Page 383 - 《环境工程技术学报》2023年第1期

第 1 期 唐娇娇等：基 于 CLUE- 和 InVES 模型的苏州市生境质量评估及预测 · 379 ·
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1.3 研究方法 模型检验主要分 为 2 个部分：1）采 用 RO 曲线
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1.3.1 CLUE- 模型 检 验 Logisti 二元回归模型，设 定 RO 为 0.5～1.0，
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CLUE- 是荷兰瓦赫根宁大学 Verbur 等 [12-13] 当 RO 大 于 0. 时，所选驱动因子对各土地利用类
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在 CLU 模型的基础上，开发的用于模拟未来土地 型具有较好的解释能力。2）借 助 Kapp 系数来检验
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利用变化的模型 [14] 。此模型可以展现不同情景不同 CLUE- 模拟效果，利 用 ArcGIS 10. 软件空间叠加
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时空尺度下的土地利用变化情况 [15] ，适用于解决小 比较土地利用模拟图与现状图，普遍认为 Kappa
尺度范围的土地利用变化模拟 [16] 。CLUE- 模型是 系数不小 于 0.7 时，具有较理想的模拟效果 。
[21]
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在现有的土地利用变化基础上，从自然、社会等方面 1.3.2 InVES 模型
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选择对研究区有驱动性的因子，模拟未来的土地利 InVES 模型主要应用于陆地、淡水和海 洋 3 类
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用变化格局。CLUE- 模型由非空间土地利用需求 生态系统服务评估，旨在支持生态系统管理和决
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和空间分配模 块 2 部分组成 [17] ，非空间土地利用需 策 [22-23] 。通 过 InVES 模型生境质量模块计算苏州
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求模块根据研究区现状、特点以及发展规律，计算土 市 201 年、201 年 和 203 年 2 种情景下的生境质
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地利用需求 [18] 。空间分配模块设置土地利用需求量 量指数、生境退化程度，进而分析研究区生境质量的
为参数，结合驱动因子的空间分布特征，对栅格形式 时空演变特征以及土地利用覆被变化对生境质量的
的土地利用类型归属进行分配迭代，从而模拟各年 影响 [24] 。相应栅格内的生境质量由生境质量模块根
份土地利用类型的时空变化 [19] 。空间模拟相关参数 据土地利用数据和威胁因素测算 [25-29] 。
设置如下。 生境退化指数 ( D x j ) 计算公式 [30 ] 如下：

y
 / n
r
（1）驱动因子的选择。根据数据资料的可获得 ∑∑   ∑  
D x j =   w r w r×r y ×i rxy ×β x ×S jr （1）


性、驱动因子的综合性和因子与土地利用变化的相 1 1  r=1 
( )
关性，从自然环境方面选取高程、坡度、坡向作为驱 线性衰退，i rxy = 1− d xy /d rmax （2）
( )
动因子，社会经济方面选取人口密度、GD 以及到 指数衰退，i rxy = exp −2.99/d rmax ×d xy （3）
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公路、河流、铁路、基础设施、居民地的距离作为驱 式中： D x j 为土地利用类型 j 中栅 格 x 的生境退化指
动因子，参考相关研究 [20] ，构 建 Logisti 二元回归模 数； w r 为各胁迫因子权重； 为胁迫因子强度； 为生
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β x
r y
型进行分析，比较接受者操作特性（ROC）曲线选取 境抗干扰水平； S jr 为不同生境对不同胁迫因子的相
最优尺度。 对敏感程度； i rxy为栅格 y 中胁迫因 子 r 对栅 格 x 的影
（2）限制区域。区域约束性文件为苏州市域范 响； d xy 为栅格 x 与栅 格 y 之间距离； d rmax为胁迫因子
围，设置的土地利用类型间均可发生转换（ 表 1）。 r 影响范围。

生境质量指数计算公式如下 [25,31]
表 1 各土地利用类型转换矩阵 ( )
D 2 x j
Table 1 Transformation matrix of each land use type Q x j = H x j × 1− （4）
D +k 2
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x j
土地利用类型 耕地 水域 建设用地 其他用地 式中： Q x j 为土地利用类型 j 中栅 格 x 的生境质量指
耕地 1 1 1 1 数； H x j 为土地利用类型 j 中栅 格 x 的生境适宜度；
k 为半饱和常数。
水域 1 1 1 1
根据苏州市实际情况，选择耕地、建设用地作为
建设用地 1 1 1 1 胁迫因子，参 考 InVES 模型手册及相关研究 [32 ] 对
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其他用地 1 1 1 1 胁迫因子的权重、胁迫因子的最大影响距离、各土
地利用类型的生境适宜度（ 表 2）及各土地利用类型
注：1表示可以相互转换。
对胁迫因子敏感度等参数进行设置（ 表 3）。

（3 ） 土 地 需 求 计 算 。 基 础 数 据 为 201 年和
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表 2 胁迫因子的最大影响距离及其权重
201 年的土地利用现状数据，2011—201 年各年份 Table 2 Maximum influence distance and weight of
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的土地利用数据由线性内插法 和 GM（1，1）灰色模型 stress factors
获取。
胁迫因子 最大影响距离/km 权重 距离衰减函数
（4）土地利用类型转换规则。对耕地、水域、建
耕地 1 0.5 线性
设用地、其他用地的转换弹性系数多次调试，最终依
建设用地 2.5 0.7 指数
次确定 为 0.6、0.8、0. 和 0.7。
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