基于灰色預測模型貴州生態資源預測

楊園園　魏媛

摘要：以貴州省2005—2017年生態資源為基礎數據，分析了貴州省生態資源的現狀，建立灰色預測模型，對其森林覆蓋率、森林蓄積量、自然保護區面積、森林公園面積4個資源指標進行了預測分析，其精度檢驗為優。結果顯示：貴州森林覆蓋率、森林蓄積量、森林公園面積在未來2018～2030年將會持續增加，自然保護區面積將可能繼續下降，在未來時間需加大對自然保護區的重視。

關鍵詞：森林覆蓋率;森林蓄積量;自然保護區;森林公園;灰色預測;貴州

中圖分類號：S757 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（ 2020） 2-0145-03

1 引言

基于我國生態環境問題日益突出、資源環境保護壓力不斷加大的新形勢，必須樹立尊重自然、順應自然、保護自然的生態文明理念[1]，走可持續發展道路。生態資源的數量和質量變化直接影響到生態環境的變化，掌握生態資源的現狀，預測并控制其發展趨勢，對環境規劃和資源配置提供借鑒參考意義[2]。2004年國家林業局舉辦首屆中國城市生態論壇，命名貴陽市為中國首個國家生態城市，2017年《國家生態文明試驗區（貴州）實施方案》明確以“多彩貴州公園省”為試驗區建設的總體目標。

本文以貴州省研究對象，將森林覆蓋率、森林蓄積量、自然保護區面積、森林公園面積作為生態資源指標進行研究，建立資源指標的GM（1，1）灰色預測模型，并對貴州省生態資源的動態變化進行預測，以為貴州省生態資源的保護和生態林業建設提供理論依據。

截至2017年，貴州省森林面積為974.2萬hm2，自然保護區個數119個，自然保護區面積89. 79萬hm2，占全省國土面積5.1%。森林公園面積27.8萬hm2，占全省國土面積1. 6%。全省森林覆蓋率達到55. 30%。

2 灰色預測模型

2.1 數據分析

根據貴州省林業局與生態環境廳統計數據，收集2005～2017年貴州省森林覆蓋率、森林蓄積量、自然保護區面積、森林公園面積等數據，繪制了圖1中2005～2017年貴州省生態資源變化趨勢圖，包括了森林覆蓋率、森林蓄積量、自然保護區面積、森林公園面積動態變化趨勢。

由表1可知，貴州省生態資源中森林覆蓋率總體呈現上升趨勢。森林蓄積量整體呈小幅度波動增長趨勢，在2012年出現小幅度波動下降，總蓄積量從3. 97億m3下降到3. 81億m3之后2014年又上升到4. 01億m3。自然保護區面積呈現先下降后上升的波動性變化態勢，從2006年的96. 10萬hmz下降到96. 02萬hm2，在2012年出現大幅度波動，面積從96. 02萬hm2下降到89. 51萬hm2，到2015年上升到89. 79萬hm2。森林公園面積的變化趨勢與森林蓄積量大致相同，森林公園面積整體出現小幅度波動增長態勢，從2005～2016年處于平穩增長趨勢，從2016年29. 50萬hm2下降到27. 80萬hm2。

2.2 灰色預測模型構建

灰色預測是在灰色系統理論的預測模型[3]的研究作為基礎理論前提下，采用數學建模算法與應用[4]進行操作計算，首先將上文所收集的2005～2017年原始數據建立土地利用綜合效益的數據時間序列[5];其次建立灰色預測模型，以獲取預測模型參數值，還原數值與實際值進行對比分析;最后為確保所建灰色模型有較高的預測精度和可信程度，需要進行灰色預測模型檢驗，檢驗方法大多采用殘差檢驗、關聯度檢驗及后驗差檢驗[6-8]。

3 結果與分析

根據收集統計的貴州省生態資源的實際數據，建立起GM（I，1）預測模型指標的原始數據，根據2005 -2017年生態資源等數據預測得出2018～2030年貴州省生態資源數據。

確定參考數據列，設森林覆蓋率原始序列為Xo（k）一{ 34. 90， 39. 93， 39. 93， 39. 93， 39. 93， 40. 52， 41. 53，47. 00，48. 00，49. 00，50. 00，52. 00，55. 30），其他指標余同。根據GM（I，1）模型計算出貴州省生態資源灰色預測模型參數，并建立貴州省生態資源指標的灰色預測模型，見表1。

由表1可知，森林覆蓋率、森林蓄積量、森林公園面積a值小于1，說明預測模型總體上呈現增加態勢，自然保護區a值大于0，這說明自然保護區預測模型最終呈現下降的趨勢。

結合表1灰色模型參數，預測出貴州2005～2017年生態資源的預測結果，并對比分析貴州生態指標的預測值與實際值，見表2。

由表2可知，預測值和實際值之間雖然存在一定的差異，但是差異較小，具體的情況還要對表2中的數據進行模擬精度的檢驗。利用GM（1，1）模型建立的貴州生態資源的預測模型是否滿足實際情況，由灰色模型的模擬精度所決定。在對預測模型進行模擬精度的校驗時，采用單一的檢驗指標容易對模擬精度的高低做出誤判。本文根據貴州生態資源的實際情況和動態預測模型的實際需要，選取平均相對誤差、平均絕對誤差、均方差比值和小誤差概率等4項模擬精度檢驗指標。貴州生態資源動態預測模型的模擬精度的各個檢驗指標計算出來的數值以及模擬精度的高低，見表3。由表3可知，均方差比均小于0. 35，小誤差概率概率大于0. 95，關聯度均大于50%，表明數據是關聯的，檢驗結果是合格的，該模型預測效果較好，可以直接進行預測分析。由表3可知，森林覆蓋率、自然保護區面積與森林公園面積預測模擬的精度為優，森林總蓄積量的模擬精度為良;精度都較高。結合表1可知，貴州生態資源各個指標建立的預測模型a> -0.3，由此可以得出各模型均適合中長期預測。

利用貴州省生態資源各個指標的原始數據序列及其對應的預測序列計算得出2018～2030年的生態資源預測值見圖2所示。

由圖2可知：從2005年起，貴州森林資源覆蓋率持續增加。預測表明在未來的13年內，增長趨勢維持不變。貴州森林蓄積量、森林公園面積的變化趨勢與森林覆蓋率變化趨勢基本一致，預測結果也基本相同。在2005～2017年期間，自然保護區面積在2007年有所下降，之后繼續保持沒有變動，從2013年又呈下降態勢，直到2015年開始有所回升，預測表明，在未來的13年里自然保護區面積趨于平穩下降的趨勢。

4 結語

通過上文灰色預測模型在貴州生態資源的預測中，本文中生態資源指標總體精達到滿足模擬精度要求，2005～2017年間的實際值和預測值之間的相差較小，不需要對生態資源各個指標普查數據進行變換處理[6]?？梢缘玫交疑A測模型用于生態資源的預測結果準確度高，可靠性良好，模擬結果可信度較高，因此使用灰色預測模型來預測貴州省2018～2030年后的生態資源的方法可行，使用此方法可以很好地得到較為準確的預測數據。

通過預測模型對2018～2030年貴州生態資源獲得如下預測結果：森林蓄積總量、森林覆蓋率和自然保護區森林公園面積均會繼續增大，自然保護區面積將會持續下降的趨勢，在未來時間需要加大對自然保護區的重視。

參考文獻：

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[2]高兆蔚，我國21世紀森林資源發展趨勢灰色預測[J].林業資源管理，2003（2）：31-32，36.

[3]張永波，基于灰色系統理論的預測模型的研究[Dl.哈爾濱：哈爾濱工程大學.2005.

[4]司守奎，孫璽菁.數學建模算法與應用[M].北京：國防工業出版社，2012

[5]張炳彩.基于殘差修正GM（1，1）模型的銀川市空氣質量預測分析[J].綠色科技，2019 （12）：118-122.

[6]宋廣軍，王立海.伊春林區森林資源的動態灰色預測[J].中南林業科技大學學報.2015，35（2）：1-5，11.

[7]邱微，李崧，趙慶良，等.黑龍江省森林覆蓋率的灰色評價和模型預測[J].哈爾濱工業大學學報，2007（10）：1649-1651.

[8]魏曉慧，孫玉軍，梅光義，等.基于多功能經營的森林資源評價[J].中南林業科技大學學報.2013，33（11）：103-108.

基金項目：國家商務部聯合研究項目（編號：2016SWBZD12）;貴州省高校優秀科技創新人才支持計劃（編號：黔教合KY字（20121091號）

作者簡介：楊園園（1995-），女，碩士研究生，研究方向為土地資源開發與保護。

通訊作者：魏嬡（1976-），女，教授，研究方向為生態經濟與資源可持續利用研究。