生态系统服务流空间制图指南:制图单元选择与供需流动模拟 - PenJing8

生态系统服务流空间制图指南:制图单元选择与供需流动模拟

2023-10-07 肖华斌0
核心提示:本文系统介绍了生态系统服务流(ESF)空间制图的核心技术与方法论。文章详细探讨了行政管理单元、几何网格单元及景观元素单元等不同制图单元对可视化表达的影响,并重点解析了两大制图领域:一是基于供需-流动的动态模拟,涵盖特定模型法、生态网络法及人工智能法(如InVEST、SolVES、ARIES等模型),特别是能够精确刻画流动路径的SPANs网络模型;二是基于情景模拟的预测分析,通过结合马尔科夫模型、元胞自动机等算法,精细化表征不同土地利用背景下ESF的权衡协同关系。研究旨在为规划决策者提供实时、空间化的ESs
生态系统服务流的空间制图
生态系统服务流空间制图常用制图单元类型与示例
表4:生态系统服务流空间制图常用制图单元类型与示例

基于“供给—流动—需求”的ESF的评估和空间制图有助于帮助规划决策者理解ESs在哪里产生(where)、实际受益于谁(who)、受到什么因素的影响(what),已经成为动态化、实时化、空间化地解决ESs供需匹配问题的重要手段[2]。ESF空间制图是对特定时空尺度上单一或多种ESF的空间位置、物质数量、相互关系的流动变化,以及受自然-社会系统影响不同目标导向下情景模拟的可视化表达[28-29]。

目前,ESF空间制图内容主要包括供需-流动和情景模拟两大类[37]。ESF空间制图受服务指标、数据类型和制图单元影响,其中制图单元的选择对ESF空间制图影响最大[38-39]。制图单元可根据遥感影像分辨率、数据重采样格网大小、最小行政区划单元等划分为不同类型,目前常用的制图单元包括行政管理单元、地理/流域单元、几何网格单元以及景观元素单元[14,40](表4)。

4.1 基于供需-流动的ESF空间制图

服务路径属性网络模型(SPANs)模拟ESF流动过程的示意图
图3:服务路径属性网络模型(SPANs)模拟ESF流动过程的示意图

ESF是生态系统服务在供需区域之间的时空位移,即ESs依靠某种载体在SCA中移动并连接SPA和SBA,在多种ESs服务相互作用下ESF交织形成生态系统服务流网络(ecosystem services flow networks, ESFNs),SPA和SBA属于斑块,SCA构成廊道[41]。常用的制图方法包括特定模型法、生态网络法、人工智能法3类。

  1. 特定模型法:对于不同类型的ESF,可以根据不同的指标选择制图方法或工具[42-46]。
  2. 生态网络法:借助形态学空间格局、图论、最小累积阻力模型、电路理论、设置缓冲区等模拟ESFNs时空格局演变,并对其景观连通性进行评价分析[47-49]。
  3. 人工智能法:借助软件模型,根据ESF各项生物物理特征自动选择最佳可用的模型和数据,在适当的空间尺度刻画ESF,但此法对数据和参数要求较高,操作专业性强,目前常用的模型包括InVEST、SolVES、i-Tree、ARIES等[32,50-52]。服务路径属性网络(service path attribution networks, SPANs)模型可以模拟ESF在理想、可能、实际、难以获得和封闭条件下的供给、使用、损耗和流动过程并绘制地图,已成为ESF空间流动研究发展的重要方向[10,52-53](图3)。

4.2 基于情景模拟的ESF空间制图

ESF会对城市发展和人类受益造成怎样的影响,如何优化建成环境以最大化ESs效益,如何识别ESF存在的权衡协同关系并优化各项ESF空间制图解决的另一问题,需要通过ESF的模拟和预测实现[54-55]。

近年来,ESF模拟预测通常基于土地利用/覆被变化,将城市动态模型与未来场景或替代方案相结合。基于管理政策、社会经济发展战略等不同目标导向,设置土地保护、城市扩张、自然发展等情景,结合马尔科夫模型、人工神经网络、随机森林模型、元胞自动机模型、支持向量机、最大熵模型等方法模拟土地利用/覆被变化,精细化表征不同ESF间的权衡协同关系[44,55]。

常见问题(FAQ)

什么是生态系统服务流(ESF)的空间制图?其核心价值是什么?
ESF空间制图是可视化呈现ESF在特定时空尺度上的位置、数量、相互关系及流动变化的过程。其核心价值在于帮助规划者动态、空间化地理解ESs“在哪里产生、谁实际受益、受什么影响”(Where, Who, What),从而为解决ESs供需匹配问题提供决策支持。
ESF空间制图主要分为哪两大类?制图单元的选择有何重要性?
主要分为两大类:1)基于供需-流动的空间制图;2)基于情景模拟的空间制图。在制图过程中,制图单元的选择对结果影响最大。常用单元包括行政管理单元、地理/流域单元、几何网格单元、景观元素单元等,其选择取决于研究目标、数据可及性和空间尺度。
基于供需-流动的ESF制图有哪三种主要方法?
主要有三种方法:1)特定模型法:根据不同ESF类型选择相应模型或工具;2)生态网络法:运用图论、电路理论等方法模拟ESF网络格局与连通性;3)人工智能法:借助InVEST、ARIES、SPANs等专业模型自动选择最佳模型与数据,刻画ESF流动。其中,SPANs模型被认为是模拟ESF完整流动过程的重要发展方向。
基于情景模拟的ESF制图主要解决什么问题?如何实现?
该制图旨在预测ESF的未来影响,识别权衡协同关系,优化建成环境以实现ESs效益最大化。其实现通常基于土地利用/覆被变化,结合不同目标导向(如土地保护、城市扩张)设置情景,并运用马尔科夫模型、随机森林、元胞自动机等模型,模拟未来土地利用变化,进而精细化表征不同ESF间的权衡协同关系。
 
更多>相同文章
最新文章