土地利用与土地覆盖 (Land Use and Land Cover, LULC) 的变化是衡量环境、经济与社会文化变迁的重要指标。快速城市化、工业化、人口增长和基础设施扩展常导致土地覆盖类型发生显著变化，如城市建设用地增加、植被减少、水体或湿地减少等。在印度旁遮普邦的巴廷达区，这样的变化已在过去几十年中发生，对农业、生态系统、水资源与居民生计造成了影响。预测未来的 LULC 模式对可持续发展、资源管理、环境规划与政策制定具有重要意义。这篇由 Rani 等人撰写的文章旨在分析巴廷达历史上的土地利用与覆盖变化，采用结合人工神经网络 (ANN)、元胞自动机 (Cellular Automata, CA) 及马尔可夫链的方法预测至 2050 年的土地利用，并探讨地表、环境、经济与文化参数在这些变化中的关键驱动作用。
研究内容与结果
作者获取了巴廷达区在 1990、2000、2010 与 2020 年的多时相卫星影像 (Landsat TM 和 Landsat OLI)，并使用监督分类方法对地表进行分类，主要采用两种分类器：最大似然分类器 (MLC) 与支持向量机分类器 (SVM)。此外，研究收集了辅助变量如高程、坡度、坡向；交通基础设施距离 (道路、铁路、河流等)；经济与文化变量等。使用 GIS 工具和遥感数据，并用数字高程模型 (DEM) 生成坡度、坡向、海拔等地图。预处理步骤包括几何校正、辐射校正、30 米分辨率重采样、矢量图层栅格化等。分类精度通过总体准确率、Kappa 系数 (包括标准 Kappa、位置 Kappa 等)、F1-分数等指标评估。之后，用历史土地利用的变化率与这些变量生成适合度地图，以 CA-Markov 混合模型预测未来土地利用在 2030 年与 2050 年的情景。
研究发现从 1990 到 2020 年间，巴廷达区的土地覆盖发生了显著变化：荒地 (barren land) 与休耕地 (fallow land) 大幅减少；农业用地和建设用地则持续增长。例如，建设用地从 1990 年约占区域的 4% 增至 2020 年约 6%；农业用地在 2010 年达最大值后略有稳定。植被覆盖和湿地／水体的趋势则相对混合且负面：水体与湿地预计将继续减少。预测图景中，到 2030 年，农业用地预计约占巴廷达区约 84.7%；建设用地上升；而荒地、水体、湿地等类型所占比例进一步减少。到 2050 年农业用地可能占约 85.6%，建设用地约 6.95%，荒地、水体、湿地等类型将降至非常小的比例。模型验证指标表明预测准确性较高：Kappa 系数 Kno ≈ 0.97，标准 Kappa (K_standard) ≈ 0.95，位置 Kappa (K_location) ≈ 0.97，支持向量机分类器在多数类别中精度优于最大似然分类器，特别是在植被类别的 F1 分数中。
作者讨论指出，农业和建设用地扩张的推动力与交通可达性 (如靠近道路、铁路)、地形平坦 (坡度低)、适宜的海拔和坡向等地表特征密切相关。水体与湿地减少对水资源、生态系统和生物多样性等方面存在潜在负面影响。文章也指出这些变化带来的权衡问题：农业发展虽可带来粮食和收入，但环境代价包括生态系统丧失、水资源压力、生物栖息地减少等。此外，本研究的预测假设历史驱动因素与转换率保持稳定，对政策变动、气候突变等情形的敏感性有限。分类误差与输入变量地图的不确定性也可能影响预测精度。不同分类器 (SVM vs MLC) 在某些类别上表现差异明显，提示模型选择与参数设定对于土地利用／覆盖研究至关重要。
1990、2000、2010 与 2020 年的 LULC 分类图 (采用支持向量机 SVM 分类器)。
研究总结
总体来看，此研究预测巴廷达区直到 2050 年，农业用地与建设用地将继续扩张，而荒地、水体、湿地与休耕地将显著减少。采用 CA-Markov 混合模型结合 SVM 分类器能够提供较为准确的未来土地利用情景预测，可为地方政府规划、政策制定与可持续发展提供决策支持。作者建议政策制定者在土地利用规划中考虑这些预测，尤其要保护湿地与水体、合理管理农业扩张、规划建设用地；未来研究应纳入更多气候变量与社会经济情景，增加时序快照频率，并加强地面实地验证，以减小分类误差，尤其对小面积或即将消失的类别 (例如湿地、水体)。
原文出自 Earth 期刊：https://www.mdpi.com/2673-4834/4/3/39
期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/earth
期刊简介
Earth (ISSN 2673-4834) 期刊发表综述、常规研究论文和简报。期刊旨在鼓励科研人员尽可能详尽地发表其实验与理论研究成果。因此，期刊对论文的最大篇幅不作限制，要求完整呈现实验细节以确保研究结果的可复现性。特别欢迎涉及新颖且具创新性的研究提案和思路的稿件；支持将完整计算流程、实验步骤的电子文件或软件以及源代码作为补充材料提交。
期刊主题领域包括但不限于：气候变化与环境效应；大气/水体/土壤质量与污染防治；自然资源管理与生态保护；生物多样性保护与生态系统服务；环境健康与灾害风险评估；可持续发展与城乡系统韧性；环境研究的技术创新与数据科学应用；人类健康与环境系统交互；粮食安全的环境驱动机制；土地利用转型的生态响应；极端事件与复合风险研究等。
2024 Impact Factor：3.4
2024 CiteScore：5.9
期刊主编
Prof. Dr. Charles Jones
加州大学圣塔芭芭拉分校地理系
研究兴趣：气候变率；气候变化；可预见性；季风；区域建模；极端火灾天气。
投稿优势
更高文章曝光度
Earth期刊目前已被Scopus、ESCI (Web of Science)、AGRIS、GeoRef等多个重要数据库收录，JCR分区位于Q2, CiteScore分区位于Q1。
更快发表速度
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Acceptance to Publication：4.3 Days
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• 大气污染• 气候变化影响• 水资源管理• 土地利用变化• 土壤—环境交互• 生物多样性保护• 自然灾害• 粮食—环境关联• 环境健康风险• 城市可持续发展
投稿截止日期：2026年7月31日
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