ANN-FLUS模型在历史耕地分布变化重建上的应用——以1885—2000年的越南为例
刘娴(1999- ),女,江苏扬州人,硕士,研究方向为土地利用与覆被重建。E-mail: liuxian4867@igsnrr.ac.cn |
收稿日期: 2023-10-23
修回日期: 2024-01-05
网络出版日期: 2024-06-11
基金资助
中国科学院战略性先导科技专项(XDA2310040312)
国家重点研发计划全球变化重点专项(2017YFA0603304)
The application of ANN-FLUS model in reconstructing historical cropland distribution changes: A case study of Vietnam from 1885 to 2000
Received date: 2023-10-23
Revised date: 2024-01-05
Online published: 2024-06-11
历史土地利用及其覆被的变化对于理解不同时期的人地关系具有重要指导意义。传统的耕地开垦优先度模型未考虑土地利用转换规则及邻域效应,重建精度不高。基于多源史料提取越南1885—2000年5个关键年份耕地总量及其9个驱动因素,并应用有大数据处理和土地转换规律挖掘优势的ANN-FLUS模型探讨耕地分布变化。结果表明:(1)耕地总量由1532千hm2增至6200千hm2,其变化以1940年代为转折阶段而表现出前快、后慢的差异;(2)耕地历来集中在红河、湄公河三角洲以及中部沿海平原,其在全国尺度上开发模式由“聚点式”缓慢延伸逐渐转变为“散点”式迅速扩张;(3)ANN-FLUS模型在越南1950年耕地分布格局上的重建精度为Kappa系数0.65,显著优于开垦优先度模型(0.54)及HYDE 3.2数据集模型(0.50)。
刘娴 , 刘浩龙 . ANN-FLUS模型在历史耕地分布变化重建上的应用——以1885—2000年的越南为例[J]. 自然资源学报, 2024 , 39(6) : 1473 -1492 . DOI: 10.31497/zrzyxb.20240613
The historical changes in land use and land cover hold significant value for understanding the dynamics of human-environment interactions across various eras. Traditional land reclamation priority models have often overlooked the principles of land use conversion and the neighborhood effects, resulting in inaccuracies in the reconstruction process. This study utilizes a diverse range of historical documents to quantify the total cropland area and nine influential factors over five pivotal years, spanning from 1885 to 2000 in Vietnam. Employing the ANN-FLUS model, known for its prowess in huge-volume data processing and extraction of land conversion rules, the analysis delves into cropland distribution changes. The findings revealed that: (1) The cropland area experienced a growth from 1,532×103 hectares to 6,200×103 hectares, characterized by an initial rapid expansion and a subsequent deceleration after the 1940s. (2) Historically, the cropland has predominantly been distributed in the Red River Delta, Mekong River Delta and the Central Coastal Plain. Nationally, the pattern of cropland reclamation has transitioned from a concentrated, gradual spread to a more dispersed and swifter enlargement. (3) The ANN-FLUS model demonstrates its efficacy in the reconstruction of cropland distribution in Vietnam for the year 1950, achieving a Kappa coefficient of 0.65, a notable improvement over the reclamation priority model's 0.54 and the HYDE 3.2 dataset model's 0.50.
表1 越南历史耕地重建的四类数据来源Table 1 Sources of four data types for reconstruction of historical cropland in Vietnam |
数据大类 | 亚类 | 子类型 | 数据来源 | |
---|---|---|---|---|
驱动因素 | 自然因素 | 地形 | 高程 | 提取自国家地球系统科学数据中心的250 m全球DEM 高程数据集① |
坡度 | ||||
气候 | 夏季降水 适宜度 | 对美国NOAA全球环境平台上1470—2013年亚洲逐年 夏季降水重建数据集②越南区域结果作分级处理而获得 | ||
河流 | 到河流的最 短欧氏距离 | 对HydroRIVERS_v10全球河网数据库③的越南区域结果 作距离分析而得 | ||
社会经济 因素 | 城镇 | 城镇化率 | 对《International Historical Statistics》[35]、《越南历代疆 域:越南历史地理研究》[36]、多源历史地图④中城镇点 信息作空间量化而得 | |
交通 | 路网密度 | 对多源历史地图中道路信息作密度分析/距离分析而得 | ||
到港口的最 近路网距离 | ||||
战争 | 战争数量 | 对《越南通史》[33]、《东南亚近代史》[37]、《东南亚史》[38] 中越南战争信息作语义分级量化而得 | ||
移民 | 华侨移民数量 | 对《华侨对越南经济文化发展的贡献》[39]、《越南华侨史》[40]、《华侨史概要》[41]中华侨移民信息作分级量化而得 | ||
基准期土 地利用空 间分布格 局图 | 土地利用空间 分布格局 | 2000年全球地 表覆盖数据 | 提取自GlobeLand 30数据集中2000年全球地表覆盖数据(https://www.globallandcover.com) | |
历史土地 利用需求 量估算数据 | 历史土地 覆被面积 | 耕地 | 提取自《基于历史文献重建的越南耕地面积数据集(1500—2000)》[42]、《The World Bank: World Development Indicators》⑤ | |
城镇用地 | 基于《The World Bank: World Development Indicators》数据集中人均城镇用地面积数据的换算结果 | |||
林地 | 根据联合国粮食及农业组织(FAO)20世纪后历次全球森林资源评估报告⑥中森林覆盖率数据的换算结果 | |||
水体 | 提取自GlobeLand 30数据集中2000年全球地表覆盖数据 | |||
结果验证数据 | 1954年测绘地图上的 越南稻田分布信息 | / | 数字化美国陆军工程署陆军制图局1954年出版的中南半岛地形图⑦而得到 |
① 源自 http://www.geodata.cn/data/datadetails.html?dataguid=10677348012127&docid=3150. ② 源自 https://www.ncei.noaa.gov/access/paleo-search/study/24391. ③ 源自 https://www.hydrosheds.org/products/hydrorivers. ④ 源自《大南一统志》、David Rumsey Map Collection(www.davidrumsey.com)、World Digital Library(www.worlddigitallibrary.org)。 ⑤ 源自《The World Bank. World Development Indicators》(http://datacatalog.worldbank.org)。 ⑥ 源自 https://www.fao.org/forest-resources-assessment/past-assessments/fra-1980/zh/. ⑦ 根据 https://maps.lib.utexas.edu/maps/ams/indochina_and_thailand/index_map.html网站地图数字化而得。 |
表2 海拔、坡度分级表Table 2 Grading of elevation and slope |
高程 分级/m | 计算时的海 拔高度值/m | 坡度 分级/(°) | 计算时的 坡度值/(°) |
---|---|---|---|
≤100 | 100 | ≤2 | 2 |
100~250 | 250 | 2~6 | 6 |
250~500 | 500 | 6~15 | 15 |
500~750 | 750 | 15~25 | 25 |
750~1000 | 1000 | >25 | 45 |
1000~1500 | 1500 | ||
1500~2000 | 2000 | ||
2000~3000 | 3000 | ||
>3000 | 4000 |
表3 历史战争规模的语义分级量化标准示例Table 3 Examples about quantitative criteria for semantic grading of historical war scales |
战争规模 | 等级 | 原始文字记载 |
---|---|---|
高 | 3 | 长期混战、给人民带来无穷灾难、大量农民丧失土地、集中10万(兵力) |
中 | 2 | 调动3万军队 |
低 | 1 | (兵力)不到1万人 |
表4 华侨移民数量等级划分标准Table 4 Criteria for classification of overseas Chinese immigration coefficients |
华侨数量/人 | <1000 | 1000~3000 | 3000~10000 | 10000~30000 | ≥30000 |
---|---|---|---|---|---|
规模等级 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
表5 越南耕地的夏季降水适宜度划分标准Table 5 Criteria for classification of summer precipitation suitability of cropland in Vietnam |
夏季降水量/mm | 800~1000 | 700~800 | <700 | 1000~1200 | >1200 |
---|---|---|---|---|---|
适宜度 | 0级 | 旱1级 | 旱2级 | 涝1级 | 涝2级 |
量化等级 | 0 | -1 | -3 | -2 | -4 |
表6 过去百余年越南土地利用类型的柔性转换矩阵Table 6 Flexible conversion matrix of land use types in Vietnam over the past 100 years |
历史时期 | ||||||
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耕地 | 林地 | 水体 | 城镇用地 | 其余用地 | ||
基准期 | 耕地 | 1.00 | 0.30 | 0 | 0.50 | 0.70 |
林地 | 0.30 | 1.00 | 0 | 0.25 | 0.60 | |
水体 | 0.30 | 0.20 | 1.00 | 0.10 | 0.50 | |
城镇用地 | 0.30 | 0.40 | 0 | 1.00 | 0.50 | |
其余用地 | 0.50 | 0.30 | 0.10 | 0.30 | 1.00 |
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