本书提出一种多类未来土地利用模拟（FLUS）模型，耦合了人类活动和气候变化对土地利用的共同影响，突破了传统CA模型只能模拟城市用地的局限。首先，介绍FLUS模型的基本原理和构建方法，在此基础上，开展大尺度高分辨率土地利用变化模拟，并分析未来全球城市扩张对粮食产量的影响；其次，阐述SSPs-RCPs耦合情景的未来全球土地利用/土地覆盖变化模拟，探讨未来全球陆地碳储量变化；再次，论述基于FLUS模型和“双评价”的城市开发边界划定，为国土空间规划提供科学依据；最后，对FLUS软件及应用实例进行详细介绍，帮助读者迅速学习地理模拟系统理论并进行软件实操。
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教育部"长江学者奖励计划"青年学者，2015年
中组部"万人计划"青年拔尖人才，2013，测绘地理信息唯一入选者
国家优秀青年基金 ，2013
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 全球变化与气候环境影响 2
1.2.1 全球变化 2
1.2.2 气候环境影响 3
1.3 土地利用变化模拟 4
1.4 土地利用模拟主要模型 5
1.4.1 元胞自动机 5
1.4.2 多智能体模型 6
1.5 土地利用模拟的核心问题 7
1.5.1 土地利用模拟的遥感数据获取 7
1.5.2 土地利用模拟的地理尺度 7
1.5.3 CA模型转换规则挖掘与参数校准 8
1.5.4 ABM异质属性与行为规则定义 9
1.5.5 CA模型与ABM模型的耦合 9
1.6 展望 10
1.6.1 多类用地模拟与决策支持.10
1.6.2 大数据与规则精细挖掘 10
1.6.3 大尺度模拟与知识迁移 11
参考文献 11
第2章 耦合人类活动与自然效应的未来土地利用模拟模型 15
2.1 引言 15
2.2 研究方法 15
2.2.1 SD模型15
2.2.2 土地利用变化模拟模型 17
2.2.3 模型紧密耦合机制 21
2.3 模拟结果及验证 22
2.3.1 SD模型精度验证 23
2.3.2 模拟精度验证 23
2.3.3 模型精度对比 24
2.3.4 参数敏感性分析 25
2.4 小结 28
2.5 免费公开的FLUS软件 28
参考文献 31
第3章 基于并行FLUS模型的大尺度高分辨率土地利用变化模拟 33
3.1 引言 33
3.2 FLUS模型并行化方法 34
3.2.1 人工神经网络预测过程的并行策略 34
3.2.2 CA分块模拟并行策略 35
3.3 未来土地利用需求预测 38
3.4 模型运行结果 39
3.4.1 未来各类用地需求校正 40
3.4.2 运行效率评估 41
3.4.3 情景模拟结果分析 42
3.5 小结 51
参考文献 52
第4章 基于 SSPs情景的未来全球城市扩张模拟 54
4.1 引言 54
4.2 研究方法 55
4.2.1 基于面板数据回归的未来城市用地需求量预测 56
4.2.2 基于 FLUS-global模型的城市用地变化模拟 59
4.2.3 城市收缩压力的评估方法 61
4.3 城市需求量预测结果 62
4.4 城市用地扩张模拟精度验证.66
4.5 不同SSPs情景下的城市用地空间变化情况 67
4.6 不同SSPs情景下的城市收缩压力 71
4.7 不同SSPs情景下的城市扩张对其他土地类型的侵占 73
4.8 小结 74
参考文献 75
第5章 SSPs情景下城市扩张对粮食产量的影响 78
5.1 引言 78
5.2 数据与方法 78
5.2.1 全球粮食产量分布产品 78
5.2.2 城市扩张造成的粮食产量损失估算 79
5.3 SSPs情景下城市扩张对主要粮食作物产量影响的空间分布 81
5.4 农田损失与粮食产量损失的关系 84
5.5 SSPs情景下主要粮食作物产量损失影响的人口 85
5.6 小结 86
参考文献 87
第6章 基于SSPs-RCPs耦合情景的未来全球LUCC模拟 89
6.1 引言 89
6.2 研究方法 89
6.2.1 基于LUH2数据集的未来土地需求量预测 90
6.2.2 基于FLUS-global模型的土地变化模拟建模 92
6.3 土地需求量预测结果 95
6.4 土地模拟精度验证 98
6.4.1 适宜性概率的精度 98
6.4.2 历史土地空间模拟的精度 101
6.5 不同 SSPs-RCPs耦合情景的全球 LUCC空间变化情况 103
6.5.1 与粗分辨率 LUCC产品的效果对比 104
6.5.2 各情景下草地空间变化情况 105
6.5.3 各情景下农田空间变化情况 107
6.5.4 各情景下林地空间变化情况 109
6.6 小结 111
参考文献 112
第7章 SSPs-RCPs耦合情景下未来全球陆地碳储量分析 114
7.1 研究方法 114
7.1.1 基于InVEST模型的全球陆地碳储量估算 114
7.1.2 植被功能型 117
7.1.3 基于PFT分类的未来全球土地覆盖产品制图 118
7.2 基于PFT分类的SSPs-RCPs耦合情景全球土地覆盖产品 122
7.3 SSPs-RCPs耦合情景下未来全球陆地碳储量变化分析 125
7.4 小结 129
参考文献 130
第8章 基于FLUS模型划定多种规划情景下的城市增长边界 133
8.1 引言 133
8.2 研究方法 134
8.2.1 城市系统动力学模型 134
8.2.2 基于ANN的规划交通更新机制 135
8.2.3 规划开发区内的随机种子机制 136
8.2.4 基于形态学的城市增长边界划定方法 137
8.3 模型验证 139
8.3.1 模拟 2000～2013年城市变化 140
8.3.2 精度验证分析 141
8.4 基于FLUS模型的城市增长边界划定 142
8.4.1 规划情景设定 142
8.4.2 城市发展模拟 145
8.4.3 城市增长边界划定 148
8.5 小结 152
参考文献 153
第9章 耦合FLUS模型和“双评价”的城市开发边界划定研究 155
9.1 引言 155
9.2 研究框架和方法 156
9.3 模型的应用 158
9.3.1 实验区及数据 158
9.3.2 中山市“双评价”结果与分析 161
9.3.3 城镇建设用地模拟及城市开发边界划定 164
9.4 小结 166
参考文献 167
第10章 FLUS软件介绍 169
10.1 软件介绍 169
10.2 配置及记录文件说明 170
10.2.1 配置文件 170
10.2.2 记录文件 171
10.3 软件基本操作及土地利用变化情景模拟 171
10.3.1 基于人工神经网络的出现概率计算模块 171
10.3.2 FLUS与多类用地模拟 176
10.3.3 模拟精度验证 183
10.3.4 计算 Kappa系数 183
10.3.5 计算 FoM指标 185
10.4 城市增长边界划定 186
10.4.1 实验操作 187
10.4.2 软件操作 188
10.5 软件操作注意 214
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