预测复杂的城市演变过程

　　在国家自然科学基金重点项目的支持下，黎夏团队以“地理过程建模的多尺度空间协同与精细化模拟：以城市群增长为例”为题开展研究，利用空间建模与地理模拟的手段来预测复杂的城市演变过程。

　　在团队建立的GeoSOS（Geographical Simulation and Optimization Systems）框架基础上，项目进一步取得了一系列重要的研究进展，被列入2020年度“中国地理科学十大研究进展”之一。发布了新一代的土地利用模拟模型GeoSOS-FLUS（Future Land Use Simulation；http://www.geosimulation.cn/FLUS.html），是目前国际上少有能在全球尺度下运行的模型，具有最高的空间分辨率，并拥有完全独立自主的知识产权。该模型考虑人类活动与自然效应的多种驱动力因子，实现了自上而下的气候驱动与自下而上的空间模拟双向耦合，解决了全球大尺度、高分辨率土地利用模拟，以及与陆面模型耦合等难题（图1）。

图1：耦合人类活动与自然效应多种驱动力因子的GeoSOS-FLUS模型

　　GeoSOS-FLUS模型是唯一被国际人文地理百科全书收录的土地利用模拟软件。英国皇家科学院院士M. Batty也高度评价该模型，认为该模型将人类活动嵌入到土地利用模拟模型中，更加真实地反映人类行为对现实城市的影响。模型通过引入基于轮盘赌与自适应惯性竞争机制，能有效处理大尺度范围内自然作用与人类活动共同影响下土地利用转化过程，并能获得更真实的空间细节（图2）。

图2：利用高分辨率模型展示中国珠三角、长三角、德国柏林、美国旧金山城市群地区的空间细节

　　进一步利用该模型，黎夏带领团队将多项“全球城市变化与环境影响”研究成果发表在Nature子刊上，例如利用该模型探究了全球气候变化与城市扩张对陆地NPP变化的相对贡献（图3）。

图3：全球2000-2010年城市用地变化与气候变化导致的NPP损失对比

　　成果入选了2019年Nature Communications地球与行星科学TOP 50论文之一，并被欧盟委员会环境总司《环境政策科学》特别介绍和转载，推荐给欧盟超过20,000的政府官员、学术界和商业人士等；还利用该模型预测了最新全球气候情景下2015~2100年全球城市用地的空间演化格局（图4），成果发表在2020年的Nature Communications上。研究表明，预计未来全球城市扩张将导致粮食产量下降约1~4%，约等于每年1.22~13.89亿人的粮食需求。

图4：SSP情景下2010-2100年全球及典型区域的城市用地需求量预测

　　目前GeoSOS-FLUS已被美国、欧洲等几十国家和地区的用户（例如耶鲁大学、纽约州立大学、清华大学、北京大学、中科院等）使用，软件下载量超过13,000次，已经成为国际上应用十分广泛的土地利用模拟软件。广东省、吉林省及长春市的城镇开发边界划定技术规程明确建议使用FLUS 模型，已在全国六十多个城市得到成功应用，为地方政府的国土空间规划提供了重要的技术支撑。

　　2019年还被集成到亚洲最大的GIS软件（SuperMap）中，以满足国土空间规划的需求，用于解决资源环境优化问题。GeoSOS-FLUS有望成为未来地球模拟、全球变化分析、可持续发展目标评价、国家一带一路研究等方面的重要情景模拟工具（图5）。

图5：GeoSOS-FLUS模型在未来地球模拟、全球变化分析、可持续发展目标评价、国家一带一路等研究的应用前景

华东师大地理学科底蕴深厚

　　在胡焕庸、李春芬等前辈大师的开拓奠基和数代地理人的传承下，华东师大地理学家群体得到了国内外学界的认可和赞誉。学科是我国最早具有地理学一级学科博士点授予权和博士后流动站的单位之一，是首批国家重点一级学科和上海市高峰学科。2016年进入地球科学ESI排名前1%，2017年进入双一流重点学科建设。

图文、来源｜地理科学学院　编辑｜宁沛灵　编审｜吕安琪