通过 CA–Markov 框架对土耳其土地利用和土地覆盖时空模拟

为什么变化的景观与日常生活息息相关

在世界各地，森林、农田、城镇和水库不断重塑土地。这些变化看似遥远，但它们影响着流向我们水龙头的水、餐桌上的食物、我们呼吸的空气以及周围的野生动植物。本研究聚焦于土耳其西部的一个区，详尽展示人类决策与大型基础设施项目如何改变乡村景观——以及计算机如何预测这些变化下一步的方向。

一张活着的森林、田野与城镇地图

研究以爱琴海区的 Ulubey 区为对象，该区有峡谷、水坝、村庄以及混合的地中海—大陆性气候。利用国家林业机构提供的详细数字森林图，作者将土地分为九类，便于想象：密集针叶和阔叶林、混交林、稀疏或退化林、林地空地、农业用地、聚落、诸如水坝之类的水域，以及用于岩石或牧场的其他类别。这些图分别对应 2001、2013 和 2025 年，提供了近 25 年来人类与自然如何共同重塑土地的丰富快照。

计算机如何重放过去以窥见未来

为了把过去的地图变成观察未来的窗口，研究在地理信息系统中使用了“元胞自动机–马尔可夫”（CA–Markov）组合模型。简单来说，该模型把景观切成细网格，学习每种土地类型在固定时间步长内如何转变为另一种类型——例如退化林转为耕地或水库水面。然后将这些转移概率向前应用，同时考虑相邻单元之间的影响，使森林、田地或城镇以真实的聚簇方式扩展，而不是随机像素。通过对 2001 年和 2013 年地图进行训练，模型生成了 2025 年的模拟地图，并可与真实的 2025 年森林图进行对比以检验方法的性能。

地面上已经发生了什么变化

对 2001、2013 与 2025 年数据的比较勾勒出对森林的明显压力。总体森林面积——包括密集林、混交林与退化林——减少约 3,290 公顷，约为近 14%。退化林的降幅最为显著，接近三分之一。部分土地通过植树和恢复得以升级为更健康、密集的林地，但大量区域被转为农业或其他开放地，或被新水坝淹没。红松与橡树的混交林几乎消失，要么被水库淹没，要么因当地居民采伐橡木作燃料而被简化为单一松树林或稀疏林。同时，林外的农业用地适度增长，聚落面积扩张了 68%，水面——主要是新水坝形成的水库——增长了四倍多。

展望本世纪中叶

在确认模拟的 2025 年地图与真实地图约 84% 相似且统计精度高之后，作者使用同一 CA–Markov 设置投射了 2037 年和 2049 年的土地利用。前景显示对森林的持续压力：到 2037 年，预计森林面积相较 2025 年将减少约 11%，到 2049 年约减少 21%。退化林、针叶林与阔叶林预计都会收缩，而农业用地可能扩展 7% 到 12%，水面约增长近 15%。聚落面积在百分比上变化不如前者剧烈，但仍反映出人类活动逐步向曾经的林地外延蔓延。

这些变化对人类与自然意味着什么

对非专业读者而言，结论很直接：在 Ulubey，森林正逐步让位于农田、水坝和建设区，尽管一些恢复工作改善了零星林地。这种权衡会影响清洁水源、局地气候、野生动植物以及土地的碳储存能力。通过表明过去的变化能够以合理精度模拟，研究证明此类模型可以作为规划“预测”工具，帮助管理者测试有关水坝、采矿、农业或造林等不同政策在数十年内如何重塑土地。进而，这些知识能指导在能源、粮食与住房需求与森林及其支持的生态系统长期健康之间取得更好的平衡的决策。

引用: Bozali, N. Spatiotemporal simulation of land use and land cover changes in Türkiye through a CA–Markov framework. Sci Rep 16, 5320 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35807-9

关键词: 土地利用变化, 森林损失, 土耳其, 遥感, CA-Markov 建模