地理系统模拟的CA模型理论探讨.pdfVIP

第28 卷 第6 期 地 理 科 学 进 展 Vol.28, No.6 2009 年11 月 PROGRESS IN GEOGRAPHY Nov., 2009 地理系统模拟的CA 模型理论探讨 周成虎，欧 阳，马 廷，覃 彪 ( 中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室，北京 100101) 摘 要：在系统认识和理解地理元胞自动机（CA ）模型的基本性质基础上，重点从自然与人文综合的复杂地理系统 模拟研究角度，对地理元胞模型所涉及的基本理论与方法问题进行了进一步的探讨。 研究表明：从地理系统的模拟 看，CA 模型的研究和应用提供了一种从地理系统的微观出发、将自然与人文统一的地理系统模拟的新视角与新途 径。 在此基础上，提出了地理系统模拟的 模型需要解决的三队基本关系和三个基本科学方法问题。 CA ： 地理系统模拟 模型 三队基本关系 ； ； 关 键 词 CA 1 引言 述大气运动的数万个方程，并可借助于高性能计算 机进行计算，但中长期的天气预报进展甚微。 所以 众所周知， 微分方程乃是几个世纪以来数学、 地理学需要一种新的理论和方法，帮助开展地理系 统的模拟。 物理学等学科用以求解科学问题的基本工具，这种 非线性科学的研究为解决复杂系统的问题开 方法在地理系统的模拟中，也得到广泛的应用。 例 如，较为成熟的大气模式 如 、 、 [1-3] 、 辟了一个新的思路。 例如，统计力学通过对系统的 ( GCM MM5 AGCM) 微观运动的分析，利用统计学的方法，找出系统的 海洋模式 如 、生态模式 如 、 ( POM) ( TEM BIOME－BGC [4-5] [6-7] 微观运动与宏观性质间的关系；钱学森先生所创立 等 、陆面过程模式 如 、 等 以及基于 ) ( BATS LSM ) 的物理力学确定了一套完整的理论，将系统的微观 [8-9] 这些模式的土地利用 覆盖变化 、海— 地— 气耦 / 分析与宏观性质结合在一起；分形几何学的研究揭 合模式等等。 通过这些模拟，地理学家实现了对地 示了系统的局部和整体间的相似性，纷繁复杂的世 球系统的时空变化及其相互作用的模拟，促进了地 界有可能利用几个简单的规则来表达；混沌学研究 理研究从状态与格局研究发展到过程模拟与系统 表明几个简单的原因可能产生及其复杂的结果。 预测研究。 这些为理解和解释地理系统的特征、预 作为复杂系统模拟的一类模型， 元胞自动机 测和控制地理系统的行为提供了科学的方法，形成