非洲土地利用系统与气候变率的关联性追踪及未来三十年(1993-2053)预测模式研究

本研究针对非洲大陆土地利用/覆被变化(LULCC)与气候变率的复杂关联，集成遥感技术、MOLUSCE模块和随机森林(RF)模型，揭示了1993-2023年间建成区扩张134.63%等关键趋势，预测未来30年荒漠年均减少0.59%，为非洲经济共同体气候适应策略提供96%精度的科学依据。

　　

非洲大陆正经历着人类世最剧烈的环境变革。联合国人居署数据显示，到210年非洲将承载全球40%人口，这种爆炸式增长正以每年134.63%的建成区扩张速度重塑地表格局。然而，这片承载人类未来希望的大陆却深陷气候数据匮乏的困境——西非气象站覆盖率不足30%，全球环流模型(GCM)在模拟区域降水时误差高达40%，正如IPCC特别报告指出的，非洲已成为全球气候建模的"盲区"。

河南高校联合研究团队在《Land Use Policy》发表的这项开创性研究，首次将收敛交叉映射(CCM)因果推断与人工神经网络-元胞自动机(ANN-CA)模型结合，构建了非洲首套30年高精度土地利用-气候耦合数据库。研究团队创新性地采用模块化土地利用变化评估系统(MOLUSCE)处理1993-2023年Landsat影像，通过随机森林(RF)算法整合21个环境协变量，在96%的验证精度下完成了非洲首次跨经济区的土地利用-气候互馈机制解析。

【研究区域】涵盖3007万平方公里的非洲全境，特别关注撒哈拉沙漠过渡带和刚果雨林等气候敏感区。研究整合了CMIP6数据与本地化观测，解决了全球模型在模拟非洲季风系统时的"次网格尺度"失真问题。

【非洲土地利用变化分析】揭示出惊人的空间异质性：1993-2023年间北部非洲森林覆盖率逆势增长2.61%，而同期草地/灌木丛锐减14.20%。通过K-means聚类识别出三类典型模式：萨赫勒地区呈现"荒漠-农田"振荡，西非沿海形成"城市热岛链"，东非高原则表现出"雨养农业-降水正反馈"。

【LULCC驱动因素】量化分析显示，政治因素在摩洛哥等北非国家贡献了38%的造林决策，而尼日利亚等西非国家的城市化72%源自人口压力。研究首次验证了非洲特有的"植被-降水悖论"——刚果盆地每增加10%森林冠层会降低1.2mm/月的蒸散发，但通过改变地表粗糙度反而使降水增加5%。

【结论与讨论】这项研究构建的ANN-CA-RF混合模型成功预测：到2053年，荒漠面积将持续以0.59%/年的速率萎缩，而建成区扩张将使地表温度升高1.2-2.3°C。特别值得注意的是，研究发现西非经济共同体(ECOWAS)区域的城市热岛效应存在显著跨境传播，这为非洲自贸区(AfCFTA)框架下的气候协同治理提供了科学依据。研究提出的"气候适应性土地利用分区"方案，已被纳入非洲联盟《2063年议程》的可持续发展目标(SDGs)实施路径。

在方法论层面，该研究突破了传统GCM模型在模拟异质地表时的局限，开发的CCM因果检验框架能有效区分气候变率与人类活动的贡献度。正如通讯作者Isaac Sarfo在讨论部分强调的，这种"遥感监测-机器学习-因果推断"的三元方法论，为资源受限地区建立低成本环境预警系统提供了范式转移。研究资助信息显示，该成果获得中国国家自然科学基金(42401255)等多项支持，体现了南南合作在应对全球气候变化中的独特价值。