防护林体系格局动态变化预测方法 技术领域 本发明涉及土地利用变化预测技术领域， 尤其涉及一种防护林体系格局动态变化 预测方法。
背景技术 土地利用的数量变化、 年度变化和区域差异等土地利用变化分析反映了研究区域 土地利用变化总的趋势和数量变化特点。这种变化基于时间特征， 并不反映土地利用变化 的内在过程。只有对区域不同土地利用类型间相互转化进行定量化研究， 才能更为深入和 准确的认识区域土地利用的动态演变过程。对于防护林体系格局动态变化的转移分析来 说， 其实质就是在区域土地总面积保持不变的前提下， 研究不同林地类型之间相互转化和 除林地外其他土地利用类型向林地转化的动态变化， 进而揭示区域防护林体系格局的动态 变化。
防护林作为我国生态建设的分支， 其重要性日益凸显。尤其是华北地区防护林体 系在保障区域生态环境方面发挥着重要作用， 担负着涵养水源、 保持水土的任务。但受自 然、 人为等多种因素的影响， 防护林存在结构不合理、 防护功能差等问题， 导致土壤侵蚀严 重， 水库淤积、 水质污染和水资源不足等生态问题的出现。 因此， 加强以调节水源、 防治土壤 侵蚀和改善水质 3 大目标为主的华北土石山区防护林建设已成为关系该地区人民生活水 平提高、 经济发展和生态环境改善的首要问题。 其中， 如何发挥防护林水源涵养功能也成为 重要课题， 而研究防护林的空间格局变化是其基础工作。对防护林体系格局动态变化进行 预测， 对未来其结构最可能的发展趋势进行评估与判定， 有助于提前对人类活动影响下的 防护林体系格局变化做出预测， 应对防护林结构将发生的变化提前做出调整， 更好的发挥 防护林的功效， 指导防护林体系建设， 以期为该区域森林资源可持续利用和生态环境保护 与建设提供决策支持， 土地利用的变化导致防护林体系格局发生变化， 对其进行分析， 是流 域尺度土地利用变化的基本前提。
现有的预测防护林体系格局动态变化的方法通常通过经验确定， 或根据现状来进 行定性的确定。这样的方法经验性较强， 难以合理的预测未来防护林体系格局动态变化。
发明内容 ( 一 ) 要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是 ： 如何提供一种合理预测未来防护林体系格局动态变 化的防护林体系格局动态变化预测方法。
( 二 ) 技术方案
为解决上述问题， 本发明提供了一种防护林体系格局动态变化预测方法， 该方法 包括步骤 ：
S1. 基于马尔可夫过程理论构建土地利用马尔可夫模型 ；
S2. 根据所述马尔可夫模型以及 t 时刻各土地利用类型面积， 计算 t+n 时刻各土地
利用类型面积。
优选地， 在步骤 S1 中， 基于马尔可夫过程理论构建马尔可夫模型为根据各土地利 用现状， 获得不同林地类型之间转化的转移概率矩阵以及除林地外其他土地利用类型向林 地转化的转移概率矩阵。
优选地， 所述转移概率矩阵 P 为 ：
其中， Pij 为土地利用类型 i 转化为土地利用类型 j 的概率， Pij(0) 为在 0 时刻的 一步转移概率。
优选地， 步骤 S2 中计算 t+n 时刻各土地利用类型面积 Sn 的公式为 ： Sn ＝ S0×P， 其 中， S0 为 t 时刻各土地利用类型面积。
优选地， 步骤 S2 后还包括步骤 ：
S3. 计算所得 t+n 时刻各土地利用类型面积的相对误差绝对值。
优选地， 所述相对误差绝对值 APE 的计算公式为 ：其中， S 为预测的土地利用类型面积值， S’ 为实际的土地利用类型面积值。
( 三 ) 有益效果
本发明的防护林体系格局动态变化预测方法， 由于根据 t 时刻各土地利用类型面 积， 以及利用马尔可夫预测模型推测出在 t+n 时刻的不同林地类型之间转化的转移概率矩 阵和除林地外其他土地利用类型向林地转化的转移概率矩阵， 并根据公式 Sn ＝ S0×Pn 预测 出未来 t 时刻各土地利用类型面积， 能够合理的预测防护林体系格局动态变化， 有助于提 对防护林结构将发生的变化提前做出调整， 更好的发挥防护林的功效， 指导防护林体系建 设， 以期为该区域森林资源可持续利用和生态环境保护与建设提供决策支持。
附图说明
图 1 为依照本发明一种实施方式的防护林体系格局动态变化预测方法流程图。 具体实施方式
本发明提出的防护林体系格局动态变化预测方法， 结合附图及实施例详细说明如 下。
如图 1 所示， 依照本发明一种实施方式的防护林体系格局动态变化预测方法包括 步骤 ：
S1. 基于马尔可夫过程理论构建土地利用马尔可夫模型。
基于马尔可夫过程理论是一种常用于具有无后效性特征地理事件的预测， 是预测 土地利用数量变化较好的方法。
具体地， 该步骤为 ： 根据土地利用现状， 获得不同林地类型之间转化的转移概率矩阵以及除林地外其他土地利用类型向林地转化的转移概率矩阵。
其中的土地利用现状数据可通过现有的资料获得， 转移概率矩阵的获得可利用软 件 ArcGIS 9.2 中的 Overlay 模块进行叠加进行。
S2. 根据步骤 S1 得到的马尔可夫模型以及 t 时刻各土地利用类型面积， 预测 t+n 时刻各土地利用类型面积。
步骤 S2 中的转移概率矩阵 P 为 ：
其中， Pij 为土地利用类型 i 转化为土地利用类型 j 的概率， Pij(0) 为在 0 时刻的 一步转移概率。
步骤 S2 中预测 t+n 时刻各土地利用类型面积 Sn 的公式为 ： Sn ＝ S0×P， 其中， S0 为 2 t 时刻各土地利用类型面积， 单位 ： hm 。
另外， 步骤 S2 后还包括步骤 ：
S3. 计算所得 t+n 时刻各土地利用类型面积的相对误差绝对值。相对误差绝对值 APE 的计算公式为 ：
单位为 ： ％， 其中， S 为预测的土地利用类型面积值， S’ 为实际的土地利用类型面积值。
实施例
本事实例以某水库流域土地利用格局动态变化的预测为例。
用该水库流域土地由 2000 年到 2005 年阔叶林转变为阔叶林 ( 未变 )、 针叶林、 灌 木林、 混交林、 其他土地、 水域和农田的面积分别去除 2000 年总阔叶林面积， 经过计算 2000 年阔叶林变为其它七种土地利用 ( 包括阔叶林 ) 的转移概率分别为 ： 65.48579， 21.56249， 5.41515， 6.44492， 0.92741， 0.16362， 0.00062， 其转移概率之和为 100。 以此类推， 计算得出 2000 年至 2005 年半城子水库流域土地利用转移概率矩阵为 ：
以上是一个七行七列的矩阵， 行表示 2000 年某种土地利用类型转变为七大类 土地利用类型的概率。根据公式 Sn ＝ S0×P， 以 2000 年土地利用为初始状态， 则： S0 ＝ |1586.74 2245.16 691.58 1940.00 66.30 69.87 10.34|，
预测 2005 年土地利用状态为 ： S1 ＝ S0×P，
经计算 2005 年阔叶林、 针叶林、 灌木林、 混交林、 其他土地、 水域和农田的面积和
2005 年的实际面积如下表 1 所示 ：
表 12005 年半城子水库流域土地利用预测表
从表中可以看出采用该方法预测 2005 年该水库流域土地利用状况与 2005 年的实 际值基本吻合， 相对误差除农田较大外， 其余都很小， 合理以及较好的预测了区域防护林体 系格局动态变化。
以上实施方式仅用于说明本发明， 而并非对本发明的限制， 有关技术领域的普通 技术人员， 在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 还可以做出各种变化和变型， 因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴， 本发明的专利保护范围应由权利要求限定。