土地利用与土地覆盖变化研究

1、1. 背景和意义背景和意义 2. 土地利用土地利用/覆盖及其变化的定义与相互关系覆盖及其变化的定义与相互关系 3. LUCC的研究目标的研究目标、主旨主旨、焦点焦点 4. LUCC在全球变化研究中的重要地位在全球变化研究中的重要地位 5. LUCC研究进展研究进展 6. LUCC模型的构建模型的构建 7. 建立建立LUCC研究的数据库研究的数据库 8. LUCC研究趋势研究趋势 9. 案例分析案例分析 10.主要参考文献主要参考文献 提纲 1. 背景及意义 进入进入90年代以来，全球环境变化研究领域逐渐年代以来，全球环境变化研究领域逐渐 加强了对土地利用加强了对土地利用/土地覆盖变化的研究土地

2、覆盖变化的研究 (IGBP、 IHDP) 。 IGBP 国际地圈生物圈计划国际地圈生物圈计划 IHDP 国际全球环境变化人文因素计划国际全球环境变化人文因素计划 (1) 首先，土地利用首先，土地利用/土地覆盖变化在全球环境变化土地覆盖变化在全球环境变化 和可持续发展中占有重要地位。和可持续发展中占有重要地位。 “人类通过对与土地有关的自然资源的利用活动，人类通过对与土地有关的自然资源的利用活动， 改变地球陆地表面的覆盖状况，其环境影响不仅改变地球陆地表面的覆盖状况，其环境影响不仅 仅局限于当地，而远至于全球。而土地覆盖变化仅局限于当地，而远至于全球。而土地覆盖变化 对区域水循环、环境质量、生物

3、多样性及陆地生对区域水循环、环境质量、生物多样性及陆地生 态系统的生产力和适应能力的影响则更为深刻。态系统的生产力和适应能力的影响则更为深刻。 ” 原因原因 (2) 其次，地球系统科学、全球环境变化及可持续其次，地球系统科学、全球环境变化及可持续 发展涉及到自然和人文多方面的问题。在这方面发展涉及到自然和人文多方面的问题。在这方面 加强自然和社会科学的综合研究，已成为两大学加强自然和社会科学的综合研究，已成为两大学 科领域众多学者的共识科领域众多学者的共识 。 “在全球环境变化问题中，土地利用在全球环境变化问题中，土地利用/土地覆盖变土地覆盖变 化可以说是自然与人文过程交叉最为密切的问化可以说

4、是自然与人文过程交叉最为密切的问 题。题。” 隶属隶属“国际科学联合会（国际科学联合会（International Science Union: ICSU）”的的IGBP和隶属于和隶属于“国际社会科学国际社会科学 联合会（联合会（International Social Science Council: ISSC ）”的的IHDP，希望以此为突破口，推动全球希望以此为突破口，推动全球 环境问题的综合研究。环境问题的综合研究。 1995年共同拟定并发表了土地利用年共同拟定并发表了土地利用/土地覆土地覆 盖变化科学研究计划（盖变化科学研究计划（Turner II, 1995），），将其将其 列为核

5、心项目之一列为核心项目之一 。 2.土地利用/覆盖及其变化的定义 相互关系（Internet信息） 土地利用土地利用是人类根据土地的特点，按一定的经济与社是人类根据土地的特点，按一定的经济与社 会目的，采取一系列生物和技术手段，对土地进行的会目的，采取一系列生物和技术手段，对土地进行的 长期性或周期性的经营活动。它是一个把土地的自然长期性或周期性的经营活动。它是一个把土地的自然 生态系统变为人工生态系统的过程。生态系统变为人工生态系统的过程。 土地覆盖土地覆盖是指自然营造物和人工建筑物所覆盖的地表是指自然营造物和人工建筑物所覆盖的地表 诸要素的综合体，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、诸要素的综

6、合体，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、 沼泽湿地及各种建筑物如道路等，具有特定的时间和沼泽湿地及各种建筑物如道路等，具有特定的时间和 空间属性，其形态和状态可在多种时空尺度上变化。空间属性，其形态和状态可在多种时空尺度上变化。 土地利用侧重于土地的社会经济属性，土地覆盖侧重土地利用侧重于土地的社会经济属性，土地覆盖侧重 于土地的自然属性。于土地的自然属性。 土地覆盖变化土地覆盖变化包含两个方面的含义包含两个方面的含义，一是转化一是转化 （Conversion），），另一是改变（另一是改变（Modification），）， 前者是土地从一种土地覆盖类型向另一种类型的转前者是土地从一种土地覆盖类型

7、向另一种类型的转 化，后者是一种土地覆盖类型内部条件（结构和功化，后者是一种土地覆盖类型内部条件（结构和功 能）的变化。当然，转化和改变之间的界限并不总能）的变化。当然，转化和改变之间的界限并不总 是很明确的，长期的、经常性的改变最终会导致完是很明确的，长期的、经常性的改变最终会导致完 全的转变。全的转变。 2.1 两种变化的定义两种变化的定义 土地利用变化土地利用变化包括一种利用方式向另一种利用方式包括一种利用方式向另一种利用方式 的转变以及利用范围、强度的改变。的转变以及利用范围、强度的改变。 科尔沁沙地科尔沁沙地 沙化动态沙化动态 1997年年 1990年年 通辽通辽 毛乌素沙地毛乌素沙

8、地 沙化动态沙化动态 9090年代年代 6060年代年代 榆林榆林 固定沙质草地固定沙质草地 流沙与沙化草地流沙与沙化草地 农田农田 水域水域 北京地区北京地区土地土地 利用变化利用变化7575年年 9191年年 9797年年 城镇城镇 农田农田 灌草地灌草地 水域水域 林地林地 草地草地 2.2 两种变化的关系两种变化的关系 单一的土地利用形式往往与某一种土地覆盖类型单一的土地利用形式往往与某一种土地覆盖类型 相对应（放牧草地）。一种土地覆盖类型可能相对应（放牧草地）。一种土地覆盖类型可能 支持多种利用方式，如森林可用于木材开采、采支持多种利用方式，如森林可用于木材开采、采 伐或火烧后用于耕

9、作、狩猎和采集、燃料木收集、伐或火烧后用于耕作、狩猎和采集、燃料木收集、 娱乐活动、野生生物保护、水土保持等。一个单娱乐活动、野生生物保护、水土保持等。一个单 一的土地利用系统可能包含不同的土地覆盖类型一的土地利用系统可能包含不同的土地覆盖类型 共同存在，如一个农业系统兼有耕地、林地、已共同存在，如一个农业系统兼有耕地、林地、已 开发的牧场、村落（居民地）。开发的牧场、村落（居民地）。 土地利用的变化很可能引起土地覆盖变化，但在土地利用的变化很可能引起土地覆盖变化，但在 土地利用不变的情况下，土地覆盖也可能发生变土地利用不变的情况下，土地覆盖也可能发生变 化。如当木材生产或耕作的常速超过了森林

10、的更化。如当木材生产或耕作的常速超过了森林的更 新能力时，森林将不断地缩小。新能力时，森林将不断地缩小。 现在大多数的土地覆盖变化是为人类的土地利用现在大多数的土地覆盖变化是为人类的土地利用 所驱动，土地覆盖的变化是土地利用变化的直接所驱动，土地覆盖的变化是土地利用变化的直接 响应。响应。 3. LUCC的研究目标、主旨、焦点 更好地认识全球土地利用和土地覆盖的驱动力；更好地认识全球土地利用和土地覆盖的驱动力； 调查和描述土地利用和土地覆盖动力学中的时空可调查和描述土地利用和土地覆盖动力学中的时空可 变性；变性； 确定各种土地利用和可持续性间的关系；确定各种土地利用和可持续性间的关系； 认识认

11、识LUCC、生物地球化学和气候之间的相互关系。生物地球化学和气候之间的相互关系。 最终增进我们对基于区域以模型方式显示的土地利最终增进我们对基于区域以模型方式显示的土地利 用与土地覆盖之间关系的理解，以更好地进行预测。用与土地覆盖之间关系的理解，以更好地进行预测。 LUCC计划研究的基本目标是提高对全球土地计划研究的基本目标是提高对全球土地 利用和土地覆盖变化动力学（动态过程）的认识，利用和土地覆盖变化动力学（动态过程）的认识， 并着重提高预测土地利用和土地覆盖变化的能力。并着重提高预测土地利用和土地覆盖变化的能力。 LUCC研究的实质是为人类进一步理性化的土研究的实质是为人类进一步理性化的土

12、 地利用服务，通过对人类土地利用及所带来的土地地利用服务，通过对人类土地利用及所带来的土地 覆盖变化的研究，对人类现时的土地使用政策进行覆盖变化的研究，对人类现时的土地使用政策进行 评估，预测由此所带来的种种后果，以求最终能提评估，预测由此所带来的种种后果，以求最终能提 出土地利用的最优模式，实现可持续性的土地利用。出土地利用的最优模式，实现可持续性的土地利用。 焦点焦点 由于土地利用由于土地利用/覆盖变化的机制对解释土地覆盖覆盖变化的机制对解释土地覆盖 的时空变化和建立土地覆盖变化的预测模型起关键的时空变化和建立土地覆盖变化的预测模型起关键 作用，是整个全球环境变化研究计划对土地利用作用，是

13、整个全球环境变化研究计划对土地利用/ 覆盖变化项目的要求，因而是覆盖变化项目的要求，因而是LUCC研究的焦点。研究的焦点。 要进行土地利用要进行土地利用/覆盖变化机制研究，现在主要覆盖变化机制研究，现在主要 是通过遥感图像分析，通过区域性案例的研究，了是通过遥感图像分析，通过区域性案例的研究，了 解过去不同时段土地覆盖的空间变化过程，并将其解过去不同时段土地覆盖的空间变化过程，并将其 与改变土地利用方式的自然和经济主要驱动因子联与改变土地利用方式的自然和经济主要驱动因子联 系起来，建立解释土地覆盖时空变化的经验模型。系起来，建立解释土地覆盖时空变化的经验模型。 再结合土地利用的地面调查，建立区

14、域性的驱动因再结合土地利用的地面调查，建立区域性的驱动因 子土地利用土地覆盖变化的诊断模型。子土地利用土地覆盖变化的诊断模型。 4.LUCC在全球变化研究中的重要地位 地球上至少有一半的没有被冰雪覆盖的陆地表面已地球上至少有一半的没有被冰雪覆盖的陆地表面已 由于人类的各种利用而发生了实质性的改变由于人类的各种利用而发生了实质性的改变 (Kate, 1990); Vitousek等等 (1992) 估计近估计近40的地球陆地总净生产的地球陆地总净生产 力是被人类利用或者通过土地使用的变化而消费掉，力是被人类利用或者通过土地使用的变化而消费掉， 4的陆地净生产力为人和家养动物直接利用，的陆地净生产

15、力为人和家养动物直接利用，26.7 发生在人控制的系统（如农地）内，还有近发生在人控制的系统（如农地）内，还有近12 是因为人类活动而遗失。是因为人类活动而遗失。 土地利用土地利用/土地覆盖的变化对全球土地覆盖的变化对全球CO2升高的作用是升高的作用是 及其明显的，在当代，其作用仅次于化石燃料的燃及其明显的，在当代，其作用仅次于化石燃料的燃 烧，也有研究表明，在过去烧，也有研究表明，在过去150年间，土地覆盖的年间，土地覆盖的 变化和矿物燃料的燃烧向大气层排放了大致相等数变化和矿物燃料的燃烧向大气层排放了大致相等数 量的量的CO2 (Houghton, 1990)，而且是而且是CH4和和N2O

16、等温等温 室气体增加的主要原因，并对局地和区域气候产生室气体增加的主要原因，并对局地和区域气候产生 影响影响 (Vitousek, 1994)。 土地覆盖通过特定的地表特征（粗糙度、反射率与土地覆盖通过特定的地表特征（粗糙度、反射率与 影响水热通量的其他性质）影响着海洋驱动的大气影响水热通量的其他性质）影响着海洋驱动的大气 环流的基本格局并导致区域与局地气候发生变化。环流的基本格局并导致区域与局地气候发生变化。 不同的土地覆盖类型有着不同的生态系统结构、群不同的土地覆盖类型有着不同的生态系统结构、群 落组成与生物量；它们也以不同的速度吸收与固定落组成与生物量；它们也以不同的速度吸收与固定 诸如

17、炭与氮之类的养分，对营养成分在土壤、大气诸如炭与氮之类的养分，对营养成分在土壤、大气 与水中的分布有着重要影响。与水中的分布有着重要影响。( B. L. Turner II, David Skole, 1992 ) 土地覆盖土地覆盖大气大气 的相互作用的相互作用 生物地球化学生物地球化学 大气化学大气化学 水与能量水与能量 生物多样性生物多样性 生态系统的结构与功能生态系统的结构与功能 物种与基因多样性物种与基因多样性 土地覆盖的破碎化土地覆盖的破碎化 可持续性问题可持续性问题 土壤利用与侵蚀速率土壤利用与侵蚀速率 土壤养分的保持土壤养分的保持 水资源利用水资源利用 农业农业生态潜力生态潜力/

18、承载容量承载容量 农村规划农村规划/环境与发展环境与发展 国家与国际政策国家与国际政策 对全球气候变化的对全球气候变化的 响应响应 对气候变化的土地敏感性对气候变化的土地敏感性 减缓气候变化的土地利用减缓气候变化的土地利用 综合建模与评价综合建模与评价 全球变化专题性研究中所需的LUCC信息 5. LUCC研究进展及趋势 基本研究内容基本研究内容 ( (a) a) 土地覆盖变化对全球环境变化的影响。土地覆盖变化对全球环境变化的影响。主要回答土地主要回答土地 利用如何通过改变土地覆盖而影响全球环境变化。全球环利用如何通过改变土地覆盖而影响全球环境变化。全球环 境变化包括两个层次的变化（境变化包括

19、两个层次的变化（Turner II, 1990Turner II, 1990）：）：系统系统 性的变化和累积的变化。前者是真正全球意义上的变化，性的变化和累积的变化。前者是真正全球意义上的变化， 如气候波动和碳循环等；后者是区域性的变化，其累积效如气候波动和碳循环等；后者是区域性的变化，其累积效 果影响到全球性的环境现象，如植被破坏、生物多样性的果影响到全球性的环境现象，如植被破坏、生物多样性的 损失及土壤侵蚀等。土地覆盖变化对系统性全球环境变化损失及土壤侵蚀等。土地覆盖变化对系统性全球环境变化 的影响研究的内容包括：温室气体的竟释放效应、大气下的影响研究的内容包括：温室气体的竟释放效应、大气

20、下 垫面反照率的变化等等。对累积性变化影响的研究内容包垫面反照率的变化等等。对累积性变化影响的研究内容包 括：土地退化、生物多样性、流域水平衡、水质和水环境、括：土地退化、生物多样性、流域水平衡、水质和水环境、 河流泥沙及海洋生态系统等等方面的影响。河流泥沙及海洋生态系统等等方面的影响。 ( (b) b) 全球环境变化对土地覆盖变化的影响。全球环境变化对土地覆盖变化的影响。研究其它方面研究其它方面 的环境变化，主要是气候变化对土地利用的环境变化，主要是气候变化对土地利用/ /土地覆盖的影响，土地覆盖的影响， 以及土地利用以及土地利用/ /土地覆盖对可能的环境变化的敏感性土地覆盖对可能的环境变化

21、的敏感性。气候气候 变化对土地利用变化对土地利用/ /土地覆盖的影响包括通过气温和降水的波土地覆盖的影响包括通过气温和降水的波 动造成的直接影响及通过干旱、洪水、土地退化产生的间动造成的直接影响及通过干旱、洪水、土地退化产生的间 接影响。接影响。 ( (c) c) 土地利用土地利用/ /土地覆盖变化与可持续发展。土地覆盖变化与可持续发展。由于陆地和由于陆地和 海洋生态系统的土地、水、食物及纤维等资源的丰缺都会海洋生态系统的土地、水、食物及纤维等资源的丰缺都会 受到土地利用受到土地利用/ /土地覆盖变化的直接或间接的影响，因此土地覆盖变化的直接或间接的影响，因此 世界环境和发展大会所提出的许多可

22、持续发展问题均与土世界环境和发展大会所提出的许多可持续发展问题均与土 地利用地利用/ /土地覆盖变化有关土地覆盖变化有关。 5.8 土地利用土地利用/土地覆盖变化的环境影响土地覆盖变化的环境影响 (1) (1) 大气化学性质及过程大气化学性质及过程 对全球气候变化有影响的温室气体是主要的长命气体成份（对全球气候变化有影响的温室气体是主要的长命气体成份（Penner, 1992）; 其可因土地覆盖的变化而增加。其可因土地覆盖的变化而增加。 森林消失、土壤碳的氧化、化石燃料的燃烧等都使大气中森林消失、土壤碳的氧化、化石燃料的燃烧等都使大气中CO2浓度浓度 增加增加; 土地利用变化对土地利用变化对1

23、9世纪全球大气世纪全球大气CO2增加起着重要的作用，增加起着重要的作用， 其作用仅次于化石燃料的燃烧（其作用仅次于化石燃料的燃烧（Keeling, 1976；Bacastow, 1981； Rotty, 1981），），对大气对大气CO2含量增加有净贡献；从含量增加有净贡献；从1750年以来，大年以来，大 气中气中CH4 的浓度增加一倍多，原因主要是人类工农业活动的共同作的浓度增加一倍多，原因主要是人类工农业活动的共同作 用；用；N2O增加的速度较慢，很可能主要与热带的土地利用变化及农增加的速度较慢，很可能主要与热带的土地利用变化及农 业活动有关（业活动有关（Matson, 1990）；）；C

24、FC-11（氟氯烷氟氯烷11）由）由1950年的年的 0增加到增加到1990年的年的0.29ppbv（体积的十亿分之一）（体积的十亿分之一）（Houghton, 1990）。）。 土地利用变化是大气中土地利用变化是大气中CH4和和N2O浓度增加的最主要原因。稻田、浓度增加的最主要原因。稻田、 生物燃烧、牲畜等释放出生物燃烧、牲畜等释放出CH4，土壤、肥料、生物燃烧放出土壤、肥料、生物燃烧放出N2O。 (2) (2) 气候变化气候变化 微气候的变化微气候的变化 区域气候乃至全球变化影响区域气候乃至全球变化影响 城市的热岛效应城市的热岛效应 (3) (3) 水文的变化水文的变化 土地利用土地利用/

25、土地覆盖变化的水文（地表水和地下水）影土地覆盖变化的水文（地表水和地下水）影 响包括水质和水量的变化。响包括水质和水量的变化。 由于人类耕作（特别是化学肥料和杀虫剂的使用）和由于人类耕作（特别是化学肥料和杀虫剂的使用）和 定居（城市污水）引起的土地覆盖的变化已造成了世定居（城市污水）引起的土地覆盖的变化已造成了世 界性的水污染（界性的水污染（Rogers, 1992；Smil, 1990）。）。 很多研究表明，森林开采（特别是高地上的森林）增很多研究表明，森林开采（特别是高地上的森林）增 加了下游洪水泛滥的频率和强度（加了下游洪水泛滥的频率和强度（Richey, 1989； Sterbberg

26、, 1987）。）。 (4) (4) 对对生物多样性的生物多样性的影响影响 全球全球1/31/2 的陆地表面，已经被人类活动所改变。的陆地表面，已经被人类活动所改变。 一些重要的生态系统变成斑块（一些重要的生态系统变成斑块（fragments），），有的实际有的实际 上已消失（如高草草原，干季落叶的热带森林）。上已消失（如高草草原，干季落叶的热带森林）。 大量的种和遗传学上独立的种群已消失（大量的种和遗传学上独立的种群已消失（Wilson, 1992； Myers, 1993）。）。 拥有全球拥有全球50物种的栖息地的热带雨林，比原有面积物种的栖息地的热带雨林，比原有面积 减少一半；温带森林减

27、少一半；温带森林1/3已被砍伐；温带雨林已成为濒已被砍伐；温带雨林已成为濒 危生态系统；澳大利亚、新西兰、美国加利福尼亚的危生态系统；澳大利亚、新西兰、美国加利福尼亚的 湿地已消失一半；亚洲、拉丁美洲、西非的红树林损湿地已消失一半；亚洲、拉丁美洲、西非的红树林损 失严重，印度、巴基斯坦、泰国至少有失严重，印度、巴基斯坦、泰国至少有3/4的红树林受的红树林受 到损害。在中国，到损害。在中国，2000年前森林覆盖率达年前森林覆盖率达50，现在只，现在只 约有约有13.8。热带森林大部分被橡胶园和热带作物园取。热带森林大部分被橡胶园和热带作物园取 代，老龄的落叶阔叶林已消失，现存的主要为中龄的代，老

28、龄的落叶阔叶林已消失，现存的主要为中龄的 次生落叶阔叶林，常绿阔叶林是生物物种最丰富的一次生落叶阔叶林，常绿阔叶林是生物物种最丰富的一 个森林类型，同样遭到严重破坏，保存较好的呈片断个森林类型，同样遭到严重破坏，保存较好的呈片断 化分散在不同的山地上的。化分散在不同的山地上的。 由于过渡放牧，退化草场占可利用草场面积的由于过渡放牧，退化草场占可利用草场面积的1/4，由于，由于 各种原因引起的土地沙化面积达各种原因引起的土地沙化面积达1.26亿公顷。亿公顷。 土地利用模式的改变使物种栖息地斑块化，造成了许多土地利用模式的改变使物种栖息地斑块化，造成了许多 交错带，产生了边界效应交错带，产生了边界

29、效应(edge effect)，引起生物多样性引起生物多样性 的变化。的变化。 6. 模型构建与驱动力分析 6.1 目的及意义目的及意义 在不同的时空尺度上对在不同的时空尺度上对LUCC的主要社会经济与自的主要社会经济与自 然驱动力，以及然驱动力，以及LUCC对这些驱动力与全球变化的对这些驱动力与全球变化的 反馈进行模拟，在此基础上对反馈进行模拟，在此基础上对LUCC进行准确的预进行准确的预 测。测。 增进对在局部、区域以及全球等不同尺度上的增进对在局部、区域以及全球等不同尺度上的 LUCC与主要驱动力之间关系的动态与后果的理解，与主要驱动力之间关系的动态与后果的理解， 也可以加深我们有关也可

30、以加深我们有关LUCC对外界变化敏感性的认对外界变化敏感性的认 识。识。 6.2 建模方法建模方法 数理统计的方法：通过数理统计可以构建三种类型数理统计的方法：通过数理统计可以构建三种类型 的经验性模型，即马尔科夫链转换概率模型或罗揭的经验性模型，即马尔科夫链转换概率模型或罗揭 斯谛模型；回归模型；空间统计模型，这些模型结斯谛模型；回归模型；空间统计模型，这些模型结 合在一起，可以用来分析何时（马尔科夫链转换概合在一起，可以用来分析何时（马尔科夫链转换概 率模型或罗揭斯谛模型）、何故（回归模型）以及率模型或罗揭斯谛模型）、何故（回归模型）以及 何处（空间统计模型）发生着土地利用与土地覆盖何处（

31、空间统计模型）发生着土地利用与土地覆盖 的转换过程，而且这些经验性模型还可被用来作为的转换过程，而且这些经验性模型还可被用来作为 构建力学或系统动态学模型的基础。但这些模型的构建力学或系统动态学模型的基础。但这些模型的 可信性是建立在所获取的数据的可靠性基础之上的。可信性是建立在所获取的数据的可靠性基础之上的。 系统动态学的方法：系统动力学模型是建立在对土系统动态学的方法：系统动力学模型是建立在对土 地利用与土地覆盖变化过程的系统仿真基础之上，地利用与土地覆盖变化过程的系统仿真基础之上， 是对其动态与实时的模拟，如果能保证模拟的正确是对其动态与实时的模拟，如果能保证模拟的正确 性与全面性，可以

32、获得较前者更高可信度的预测结性与全面性，可以获得较前者更高可信度的预测结 果。但也存在着过程复杂、难以把握的缺点。果。但也存在着过程复杂、难以把握的缺点。 6.3 对于构建新的对于构建新的LUCC模型的要求模型的要求 首先，构建首先，构建LUCC模型的时候更多地考虑经济、文模型的时候更多地考虑经济、文 化与制度因素，要对建立在经济理论基础上的市场化与制度因素，要对建立在经济理论基础上的市场 运作机制有一全面的了解。运作机制有一全面的了解。 其次，更多的考虑区域内的空间结构与尺度问题其次，更多的考虑区域内的空间结构与尺度问题(包包 括生产商品的异质性、社会文化的异质性以及空间括生产商品的异质性、

33、社会文化的异质性以及空间 的异质性的异质性)。 再者，要增进经济与自然过程模型之间的联系。再者，要增进经济与自然过程模型之间的联系。 此外，在模型构建过程中还应考虑模型对技术进步此外，在模型构建过程中还应考虑模型对技术进步 的敏感性。的敏感性。 最后，还应考虑政策与制度因素对于建模的影响。最后，还应考虑政策与制度因素对于建模的影响。 不同尺度不同尺度LUCC的驱动力分析的驱动力分析 7. 建立LUCC研究的数据库 各类土地利用/土地覆盖动态的信息，包括城市、 工业、干旱区与灌溉农业、半天然与森林/裸露 自然区域以及保护区等，还包括通过历史数据 推演出来的历史上的LUCC动态信息。 环境数据环境

34、数据 l气候数据 (降水、温度、光照、相对湿度 等) l地形数据（海拔、坡度与坡向） l土壤数据（土壤有机碳、肥力、组织等） l植被数据（植被盖度、种类、动态） l养分传输 l土地资源退化 l水资源退化与污染（地表水与地下水） 经济数据经济数据 l多部门生产结构（地区水平上） l生产投入（技术、农业化肥、劳动力、机 械、灌溉等的投入，在地区水平上） l价格、补贴与税收（省或国家水平上） l基础设施（能源、交通与电信） 社会数据社会数据 l人口普查数据与空间分布模式 (地区水平 上) l收入分配（地区水平上） l迁移（国际间与省之间） l制度（土地占有权、水权等） l健康(实际/潜在性疾病发生率

35、的地区分布) l人口增长、人口结构与迁移的变化 l能源、产品与舒适的追求(消费模式、游憩 ) l生活方式与城乡间的相互关系 l自然条件中的极端事件与变化性 l宏观经济驱动力 l国家政策措施与指令 l外部驱动力（贸易全球化、国际协定） 土地利用土地利用/覆盖覆盖 变化数据变化数据 全球与区域尺全球与区域尺 度上度上LUCC驱驱 动力数据动力数据 http:/www.icc.es/ lucc/data/priorities. html LUCC研究所需基本数据 4.季节反照率 3.季节生长情况 绿度值起始点 绿度值高峰期 季节长度 土地覆盖数据集内容 1.自然生态区 2. 土 地 覆 盖 / 植

36、被 描述 5.高程数据 6.气候数据 7.生态组份 土管 地理 草地覆盖 土地利用/覆盖 森林覆盖 农田覆盖 气模 候型反照率 C、N 循环 表面粗糙度 环监 境测 地表变化 生态脆弱性 资源状况 可 持 续 发 展 地形数据 生态区域 气候数据 土地资源面积 多遥 时感 相数 的据 NDVI(n) NDVI(1) NDVI(2) NDVI(3) 相态 关学 的和 地气 学候 、数 生据 亮度(1) 亮度(2) 亮度(3) 亮度(n) NECT NECT NECT NECT 土地覆盖特征数据集概念模型土地覆盖特征数据集概念模型 亮度 季节性的 最大NDVI 植被 NDVI 初级土地 覆盖区域

37、初级非植被 土地覆盖区域 植被土地 覆盖特征 植被土地覆 盖区域 非植被土地 覆盖区域 非植被土地 覆盖特征 植被土地 覆盖特征 非植被土地 覆盖特征 地形 气候 生态区域 LU/LC 行政区划 多源数据库 NDVI AVHRR 时间序列 合成数据库 区域化 初级特征 以及层次 最终特征 土地覆盖 特征数据集 海拔 坡度 坡向 太阳照度等 降水量 温度 无霜期 土地类型图 土壤类型图 土地利用图 行政区划图等 NECT 土地覆盖图 植被类型图 生态区划图等 相对湿度等 非植被 亮度 建立土地覆盖特征数据集的流程图建立土地覆盖特征数据集的流程图 中国东部样带季节性（中国东部样带季节性（Seaso

38、nal） NDVI变化变化 Jan.Feb.Mar. Apr.May.Jun. Juy.Aug.Sep.Oct.Nov. Dec. 8. LUCC研究趋势 IDGEC (Institutional Dimensions of Global Environmental Change) IT (Industrial Transformations) GECHS (Global Environmental Change and Human Security) START (Global Change System for Analysis, Research and Training) IHDP C

39、ore Projects 9. 案例分析 土地利用和覆盖变化及其 对农业生态系统的影响 50N 40N 30N 20N 5000 Kilometers 1000 100E90E 国家自然科学基金重大项目 108E 样带范围及定位观测站点分布图样带范围及定位观测站点分布图 (4) (1) (2) (3) 中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互机理研究中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互机理研究39899370-4 110E (5) 120E (6) (8) (9) (10) (7) 3. 农田站 (9) 安阳站 (10) 鹰潭站 2. 草原站 (8) 沈阳站 (6) 皇甫川站 (7)黑山头站

40、(4) 鼎湖山站 (5) 尖峰岭站 (3) 会同站 (1) 帽儿山站 (2) 北京站 1. 森林站 定位观测站点 118E128E 应用航天、航空遥感资料和地面数据对中应用航天、航空遥感资料和地面数据对中 国东部样区土地利用和地表覆盖进行对比分析，国东部样区土地利用和地表覆盖进行对比分析， 识别主要土地利用和土地覆盖类型；适当选取识别主要土地利用和土地覆盖类型；适当选取 典型区，在景观尺度上研究典型区土地利用和典型区，在景观尺度上研究典型区土地利用和 地表覆盖格局及其与自然和社会变化过程的相地表覆盖格局及其与自然和社会变化过程的相 互关系，揭示中国东部农业生态系统土地利用互关系，揭示中国东部农

41、业生态系统土地利用 和地表覆盖变化与全球变化相互影响的机理，和地表覆盖变化与全球变化相互影响的机理， 探索对全球变化有适应能力的土地利用规划对探索对全球变化有适应能力的土地利用规划对 策。策。 9.1 研究目标研究目标 9.2 研究内容研究内容 本项目的研究包括两个主要部分：本项目的研究包括两个主要部分： 1、中国东部区域土地利用和地表覆盖变化规律、中国东部区域土地利用和地表覆盖变化规律 的研究；的研究； 2、土地利用和地表覆盖的景观特征对环境过程、土地利用和地表覆盖的景观特征对环境过程 影响的分析与模拟。影响的分析与模拟。 9.3 研究方法研究方法 采用高空间分辨率、高时间分辨率、必要时也将

42、引采用高空间分辨率、高时间分辨率、必要时也将引 用航空遥感资料进行深入细致的样区研究，以此为用航空遥感资料进行深入细致的样区研究，以此为 基础完成从典型样区到整个区域不同空间尺度研究基础完成从典型样区到整个区域不同空间尺度研究 的转换。的转换。 利用利用NOAA-AVHRR 8km x 8km和和4km x 4km数据数据 分析研究东部样区内土地利用分析研究东部样区内土地利用/地表覆盖现状和变化地表覆盖现状和变化 趋势，利用趋势，利用LANDSAT-TM数据和航空遥感数据，数据和航空遥感数据， 研究样带内典型样区的土地利用和地表覆盖现状和研究样带内典型样区的土地利用和地表覆盖现状和 变化趋势。

43、变化趋势。 根据对遥感数据的研究结果和地面调查、统计资料，根据对遥感数据的研究结果和地面调查、统计资料， 分析土地利用和有关社会、经济、自然要素之间的分析土地利用和有关社会、经济、自然要素之间的 相互关系，分析土地利用和地表覆盖变化与主要驱相互关系，分析土地利用和地表覆盖变化与主要驱 动力因子之间的作用关系。动力因子之间的作用关系。 根据遥感和地面数据，研究典型区内农业生态系统根据遥感和地面数据，研究典型区内农业生态系统 的景观结构特征，进行景观要素的生态分析，建立的景观结构特征，进行景观要素的生态分析，建立 景观结构与环境变化之间相互影响的关系。景观结构与环境变化之间相互影响的关系。 运用模

44、型和运用模型和GIS手段，分析模拟景观尺度上的土壤手段，分析模拟景观尺度上的土壤 侵蚀和土地资源特征，研究全球变化条件下土地资侵蚀和土地资源特征，研究全球变化条件下土地资 源和土壤肥力的变化趋势。源和土壤肥力的变化趋势。 9.4 技术路线技术路线 分类方法的确定和分类系统的建立 遥感数据 (NOAA-AVHRR、TM等) GPS数据、样带调查资料、气象、树木年 轮、历史文献、沉积资料 不同时空分辨率遥感数据的整合 遥感数据与地面调查数据的整合 自然因素对地表覆盖的影响分析 社会经济因素对土地利用的影响 分析 典型地段1:10万土 地利用图 典型地段土地利用和人类活动 相互作用的模型。 样带土地

45、利用和土地覆盖变化 的综合模型 样带社会经济 统计资料 样带1:100万土地 利用/土地覆盖图与数 据库 土地利用/土地覆盖 遥感监测 典型区段土地利用和土地覆盖变化动 态仿真模型 国家自然科学基金重大项目国家自然科学基金重大项目(39899370-4)(39899370-4) 中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互作用机理研究中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互作用机理研究第四课题：土地利用与覆盖变化及其对农业生态系统的影响第四课题：土地利用与覆盖变化及其对农业生态系统的影响 图例 制图单位制图单位：北京师范大学资源科学研究所，北京师范大学资源科学研究所， 环境演变与自然灾害教育部重点实验

46、室环境演变与自然灾害教育部重点实验室 制图时间制图时间：1999年年11月月 19831983年中国东部样带土地覆盖类型图年中国东部样带土地覆盖类型图(8(8km)km) 图像范围：图像范围：104.8E135.0 E 18.2 N53.6 N 投影方式：投影方式：Geographic 成像时间：成像时间：1983.1 1983.12 合成方式：逐月合成合成方式：逐月合成 数据类型：数据类型：NOAA/AVHRRNDVI 分分 辨辨 率：率：8km 8km 常绿针叶林 (部分种植园) 常绿针阔混交林 落叶针叶林 落叶阔叶林 落叶针阔混交林 1、森林 11 11 常绿森林常绿森林 12 12 落

47、叶森林落叶森林 3、复合类型 常绿阔叶林地+作物 半常绿林地 +半长绿灌丛+草地 常绿针叶林地+作物 落叶阔叶林+ 落叶灌丛+草地 灌丛+草地+作物 温性草地+一年一熟作物 4、作物 一年一熟作物 一年一熟/局部两年 三熟旱作 一年两熟/两年三熟 水浇地 一年水旱两熟作物 双季稻/水稻连作 喜凉旱作一年三熟 5、低植被覆盖地与裸地 低植被覆盖地 草甸草原 干草原 荒漠草原 (局部沙地植被) 2、草地 温性草地温性草地 沙地植被 多时相合成图多时相合成图 20N 110E 40N 30N 118E 108E 50N 128E 500 120E 0250 Kilometers 多时相合成图多时相合

48、成图 国家自然科学基金重大项目国家自然科学基金重大项目(39899374)(39899374) 中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互作用机理研究中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互作用机理研究第四课题：土地利用与覆盖变化及其对农业生态系统的影响第四课题：土地利用与覆盖变化及其对农业生态系统的影响 图例 制图单位制图单位：北京师范大学资源科学研究所，北京师范大学资源科学研究所， 环境演变与自然环境演变与自然 灾害教育部重点实验室灾害教育部重点实验室 制图时间制图时间：1999年年11月月 19921992年中国东部样带土地覆盖类型图年中国东部样带土地覆盖类型图 图像范围：图像范围：104.8

49、E135.0 E 18.2 N53.6 N 投影方式：投影方式：Geographic 成像时间：成像时间：1992.4 1993.3 合成方式：逐月合成合成方式：逐月合成 数据类型：数据类型：NOAA/AVHRRNDVI 分分 辨辨 率：率：1km 1km 常绿针叶林 常绿阔叶林 常绿针阔 混交林 常绿针叶 +落叶阔叶混交林 落叶针叶林 落叶阔叶林 落叶针阔 混交林 落叶针阔 混交林+湿地 草甸草原 干草原 荒漠草原 (含沙地植被) 1、森林 11 11 长绿森林长绿森林 12 12 落叶森林落叶森林 3、草地 温性草地温性草地 2、灌丛与疏林 常绿阔叶灌 丛与疏林地 落叶阔叶 灌丛 4、复合

50、类型 常绿林地+灌丛 常绿林地+作物 半常绿林地 +半长绿灌丛+草地 针叶林地+ 草地 落叶阔叶林+ 灌丛+草地 灌丛+草地+ 作物 草地+落叶阔叶 林地+作物 作物+林地+ 灌丛+草地 5、低植被覆盖地与裸地 裸地 7、水体 河流、湖泊、 水库 8、城镇居民用地 40N 50N 108E 110E 30N 20N 120E Kilometers 0250500 118E 128E 6、作物 一年一熟作物 一年两熟/两 年三熟旱作 一年两熟/两年 三熟水浇地 一年水旱两熟 作物 双季稻/水稻连作喜凉 旱作一年三熟 三季稻 低植被覆盖地 草甸 国家自然科学基金重大项目国家自然科学基金重大项目(3

51、9899374)(39899374) 中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互作用机理研究中国东部陆地农业生态系统与全球变化相互作用机理研究第四课题：土地利用与覆盖变化及其对农业生态系统的影响第四课题：土地利用与覆盖变化及其对农业生态系统的影响 图例 制图单位制图单位：北京师范大学资源科学研究所，北京师范大学环境北京师范大学资源科学研究所，北京师范大学环境 演变与自然灾害教育部重点实验室演变与自然灾害教育部重点实验室 制图时间制图时间：2000年年11月月 19951995年中国东部样带土地覆盖类型图年中国东部样带土地覆盖类型图 图像范围：图像范围：103.5E135.1 E 18.0 N56.

52、6 N 投影方式：投影方式：Geographic 成像时间：成像时间：1995.2 1996.1 合成方式：逐月合成合成方式：逐月合成 数据类型：数据类型： NOAA/AVHRRNDVI 分分 辨辨 率：率：1km 1km 常绿针叶林 +灌丛 1、森林 11 11 长绿林长绿林 4、复合类型 7、水体 8、城镇居民用地 3、草地 温性草地温性草地 草甸草原 典型草原 荒漠草原 (含沙地植被) 5、低植被覆盖地与裸地 低植被覆盖 地与裸地 6、作物 一年一熟作物 一年两熟/两年 三熟作物 一年水旱两熟作物 河流、湖泊、水库 2、灌丛与疏林 常绿灌丛与 疏林地 落叶灌丛 +矮林 落叶针叶林 落叶阔

53、叶林 落叶针阔 混交林 12 12 落叶林落叶林 草地 一年一熟作物 沙地灌丛 单(双)季稻 与喜凉作物 +长绿、落 叶阔叶林+ 灌丛 常绿、落叶 阔叶混交林 地+双季稻连 作喜温作物 单(双)季稻连作 喜凉旱作或 一年三熟作物 常绿、落叶 灌丛与矮林 地+作物 40N 50N 108E 110E 30N 20N 120E Kilometers 0250500 118E 128E 94年土地利用分类年土地利用分类 88年土地利用分类年土地利用分类 图例 耕地 林地 草地 退化草地 水域 沙漠 沙地 裸地 积雪 数据：NOAA/AVHRR 空间分辨率：1km 分类方法：监督分类 精度检验：随机取

54、点检 验精度 西北五省土地利用分类结果西北五省土地利用分类结果 西北五省土地利用分类结果比较西北五省土地利用分类结果比较 西北五省土地利用分类比较西北五省土地利用分类比较 面积（Km2）百分比（%） 土地利用类型 1988年 1994年 1988年 1994年 耕 地 1400531631473.944.59 林 地 117600991963.312.79 草 地 117009090871432.8925.54 退化草地 1100383129031430.9336.27 水 域370.36 沙 漠 3056084106848.5911.54 沙 地 618645471

55、79217.3913.26 戈 壁 542821525391.534.29 雪 山 37657484311.061.36 合 计 35576873557687100100 1.IGBP计划研究报告第35号（HDP计划研究报告第7号）： 土地利用与土地覆盖变化科学研究计划，B.L.TurnerII, DavidSkole等,1995 2.IGBP计划研究报告第24号（HDP计划研究报告第5号）： 与土地利用有关的全球土地覆盖变化，B.L.TurnerII, DavidSkole,1992 3.http:/www.icc.es/lucc/news/draftIP.html，Implementati

56、on Planforlanduseandcoverchange(LUCC),2000 4.http:/www.icc.es/lucc/data/priorities.html，Priority InformationForland-use/land-coverChangeStudies,2000 10. 主要参考文献 5.L.Frescoetc.，LandUseandCoverChange(LUCC) OpenScienceMeetingProceedings,LUCCReportSeries NO.1 6.TheIGBPinAction:WorkPlan1994-1998,IGBPRepor

57、t No.28,Stockholm:IGBP,1994 7.G.Fischer，ModelingDrivingForcesofLand-useand Land-coverChange：TheIIASALand-UseChange Project，UNEP/DEIA/MR，1997.2 8.D.Skole,FacingthedevelopmentofLUCC,LUCC newsletter3,1998 9.YukioHimiyama,TheIGU-LUCCStudyGroup,LUCC newsletter3,1998 北京地区北京地区土地土地 利用变化利用变化7575年年 9191年年 979

58、7年年 城镇城镇 农田农田 灌草地灌草地 水域水域 林地林地 草地草地 LUCC研究的实质是为人类进一步理性化的土研究的实质是为人类进一步理性化的土 地利用服务，通过对人类土地利用及所带来的土地地利用服务，通过对人类土地利用及所带来的土地 覆盖变化的研究，对人类现时的土地使用政策进行覆盖变化的研究，对人类现时的土地使用政策进行 评估，预测由此所带来的种种后果，以求最终能提评估，预测由此所带来的种种后果，以求最终能提 出土地利用的最优模式，实现可持续性的土地利用。出土地利用的最优模式，实现可持续性的土地利用。 焦点焦点 由于土地利用由于土地利用/覆盖变化的机制对解释土地覆盖覆盖变化的机制对解释土

59、地覆盖 的时空变化和建立土地覆盖变化的预测模型起关键的时空变化和建立土地覆盖变化的预测模型起关键 作用，是整个全球环境变化研究计划对土地利用作用，是整个全球环境变化研究计划对土地利用/ 覆盖变化项目的要求，因而是覆盖变化项目的要求，因而是LUCC研究的焦点。研究的焦点。 要进行土地利用要进行土地利用/覆盖变化机制研究，现在主要覆盖变化机制研究，现在主要 是通过遥感图像分析，通过区域性案例的研究，了是通过遥感图像分析，通过区域性案例的研究，了 解过去不同时段土地覆盖的空间变化过程，并将其解过去不同时段土地覆盖的空间变化过程，并将其 与改变土地利用方式的自然和经济主要驱动因子联与改变土地利用方式的

60、自然和经济主要驱动因子联 系起来，建立解释土地覆盖时空变化的经验模型。系起来，建立解释土地覆盖时空变化的经验模型。 再结合土地利用的地面调查，建立区域性的驱动因再结合土地利用的地面调查，建立区域性的驱动因 子土地利用土地覆盖变化的诊断模型。子土地利用土地覆盖变化的诊断模型。 土地覆盖土地覆盖大气大气 的相互作用的相互作用 生物地球化学生物地球化学 大气化学大气化学 水与能量水与能量 生物多样性生物多样性 生态系统的结构与功能生态系统的结构与功能 物种与基因多样性物种与基因多样性 土地覆盖的破碎化土地覆盖的破碎化 可持续性问题可持续性问题 土壤利用与侵蚀速率土壤利用与侵蚀速率 土壤养分的保持土壤