复杂性科学视角下的土地利用/覆被变化

土地利用/覆被变化(LUCC)是当前全球变化研究的热点问题之一,它既是全球变化的重要原因之一,一定程度上又是全球变化的反映。土地利用／覆被变化和全球变化之间存在着极为复杂的反馈联系,片面的研究方法难以从整体上把握问题的本质。该文从复杂性科学的角度出发,分析土地利用/覆被变化的复杂性,认为驱动因素的多样性、系统要素作用的非线性和多方向性、时空异质性以及时空尺度多变性是土地利用／覆被变化复杂性的集中表现。实际研究中应注意把复杂性当作复杂性,通过定性与定量结合、微观研究与宏观研究结合等途径开展多学科综合研究,全面揭示土地利用/覆被变化问题的本质。     

土地利用/土地覆被变化研究:寻求新的综合途径

土地利用/土地覆被变化是很复杂的现象,参与该项目的研究人员要避免“瞎子摸大象”那样的片面性,必须寻求新的综合研究途径。为此,不能简单地沿袭传统土地利用研究的思路和方法,需要不断提出新的研究论题;对土地利用变化驱动力必须有一种普遍的、综合的认识;需要将多个案例研究联结为一个可代表区域空间异质性的网络,需要作多空间尺度的研究,从而将地方尺度和区域尺度的土地覆被动态联系起来;需要发展新的研究方法,并将从农户调查到遥感数据的各种信息综合起来;尤其需要形成关于土地利用/土地覆被变化的综合科学理论框架     

中国土地利用/覆被变化研究的现状与问题

土地利用 /覆被变化是全球变化的重要组成部分和原因 ,因而是全球变化领域中重要的研究方向之一。本文在评述了中国土地利用 /覆被变化研究的现状、取得的进展及存在问题的基础上 ,提出应把土地利用 /覆被变化研究的理论体系、不同空间尺度的土地利用 /覆被变化的动态模型、土地利用 /覆被变化与全球环境变化和可持续发展之间的关系作为重点加以研究 ,以提高中国土地利用 /覆被变化的研究水平。     

南京市热场分布特征及其与土地利用/覆被关系研究

文章采用Landsat ETM⁺热红外波段反演LST,分析南京市热场分布规律,构建了土地覆被指数LCI定量表示热场分布特征与土地利用/覆被的关系。结果表明:南京市存在三个连续分布且范围较广的热岛中心,主要分布在工业区;建成区平均温度比郊区高0.972℃;土地利用/类型的空间格局总体上决定了城市热场的空间分布,下垫面介质的热特征和生物学特征差异是地表温度不同的根本原因,工业热源是南京市热岛形成的重要因素;LCI可以和城市气候模型、水文模型结合起来运用,为城市热岛提供一种新分析方法。对某一特定区域而言,随着城市化水平的提高,单位面积内LCI值逐渐减小。     

远程耦合视角下的土地利用/覆被变化解释

传统的土地利用覆被/变化驱动力研究在很大程度上并未充分考虑远距离相互作用的影响,对全球化世界中由远距离相互作用驱动的土地利用/覆被变化日益缺乏解释力。鉴于此,本文旨在将远程耦合（Telecoupling）理论框架引入到土地利用/覆被变化的动力机制研究中来。在概述土地利用/覆被变化驱动力研究的基础上,从驱动力背景的变化出发,切入远程耦合框架的介绍,并基于此给出远距离相互作用驱动土地利用/覆被变化的经验证据;认为远程连接、全球化和城市化是远距离相互作用驱动土地利用/覆被变化的3种主要形式;进而提出建立“时—空—事”三位一体的土地利用/覆被变化解析路径、土地利用/覆被变化的近远程驱动力分解和基于网络的跨系统综合研究是土地利用覆被/变化驱动力研究中应用远程耦合框架的重点内容。     

基于多期数据集的中亚五国土地利用/覆盖变化分析

针对目前中亚地区土地利用变化和分布格局方面的信息相对匮乏,现有资料较为陈旧且零散,无法满足中亚生态与环境变化研究需求的现状,利用全球的UMD, DISCover,GLC2000,GlobCover2005和GlobCover2009的5期土地覆被遥感数据集,提取中亚地区长时间序列土地覆被信息。并针对上述4个土地覆被分类系统无法进行直接对比和变化分析的问题,分别将其综合为4类土地覆被类型：耕地、自然植被、水体和其他,以分析近30 a中亚土地利用/土地覆被变化趋势。中亚土地利用类型多样,草地、裸地、农田、灌丛占绝对优势。自前苏联解体以后,20世纪90年代初至2000年期间,耕地面积大幅度减少,至2010年尽管有所恢复,但仍无法达到20世纪90年代初水平。而自然植被表现出了相反的趋势,这说明在此时间段内,由于社会政治制度的变化和市场经济的建立,耕地发生了较大规模的弃耕,弃耕地通常转换为草地、灌丛等自然植被。近10 a由于社会经济条件的变化,前苏联解体后所弃耕的土地又被收复和重新开发为耕地。90年代初至2000年期间,水体呈现先减少后增加的趋势。利用全球基于多期不同信息源获得的中亚土地覆被数据,尽管分类体系不统一,但均可较好地表征当时地表覆被状况。这在一定程度上弥补了中亚地区土地覆被数据不足的现状。通过对耕地、自然植被、水体及其他土地覆被类型进行大类合并,可基本体现中亚土地覆被的宏观特征和变化趋势。     

基于知识规则的土地利用/土地覆被分类方法——以黑河流域为例

本文提出了一种基于知识规则的土地利用/土地覆被分类的新方法。知识规则是基于专家经验建立起来的,反映研究区内不同分类系统下各类别的地理分布特性与地理分布交叉可能性。基于黑河流域90 m 分辨率DEM、2009 年逐月1 km 分辨率NDVI,参考美国地质调查局(USGS) 1 km分辨率土地利用/土地覆被数据在欧亚大陆上各类别的聚类中心,应用在上、中、下游分别建立的知识规则,以知识规则结合最近距离的USGS 类别聚类的方法,制作了一套与USGS全球土地覆被分类标准一致的、可以用于大气模式以及陆面过程模式的黑河流域土地覆被类型分布数据。本方法分类结果与以往研究采用的类别映射方法的分类结果及实际地物影像进行对比,表明知识规则下的分类结果更能准确表达流域地表覆盖特征,对冰雪、冻土类别和沙地荒漠类别的表现更优。     

黄河三角洲土地利用/覆被变化时空特征研究

黄河三角洲地区受人类活动作用时间相对较短,为土地利用/覆被变化及其驱动力研究提供了难得的条件.以位于黄河入海口处的垦利县为例,通过对1987-2000年土地利用/覆被变化幅度、变化构成以及流向图的分析,得到了该地区土地利用/覆被变化的特点,并应用遥感及GIS空间分析手段分析了黄河、渤海对该区土地利用/覆被变化格局的影响与作用机制.结果表明:(1)位于黄河入海口处的垦利县土地生态环境脆弱,占土地总面积80%的旱地、林草地、盐荒地和滩涂存在状态不稳定,盐荒地是其土地利用/覆被变化的核心类型;(2)黄河淡水和海洋咸水所控制的水文条件变化是该区土地利用/覆被变化的重要驱动因素,基本控制了分布的格局,并影响土地利用/覆被变化的可能性及变化方向.     

我国土地利用/土地覆被变化研究近期进展

土地利用／土地覆被变化（LUCC）是自然与人文因素紧密交织并相互作用的过程,是全球环境变化研究的重要组成部分,也是“国际地圈-生物圈计划”（IGBP）和“国际全球环境变化人文计划”（IHDP）共同推动的核心研究项目。近年来我国学者在LUCE研究方面做了大量工作,取得了丰硕的成果。文章就我国近期土地利用／土地覆被的研究方法及应用、驱动机制、变化影响、土地资源优化配置及研究尺度等方面的研究进展进行了简要的评述。     

延河流域土地利用/覆被变化模型的尺度转换方法

采用延河流域和安塞县2000和2006年的土地利用/覆被遥感影像,结合实地调研获取的2000-2006年该区域生态建设尤其是退耕还林还草数据,分别在流域尺度和县域尺度上,采用主成分分析法对延河流域及位于延河流域上中游的安塞县土地利用/覆被变化及其驱动力进行了分析,建立了耕地面积变化的驱动力模型.研究表明,在这两个尺度上,影响耕地面积变化的关键因素都是总人口和农作物播种面积.以此为基础,基于不同尺度上共同驱动力因子之间的相互关系,建立了不同尺度上耕地变化模型的尺度转换方法.对于不同尺度的土地利用/覆被变化模型,无论其模型形式的复杂程度如何,只要不同尺度上的关键驱动因子相同或存在明确的定量关系,就可以基于关键驱动力因子的定量关系进行不同尺度上土地利用/覆被模型的尺度转换.研究成果为土地利用/土地覆被变化的尺度转换方法研究提供了新思路.     

Land use and land cover change processes in China's eastern Loess Plateau

Using Landsat remote sensing images, we analyzed changes in each land use type and transitions among different land use types during land use and land cover change (LUCC) in Ningwu County, located in the eastern Loess Plateau of China, from 1990 to 2010. We found that grassland, woodland, and farmland were the main land use types in the study area, and the area of each type changed slightly from 1990 to 2010, whereas the area of water, construction land, and unused land increased greatly. For the whole area, the net change and total change were insignificant due to weak human activity intensity in most of the study area, and the LUCC was dominated by quasi-balanced two-way transitions from 1990 to 2010. The insignificant overall amount of LUCC appears to have resulted from offsetting of rapid increases in population, economic growth, and the implementation of a program to return farmland to woodland and grassland in 2000. This program converted more farmland into woodland and grassland from 2000 to 2010 than from 1990 to 2000, but reclamation of woodland and grassland for use as farmland continued from 2000 to 2010, and is a cause for concern to the local government.     

The spatial-temporal changes of the land use/cover in the Dongting Lake area during the last decade

The research on the land use/cover change is one of the frontiers and the hot spots in the global change research. Based on the Chinese resource and environment spatial-temporal database, and using the Landsat TM and ETM data of 1990 and 2000 respectively, we analyzed the spatial-temporal characteristics of land use/cover changes in the Dongting Lake area during the last decade. The result shows that during the last ten years there were three land-use types that had changed remarkably. The cultivated land decreased by 0.57% of the total cultivated land. The built-up land and water area expanded, with an increase of 8.97% and 0.43% respectively. The conversion between land use types mostly happened among these three land-use types, especially frequently between cultivated land and water area. The land-use change speed of land-use type is different. Three cities experienced the greatest degree of land-use change among all the administrative districts, which means that the land use in these cities changed much quickly. The following changed area was the west and south of the Dongting Lake area. The slowest changed area is the north and east area.     

近10年洞庭湖区土地利用变化时空特征

The research on the land use/cover change is one of the frontiers and the hot spots in the global change research. Based on the Chinese resource and environment spatial-temporal database,and using the Landsat TM and ETM data of 1990 and 2000 respectively, we analyzed the spatial-temporal characteristics of land use/cover changes in the Dongting Lake area during the last decade. The result shows that during the last ten years there were three land-use types that had changed remarkably. The cultivated land decreased by 0.57% of the total cultivated land. The built-up land and water area expanded, with an increase of 8.97% and 0.43% respectively. The conversion between land use types mostly happened among these three land-use types, especially frequently between cultivated land and water area. The land-use change speed of land-use type is different. Three cities experienced the greatest degree of land-use change among all the administrative districts, which means that the land use in these cities changed much quickly. The following changed area was the west and south of the Dongting Lake area. The slowest changed area is the north and east area.     

Land use/cover changes in the war-ravaged Jaffna Peninsula, Sri Lanka, 1984–early 2004

Temporal and spatial information on land use/cover is a prerequisite for effective planning decisions in the context of social and economic development. Satellite remote sensing data have become increasingly important in the study of land use/cover changes. This paper uses multitemporal satellite data to measure and spatially characterize land use/cover changes in the Jaffna Peninsula, northern Sri Lanka over the two decades from 1984 to early 2004 in terms of potential drivers. Over this period, the Jaffna Peninsula has been impacted severely by armed conflict between the government of Sri Lanka and the Liberation Tigers of Tamil Eelam. A postclassification method is used to compare land use/cover classes from satellite images using Geographical Information Systems (GIS) to analyze the spatial pattern of land use/cover changes over the study period. Results indicate that the land use/cover pattern has been very dynamic since early the 1980s, showing a remarkable decrease in agricultural land use and concomitant increase in non-agricultural land uses. The ethnic conflict and its consequences, particularly large-scale population migrations, have been the main driving forces for such land use/cover changes in the Jaffna Peninsula. The results of this study are not only important in aiding efforts to reconstruct this area after decades of physical and socioeconomic devastation, but should also prompt similarly urgent studies in other inaccessible war-torn areas of the world.     

A review of historical reconstruction methods of land use/land cover

Understanding long-term human-environment interactions requires historical reconstruction of past land-use and land-cover changes. Most reconstructions have been based primarily on consistently available and relatively standardized information from historical sources. Based on available data sources and a retrospective research, in this paper we review the approaches and methods of the digital reconstruction and analyze their advantages and possible constraints in the following aspects: (1) Historical documents contain qualitative or semi-quantitative information about past land use, which also usually include land-cover data, but preparation of archival documents is very time-consuming. (2) Historical maps and pictures offer visual and spatial quantitative land-cover information. (3) Natural archive has significant advantages as a method for reconstructing past vegetation and has its unique possibilities especially when historical records are missing or lacking, but it has great limits of rebuilding certain land-cover types. (4) Historical reconstruction models have been gradually developed from empirical models to mechanistic ones. The method does not only reconstruct the quantity of land use/cover in historical periods, but it also reproduces the spatial distribution. Yet there are still few historical land-cover datasets with high spatial resolution. (5) Reconstruction method based on multiple-source data and multidisciplinary research could build historical land-cover from multiple perspectives, complement the missing data, verify reconstruction results and thus improve reconstruction accuracy. However, there are challenges that make the method still in the exploratory stage. This method can be a long-term development goal for the historical land-cover reconstruction. Researchers should focus on rebuilding historical land-cover dataset with high spatial resolution by developing new models so that the study results could be effectively applied in simulations of climatic and ecological effects.     

干旱区土地利用/土地覆盖变化与全球环境变化

土地利用与土地覆盖是人类活动在地球表面是宏观的表现，为分析全球环境变化中人类活动的作用提供了切入点，土地利用/土地覆盖变化（LUCC）既是全球环境变化的原因，也是全球环境变化的结果，而占全球陆地表面40%以上的干旱区，由于其具有成因复杂，类型多样，对环境变化敏感，变化过程快，幅度大，景观差异明显等特点，是全球变化特别是LUCC研究的重要场所，文章在介绍LUCC概念的基础上，综述了全球环境变化与LUCC的关系，依据干旱区的自然和生态环境，分析了干旱区LUCC的特点，阐述了干旱区土地利用/覆盖变化研究对全球环境变化研究的重要性，概括了干旱区LUCC研究的方法。     

中国可持续发展问题与土地利用/覆被变化研究

土地利用 /覆被变化 (LUCC)研究 ,已成为全球环境变化和可持续发展领域前沿的核心问题。中国是世界上人多地少、生态与环境问题较为突出的发展中国家 ,目前中国可持续发展所面临的许多问题 ,都与土地利用及其变化有着内在的、必然的联系。因此 ,面向可持续发展战略的实施 ,开展土地利用 /覆被变化的系统研究 ,具有重要的科学价值与战略意义。本文重点对土地利用 /覆被变化与可持续发展重点问题的关系 ,以及面向可持续发展问题的LUCC研究目标、主要内容和技术方法等进行了讨论     

北京地区土地利用/覆盖变化研究

本文利用1975、1984、1991和1997的LandsatTM/MSS数据,对北京地区改革开放以来22年的土地利用/覆盖变化进行了研究。结果表明从1975～1997年,北京地区发生了快速城市化背景下的大规模土地利用/覆盖变化,表现出城镇用地通过大量占用平原区耕地扩展,非城镇用地间结构变化明显的基本特征。同时土地利用/覆盖变化区域差异明显,近郊区和远郊区的土地利用/覆盖变化强度发生了逆转,远郊区土地利用/覆盖变化强度在90年代已经超过近郊区,而且该区高密度城镇用地的重心也向西北方向发生了一定程度的移动,显示出同期北京城镇用地向西北方向扩展的趋势