● 摘要
土地利用/土地覆被变化（LUCC）研究是目前全球变化研究的热点和前沿问题，LUCC模型是深入了解土地利用和土地覆被变化复杂性的重要手段，其作用可以概括为：对土地利用和土地变化情况进行描述、解释、预测和制定对策。土地利用变化的复杂性决定了土地利用研究必须采取复杂系统的理论方法，特别是建立基于复杂系统思想的数学模型，这是土地利用过程研究的重要领域。目前国际上在复杂系统理论的背景下，利用地理元胞自动机（Geo-CA）模型模拟地理时空过程的复杂行为是地理建模的前沿地带。 从模型的角度看，Geo-CA模型是一种基于微观个体相互作用的空间离散动态模型，元胞间的相互作用完全是基于空间邻近关系的，元胞的形态与GIS的栅格数据十分相似，所以它能够与基于栅格的GIS系统很好的集成。一方面增强了GIS软件的动态建模能力，另一方面GIS强大的空间数据处理能力为Geo-CA模型数据准备、‘数据处理和模型结果的动态显示提供支持，二者结合可以组成优势互补的动态系统，实现对土地利用变化过程的模拟。 阿克苏河是新疆三大国际河流之一，其所在的阿克苏河流域因农业开发较早，资源丰富，自然条件又好，现已成为塔里木盆地北部乃至新疆最重要的农区之一。近几年随着经济的发展，人口的增多，阿克苏河流域土地沙漠化趋势严重，生态环境受到威胁，通过建立流域土地利用变化动态模型，不仅可以为流域土地的合理利用及河流水资源的合理调配提供决策依据，同时也为流域居民的生产生活、生态环境、经济的协调发展提供重要保障。 本论文以阿克苏河流域为研究样区，在GIS软件和Geo-CA理论模型的支持下，从两个时相土地利用专题图的叠加分析和转移分析入手，结合土地利用变化的计量模型，分析土地利用动态变化特征，依据研究区水系和交通图分析模型控制因素，构建控制因素层，并结合社会经济数据调整模型参数，确定合理的邻居及转陕规则，经过反复的调试和修改，最终构架出合理的土地利用动态演变模型及软件系统。GeoCA～,anduse模型模拟土地利用变化的基本思想是引入土地单元的生命特征，每一种土地单元都有青年、中年、老年和衰亡这样的生命周期，根据每种土也类型自身的年龄及生存的环境来决定其繁殖、成熟、死亡等行为，模拟土地利用类型的动态演变。 论文共分为七个部分： 第一部分：绪论。简要阐述了土地利用变化的复杂性、土地利用变化模型研究现状、国内外基于Geo-CA模型的土地利用变化研究现状、选题的意义、研究内容和技术路线。 第二部分.CA模型的理论基础。主要从理论上阐述CA模型的基本概念和构成以及地理元胞自动机模型。 第三部分：研究区土地利用状况分析。主要分析了研究区土地利用现状及土地利用特点和存在的问题。 第四部分：研究区土地利用变化分析。从土地利用变化的幅度、速度以及土地利用转移情况分析研究区土地利用动态变化的过程。 第五部分：土地利用变化Geo-CA模型的建立。首先介绍建立GeoCA-Landuse模型的动力学机制、方法论、模型结构、GeoCA-Landuse模型与GIS的集成以及模型的构成；接着提出GeoCA-Landuse模型的演化规则，最后提交了模型的软件系、统。 第六部分：土地利用变化的动态模拟与预测。以阿克苏河流域为例，从数据准备、模型构建、模拟结果及检验等方面演示了土地利用动态模拟与预测的全过程，经过检验证明模型的预测效果较好。 本文的创新之处在于： 1.文本利用GIS和Geo-CA模型相结合构建土地利用模型，实现了GIS与Geo-CA的松散集成。其中土地利用元胞自动机处于核心地位，主要完成对土地利用发展变化过程的计算和模拟；GIS处于协作地位，主要用于完成大量数据的处理、数据分析和制图输出工作。 2.为了使GeoCA-Landuse模型能够模拟和分析土地利用的复杂系统，本研究中将元胞自动机的构成要素进行相应的扩展；同时模型针对不同土地单元的活力值，制定不同的行为规则，建立了异构的元胞自动机模型。 3.开发了GeoCA-Landuse软件系统。采用VB6.O编程工具，从底层构件GeoCA-Landuse软件系统。系统界面友好、操作简单，使用方便。 4.本次研究选取了阿克苏河流域（不仅是西部大开发的重要阵地，同时也是塔里木河水资源合理调配、综合治理的重点地区之一），研究其土地利用变化趋势，具有重要的经济意义和战略意义。