可得性的制约和模型开发者主观意志的影响。

(2)土地利用动态变化模型

土地利用动态变化包括土地资源的数量、质量随时间的变化，也包括土地利用的空间变化及土地利用类型组合方式的变化，同时也包括未来土地资源需求量的变化。因此，土地利用动态变化模型包括土地资源数量变化模型、土地资源生态背景质量变化模型、土地利用空间变化模型、土地利用变化区域差异模型、土地利用程度变化模型、土地需求量预测模型，此外还包括土地利用变化驱动力模型。建立土地利用动态变化模型是研究土地利用变化过程、土地利用变化程度及未来发展变化趋势的主要手段。

土地利用变化，由于影响到了人类生存与发展的自然基础，如气候、土壤、植被、水资源与生物多样性等，影响到地球生物化学圈层的结构、功能以及地球系统能量与物质循环等方面，与全球的气候变化、生物多样性的减少、生态环境演变以及人类与环境之间相互作用的可持续性等密切相关。至今为止，有不少类似的研究着力于通过建立模型来探讨土地利用的变化，但真正将土地利用变化与其空间分布相结合，探讨不同尺度上土地利用的时空演变规律的动态模型并不多见。中国农业科学院资源区划所与荷兰瓦赫宁根农业大学合作，建立的中国土地利用变化及其影响模型(CLUS-CH)，属于一种动态的土地利用时空变化模拟模型，可以说是在LUCC研究领域的一项有益探索。

(3)土地利用变化综合评价模型

由于各类模型所具有的功能不同，因此，将多种模型的优点结合起来构建综合模型用于研究LUcC的驱动机制并进行动态模拟是一个重要方向。这方面，近年来出现的CLUE-S模型是一个较好的代表，它具备同时预测土地利用及土地覆被数量和空间位置变化的能力。

建立模型，还应落实到空间上，即与地理信息系统相结合。目前，这样的模型还处在探索之中。像资源环境研究领域的其它问题一样，最大的挑战来自于问题的复杂性。土地利用及土地覆被变化的社会经济与环境驱动因子间在不同的空间和时间尺度上错综复杂的相互关系，使这种变化具有较大的不确定性。显然，驱动因子一土地利用一土地覆被系统的变化机制不是单一的模型所能刻画的。因此，需要采取多种手段进行综合研究。

流域土地利用驱动力分析

土地利用变化的驱动力主要来自三个方面：(1)自然因素，由于自然因素导致土地的属性发生变化，迫使人们改变土地利用的方式，可认为是被动性的变化，而且变化速度相对比较缓慢；(2)社会因素，随着社会经济发展的不同时期，人们观念和政府政策的转变导致人们对土地产出的种类和数量的需求发生变化，导致土地利用发生变化，可认为是主动性的变化；(3)科技进步，使得人们从科学的角度合理规划使用土地，导致土地利用的变化，可称之为技术性变化，可称之为技术性变化。

土地利用变化，是指人类改变土地利用和管理方式，导致土地覆被的变化。国际地圈生物圈计划（IGBP）和全球环境变化的人文因素计划（IHDP）于1995年联合提出了“土地利用与土地覆被变化”研究计划，并确定了两个主要研究方向：一是通过实例研究揭示不同状态下覆被动态的特征与原因，二是建立全球或区域土地利用/土地覆被变化模型，通过模型揭示土地利用/土地覆被与驱动力的相关关系，预测全球或区域土地利用/土地覆被的未来趋势。土地利用/土地覆被已成为全球变化研究的核心领域和热点问题之一。

土地覆被和土地利用变化会通过对地表反照率、蒸散、温室气体的源和汇，以及气候系统的其他性质的改变而产生辐射强迫，进而影响区域或全球气候。联合国政府间气候变化专门委员会在《土地利用、土地利用变化和类型》特别报告编写提纲中列出了减少温室气体排放的土地利用变化的一些活动，涉及可耕地的保护和转换、草地的保护和改良、林地的管理、湿地的保护、退化土地的恢复、保护区、农林业、城镇植被、清洁生物质能、农产品和林产品等。2100433B

《城郊土地利用变化与区域生态安全动态》通过对生态环境较脆弱地区，人类活动影响较强烈之地带，土地利用类型结构的变化过程和驱动因素及驱动力与区域生态安全定量分析，从微观和宏观角度全面分析，为区域社会经济发展和生态安全提供依据。《城郊土地利用变化与区域生态安全动态》主要内容包括：城市化与城郊土地利用变化问题、不同地区城郊土地利用结构与变化特征、城市化过程对城郊土地利用结构影响、城郊土地利用变化的生态环境效应、区域生态健康与生态安全动态变化及空间差异、城郊土地利用调控对策与生态安全机制等。