生态学中的尺度及尺度转换方法
如何理解景观生态学中的尺度问题
如何理解景观生态学中的尺度问题目前，景观生态学是一门很热的学科。
不仅地理学研究者和生态学研究者要学习它，对于园林设计的工作者来说，这也同样是一门新起的而且不得不研究的新学科。
因为景观生态学的内容十分庞大，这里先探讨一下关于景观生态学的概念及其中有关尺度的相关内容。
1.景观生态学的研究内容1.1景观生态学的学科概念景观生态学是地理学与生态学中相互交叉的一门科学。
它集中了地理学的整体论（研究土地格局）和生态学的系统论（研究生态系统）的研究。
景观生态学的定义可以表述为：在地理学的景观格局上研究生态过程的一门学科。
是对景观某一地域上生物群落与环境间的主要的、综合的、因果关系的研究，这些相互关系可以从明确的分布组合和各种大小不同等级的自然区划表现出来。
1.2景观在不同学科中的概念比较因为景观多学科渊源，不同地区和背景的学者对景观的理解也不尽相同。
景观是一个色彩纷呈的名称，人们对景观的认识也是随着学者的不同背景而变化着。
下面将对景观做一个简单的概念比较。
景观这个词的中文理解的是汉字景+观两字的合成。
它所指的是有景可观的意思。
这也是风景园林学科体系对景观的理解。
具体可表述为：一切可以引起视觉感官的空间内容都是景观。
如大地景观、小区景观、景观节点、景观设计里所说的景观都是这个含义。
然而景观生态学中可不简单指有景可观的意思。
它是一个外来词landscape的中文翻译。
作为一名景观设计师要清楚的认识在不同领域中景观这个词所表述的不同含义。
1.3景观生态学与麦克哈格麦克哈格（Ian L. McHarg）（著名的景观生态学专家，同时也是英国著名园林设计师），1969 年出版《设计结合自然》，他是景观生态学的先驱，他将多个环境学科的科学家（包括气象学家、地质学家、土壤学家、植物生态学家、野生动物学家）召集到一起，共同组成了一个多学科的教学与研究团队，再加上社会科学家和经济学家，使他们为解决一个共同的问题进行研究。
在方法上用“千层饼”模式将这些知识和成果进行综合及筛选来实现问题的解决，而这整个过程正是景观生态规划的核心方法。
生态学研究中的尺度问题
生态科学２００４年５月第２３卷第２期ＥＣＯＬＯＧｌＣＳＣＩＥＮＣＥＭａｙ，２００４，２３（２）：１７５～１７８生态学研究中的尺度问题张７眵，祭歹Ｋ二五术（华东师范大学资源０环境学院，教育部地理信息科学开放实验室上海２０００６２）【摘要】尺度是生态学中的核心问题，时间和空间尺度包含于任何生态过程中，尺度确ｉ生态学研究中越米越ｊ；ｆｌ！现出其重要性，原洲足解决地球环境问题要求征人尺度．【：理解格局和过程，丽以前生态学调企的数据主要足基于小尺度的，并且．有许多研究表ｌ¨］，一个生态问题的结论在很火程度上取决于研究所采纳的尺度。
但日前尺度研究还存在很多问题：一些相关概念易与尺度混淆：缺乏成熟的尺度识别方法和系统完稀的尺度转换方法等。
针对这些问题，本文首先阐明了尺度的确切含义，并对Ｊｔ度研究的发展历史、重要性作了叫顾和阐述：分析探讨了尺度与等级理论、格局的关系，及尺度识别、尺度转换的方法和发腱趋势。
关键词：尺度；生态学：等级理论中图分类号：Ｑ１４９文献标识码：Ａ文章编号：１００８．８８７３（２００４）０２．１７５－０４ＳｃａｌｅｉｎｅｃｏＩｏｇｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈ，ＺＨＡＮＧＴｂｎｇ，ＣＡＩ１ｒｂｎｇＬｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅ＆Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＥａｓｔＣｈｉｎａＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ’ＯｐｅｎＬａｂ．ｏｆＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００６２，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＳｃａｌｅｓ．ａｓｔｈｅｃｒｉｃｉｃａｌｉｓｓｕｅｉｎｅｃｏｌｏｇｙ’ｅｘｉｓｔｉｎａｎｙｅｃｏｌｏ百ｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｆｏｒｍｓｏｆｔｅｍｐｏｒａｌａｎｄｓｐａｔｉａｌｓｃａｌｅｓ，ａｎｄｐｌａＶａｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｉｎｅｃＯＩｏｇｙ．Ｔｈｉｓｃａｎｂｅｄｕｅｔｏｔｗｏｒｅａｓｏｎｓ：ｏｎｅｉｓｔｈｅｄｅｍａｎｄＯｆｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｐａｔｔｅｍａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｏｎｌａｒｇｅｒｓｃａｌｅｓｗｈｅｎｓｏｌｖｉｎｇｍａｎｙｇｌｏｂａｌｅｎｖｉｍｎｍｅｎｔａｌｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｗｈｉｌｅｐａｓｔｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｍａｉｎｌｙｏｎｓｍａｌｌｓｃａｌｅｓ，ａｎｄａｎｏｔｈｅｒｉｓｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔａｎ由ｖｅｎｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｐｍｂｌｅｍｌｉｅｓｏｎｔｈｅｓｃａｌｅｓｅｌｅｃｔｅｄｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙ．ＢｕｔｔｈｅｒｅｒｅｍａｉｎａｌｏｔｏｆＤｒｏｂｌｅｍｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｅｃｏＩＯｇｉｃａｌｓｃａｌｅｓ，ｓｕｃｈ豁ｔｈｅｃｏｎｆｕｓｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｃａｌｅｓａｎｄｓｏｍｅｒｅＩａｔｅｄｃｏｎｃｅｐｔｓ，ｔｈｅｌａｃｋｏｆａｓｅｔｏｆｓ＿１１，ｓｔｅｍｉｃａｎｄｐｅｒｆｅｃｔｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｓｃａｌｅｉｄｅｎｔｉｎｃａｔｉＯｎ，ａｎｄｆｏｒｓｃａｌｉｎｇａｓｗｅｌｌ．Ｔｈｉｓｐａｐ钟ｃｌ撕ｎｅｄｔｈｅｅｘａｃｔｍｅａｎｉｎｇｏｆｓｃａｌｅｓｆｉｒｓｔｌｖ，ａｎｄｌｏｏｋｅｄｂａｃｋｔｏｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｈｉｓｔｏｒｙ锄ｄｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｏｆｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｓｃａｌｅａｎａｌｙｓｉｓ．Ｎｅｘｔｉｔｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｂｅｔｗｅｅｎｓｃａｌｅｓａ１１ｄｈｉｅｒａｒｃｈｙｔｈｅｏⅨａＳｗｅｌｌａｓｓｃａｌｅａｎｄｐａｔｔｅｍ．Ｉｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｉｔａｌｓｏｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓａＪｌｄｔｈｅｄｅＶｅｉｏｐｉｎｇｔｒｅｎｄｏｆｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｓｃａｌｅｓａｎｄｓｃａｌｉｎｇ．ＫｅｙＷｏｒｄｓ：Ｓｃａｌｅ；Ｅｃｏｌｏｇｙ；Ｈｉｅｒａｌ℃ｈｙｔｈｅｏｒｙ２０世纪的最后二十年里，人们目睹了生态学领域发生的重大变化：研究技术不断进步，试验设计更趋严谨，数学模型日渐增多，基于计算机技术的数据获取、挖掘、补救和分析能力迅速增强，这些进展都伴随着人们对尺度问题认识的日益重视，生态学家们越来越意识到尺度在生态学研究中的重要性。
生态学的时空尺度及其应用
恢复生态系统整体性的时间尺度
• 自然恢复的时间尺度是在百年--千年--万年 以上，甚至是数十--百万年的数量级。尤其 是要恢复生态系统的整体性：即包括其结 构与功能的完全恢复所需时间比仅仅出现 一些先锋性的植物要长得多，一旦生态系 统的整个结构（包括土壤）遭到破坏，则 其自然恢复通常在104年—106年以上。
24
样带的空间外推和建模a
1. 在整个样带（500-1000km）范围内进行地面
的长期的定位实验和观测是不可行的。 2. 沿样带所进行的许多测定和观测多是调查式的
测定，如对植物群落类型、地上生物量、净第一 性生产力(NPP)、气候、土壤类型、土壤有机质 含量、pH值等的测定。 3. 更细致的过程研究将在沿样带的少数地点进行。
最主要的高新技术利器！！！ 适当的时空尺度及其转换
是其中的关键！！！
36
④自然和人类干扰的时间尺度为： 10０ 、 101、102 （4d） 、103 (1mo) 、 104(1a) 小时
9
国民经济和社会发展第十一个 五年规划纲要
• 第二十三章 保护修复自然生态
生态保护和建设的重点要从事后
治理向事前保护转变，从人工建设为主 向自然恢复为主转变，从源头上扭转生
态恶化趋势。
• 地球陆地主要的生物群区如下图所示：
3
4
5
地球的生命系统如下：
地球系统
– 生物圈（岩石圈、水圈、大气圈和人文圈）
• 生物群区
– 景观
• 生态系统
• 群落（植物群落、动物群落、微生物群落）
•
种群
•
个体（种）
•
器官—组织—细胞—膜—分子
6
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环境与生物变化的时空尺度图解 修改自 Forman,R.t.t. 1995
生态学尺度概念
生态学尺度概念The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020关于生态学尺度概念通过学习和讨论，我对尺度的相关概念有了一定的了解和理解。
1、生态学尺度的三重概念：生态学尺度的维数、种类、组分，是尺度的三个不重叠且相互联系的方面，它们有机地组成一个整合统一的尺度概念体系。
在尺度概念中，我认为最难区分的是尺度组分的部分概念。
尺度的组分包括粒度、幅度、间隔、分辨率、比例尺、支撑、覆盖度等。
这些组分之间是相互联系的，有些时候甚至是对同一尺度单元的不同表述。
比如，就空间上的最小可辨别单元而言，既可以表示粒度，也可以表示分辨率。
而对于分辨率、比例尺，我们也往往认为是相通的两个概念，不过分辨率的内涵更为丰富。
在具体研究过程中，我认为还是有必要交代清楚尺度组分及其含义的。
2、尺度效应：（1）尺度效应的普遍性：尺度效应是普遍存在的，归根结底由于在时空上，在不同层次上普遍存在着异质性，使得各种现象的格局和过程等，在时空和不同层次上不是连续的均匀分布，存在着一些“突变”。
根据分形理论，由于系统的自相似性，系统在一定尺度范围内往往不会发生显著的或者说具有统计学意义的变化，但一旦超出某一尺度域范围，就会出现“突变”现象。
而对于跨等级的尺度外推就是对这种普遍存在的异质性的聚合或者分解。
（2）尺度效应的表现：在随着尺度（尺度域或者尺度等级）的变化，景观格局或过程的统计分布发生变化，景观空间格局的改变，即特征尺度组分发生变化，出现新的过程，新的景观特性。
（3）尺度效应的启示：正是由于景观效应的存在，我们在实际研究中，应该鉴别出所研究的格局和过程对应的特征尺度，特征尺度的识别依赖于多尺度研究。
而在大多数研究中，是没有考虑到特征尺度的识别的，往往基于经验判断等，具有一定的任意性。
对于后续研究的启发是，在进行生态现象的格局或过程研究时，首先要考虑其特征尺度，可以通过相关文献查阅，或前期研究准备过程中对其尺度现象的分析，在要求更为精细时可以收集相关的数据，通过相应的方法、途径识别特征尺度。
陆地生态系统生产力的多尺度分析与尺度转换方法研究的开题报告
陆地生态系统生产力的多尺度分析与尺度转换方法研究的开题报告一、研究背景及意义生态系统生产力是描述生态系统功能的重要指标，能够反映陆地生态系统对环境的响应和适应能力，也是评价生态系统健康程度的重要标志。
目前，对陆地生态系统生产力的研究主要集中在大尺度（如全球尺度、大洲尺度、国家尺度）和小尺度（如单一生态系统、小流域尺度）上，对于不同尺度下陆地生态系统生产力的多尺度分析及尺度转换方法仍然需要进一步深入研究。
在实际应用中，如何将不同尺度下的生态系统生产力指标进行转换和适用是一个难点问题。
尺度效应及误差将直接影响到生态系统生产力的诊断和监测，而缺乏有效的尺度转换方法将影响地区尺度及点尺度的生态系统评估，同时，不同尺度下的生态系统生产力研究具有重要的理论意义和应用价值。
因此，本研究旨在基于多尺度分析方法，研究不同尺度下的陆地生态系统生产力及其尺度转换方法，为生态系统生产力的转换和应用提供科学依据。
二、研究内容及研究方法1. 研究内容本研究将基于多尺度分析方法，重点研究以下内容：（1）不同尺度下的陆地生态系统生产力及其空间分布特征。
（2）生态系统生产力指标在不同尺度下的尺度效应及误差分析。
（3）不同尺度下的生态系统生产力指标的尺度转换方法及其适用性研究。
2. 研究方法（1）利用现有的陆地生态系统生产力数据集分析不同尺度下的生态系统生产力及其空间分布特征。
（2）基于方差分析方法，对生态系统生产力指标在不同尺度下的尺度效应及误差进行分析。
（3）基于多尺度转换方法，研究不同尺度下的生态系统生产力指标的尺度转换方法及其适用性。
三、预期研究成果（1）揭示不同尺度下的陆地生态系统生产力及其空间分布特征。
（2）分析生态系统生产力指标在不同尺度下的尺度效应及误差，为生态系统生产力的诊断和监测提供科学依据。
（3）提出不同尺度下的生态系统生产力指标的尺度转换方法并探讨其适用性，为地区尺度及点尺度的生态系统评估提供科学参考。
四、拟采用的研究方法和技术路线本研究主要采用文献资料法、统计分析法、方差分析法、多尺度分析方法等。
生态学尺度及尺度推绎方法综述课件资料
生态学尺度及尺度推绎方法综述摘要：通过适宜的空间和时间尺度可以揭示和把握复杂的生态学规律，因此尺度问题日益受到生态学家的重视。
本文描述了生态学尺度及尺度推绎的基本概念，论述了尺度推绎的特点，重点阐述了尺度推绎的方法和途径，分析了推绎结果的不确定性，并提出推绎过程中需注意的问题。
关键词：生态学；尺度；尺度推绎20世纪60年代，生态学家就注意到了尺度问题的重要性，对于尺度和尺度推绎的观点开始于20世纪80年代中期，现在普遍深入到生态学的各个领域，并且在其他的自然社会科学中对于尺度和尺度推绎的关注也有同样的趋势。
尺度研究的根本目的在于通过适宜的空间和时间尺度来揭示和把握复杂的生态学规律。
1 尺度的概念不同学者分别从不同角度对尺度概念进行了表述。
尺度指现象的时空范畴，尺度纬包括时间、空间和组织水平。
根据邬建国，广义地讲，尺度（scale）是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位，同时又可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及的范围和发生的频率。
前者是从研究者的角度来定义尺度，而后者则是根据所研究的过程或现象的特征来定义尺度。
尺度可分为空间尺度和时间尺度，此外，组织尺度（organizational scale)是指在由生态学组织层次（如个体、种群、群落、生态系统和景观等）组成的等级系统中的相对位置（如种群尺度、景观尺度等）。
具体地说，生态尺度首先应该包括面积或时间间隔，即规模或幅度（extent），即研究对象在空间或时间上的持续范围或长度，包括空间幅度和时间幅度。
其次是面积和时间间隔都可以进一步划分为最小面积和最短时间间隔，最小面积或最短时间间隔被称为粒度（grain）或分辨率（resolution）。
例如，野外测量生物量的取样时间间隔(如一个月或半个月取1次)，某一干扰事件发生的频率，或模拟的时间间隔[6]，是时间粒度的例子。
空间粒度如样方、像元。
地理学和地图学中的比例尺是分析尺度。
在生态学中，尺度的定义显然不同于比例尺。
景观生态学 空间尺度范围
景观生态学空间尺度范围
景观生态学是研究自然和人类活动对景观格局及其功能、过程和服务的影响的学科。
在景观生态学中，空间尺度是一个重要的概念，它指的是研究对象在空间上的范围和尺度。
空间尺度范围可以从小到大划分为四个层次：微观尺度、中观尺度、宏观尺度和全球尺度。
微观尺度是指景观内部的小尺度空间，通常涉及到局部景观要素的分布和相互作用。
在微观尺度下，景观生态学主要研究景观的空间异质性和生物多样性。
例如，研究某个公园内不同植被类型的分布、不同物种的生境利用和相互关系等。
中观尺度是指相邻景观之间的空间关系，通常涉及到景观类型的组织和相互连接。
在中观尺度下，景观生态学主要研究景观的连通性和边界效应。
例如，研究城市周边不同农田的空间配置对农作物传粉和害虫控制的影响。
宏观尺度是指广阔的地域范围内的景观格局和过程，通常涉及到不同景观类型的分布和相互转换。
在宏观尺度下，景观生态学主要研究景观的斑块大小和形状、景观的多样性和稳定性等。
例如，研究某个国家不同生态系统的分布和变化，以及人类活动对其的影响。
全球尺度是指整个地球范围内的景观格局和过程，通常涉及到全球
气候变化和生物多样性保护等重大环境问题。
在全球尺度下，景观生态学主要研究全球生态系统的相互关系和生态服务。
例如，研究全球森林覆盖的变化和对气候调节的影响，以及全球海洋生物多样性的保护策略。
景观生态学的空间尺度范围从微观到全球，研究对象的范围从局部景观要素到全球生态系统。
不同尺度的研究可以互相补充和支持，为人类理解和保护自然环境提供科学依据。
生态学尺度及尺度推绎方法综述重点讲义资料
(noise)成分，可在另一较小尺度下表现为
(uncertainty)及验证的
尺度推绎的途径和方法
尺度上推
和li将尺度上推的方法归纳为两大类：基于相似性原理的推
张娜.生态学中的尺度问题:内涵与分析方法[m].生态学报，
thomas m.lillesand，ralph w.kiefer.遥感与图像解译[m].
2003.424-427.
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王东升，汤鸿霄，栾兆坤.分形理论及研究方法[j].环境科
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:科学出版社，2000. 16-41，202-236.
grain）或分辨率（resolution）。例如，野外测量生物量的取样
(如一个月或半个月取1次)，某一干扰事件发生的频率，
[6]，是时间粒度的例子。空间粒度如样方、像
coarse scale）是指大
fine scale）则常指小空间范围或短时间，往往对应
(characteristic scales)、尺度效应（scale effects）和
通过适宜的空间和时间尺度可以揭示和把握复杂的生态
生态学； 尺度； 尺度推绎
世纪60年代，生态学家就注意到了尺度问题的重要性，对于
20世纪80年代中期，现在普遍深入
根据产生不确定性的来源，一些不确定性能被定量和降低(如
)；一些能被定量，但很难降低(如数据的多样
)；而其它甚至不能被定量(如模型结构的不确定性)。无论如何，
方差、变异系数、
生态学的尺度原理是什么
生态学的尺度原理是什么生态学的尺度原理是指任何生态系统的特性与其处理所需的时间和空间尺度密切相关。
在现实世界中，尺度因素影响着生态系统中各种物种，生物地理分布模式以及其相互作用和生态过程。
因此，了解生态系统的尺度原理对于有效地管理和保护自然资源和野生动物具有极其重要的作用。
生态系统是一个协同工作的多个不同等级的组成部分的集合体。
生态系统的特性包括物质和能量转移和循环、生物多样性、生态连通性、物种适应性、土地利用转换、人类活动痕迹等。
生态系统的特性与其尺度因素密切相关。
生态系统范围通常超出了单个物种、群体或个体能够影响的范围。
因此，为了更好地管理和保护生态系统，必须考虑多种因素，如时间、空间、可行性和成本效益等。
时间和空间是生态系统尺度原理中最基本的两个因素。
时间和空间维度影响着生态系统的各种特性和生态过程，如种群动态、物种行为和分布、营养循环、生态功能和地理生境特征、生态系统时空表现等。
不同的时间尺度如年、季、月甚至小时通常会影响生态系统的物种多样性、生物量、生产力和基础环境参数。
理解时间和空间尺度因素对物种模型、相邻植物之间的竞争和联合作用以及物种适应性的影响是至关重要。
另一个微妙的尺度因素是可行性。
生态系统复杂多样，它们的操作关系如物种相互作用，营养循环和生态功能之间的关系到枯竭之必会彼此关联。
在不同的尺度因素下，这些关系也可能发生变化。
这些关系的重新调整可能会需要以不同程度的可行性来处理。
关系和可行性还会受到其他因素的影响，如人为过程、壁障、采矿、水位下降、植物根系导致饮用水中污染、氧化废物和土地利用决策等。
随着社会、经济和技术的发展，科学家和决策者正在探索新的方法来管理自然资源和保护野生动物。
因此，成本效益也成为了一个重要的尺度因素。
通过比较不同尺度因素下的成本效益，并确定一个可行的尺度范围，可以更好地保护和管理生态系统。
这种综合考虑时间、空间、可行性和成本效益的方法被称为生态系统管理。
相关生长关系与生态学研究中的尺度转换——方精云——2003.7
北京大学学报(自然科学版),第39卷,第4期,2003年7月Acta Scientiarum NaturaliumUniversitatis Pekinensis ,V ol.39,N o.4(July ,2003)述 评R eview 1)国家自然科学基金委试点创新研究群体科学基金资助项目(40024101)收稿日期:2003202227;修回日期:2003205204相关生长关系与生态学研究中的尺度转换1)韩文轩 方精云(北京大学环境学院生态学系、北京大学地表过程分析与模拟教育部重点实验室,北京,100871)摘 要 生态学研究常常涉及不同的尺度,而不同尺度之间生态属性的转换是生态学研究的一个难点,也是近年备受理论生态学界,尤其是植物生态学界重视的问题之一。
相关生长理论及其应用的研究使一些生态属性的尺度转换成为可能。
相关生长关系反映出生物身体大小对其身体结构、生理过程等属性的影响;而种群和群落甚至更大尺度上的许多生态特征都可以从有限的个体特征中表现出来。
因此,人们有可能应用这些定量的相关生长关系,解决生态学研究中可能出现的无法直接测量或表征的不同尺度的问题。
本文就相关生长理论模型进展及其在植物生态学中一些应用做一介绍。
关键词 相关生长;尺度转换;尺度;分形分配网络模型;能量相当;生物量分配中图分类号 Q 1410 引 言生态学以生物个体、种群、群落和生态系统等多个尺度为研究对象,因此,有关生态尺度转换问题的研究十分重要[1～3],成为生态学基础研究的前沿领域之一。
同时,由于生态学中缺少像物理、化学等其他自然学科那样雄厚的数学理论基础,传统理论生态学的研究方法一直是以普通的数理统计方法为主,缺少严密的数学推理和严格的数学语言表达。
而缺乏科学方法论上的革新,则使得生命科学及其相关学科(包括生态学)实际上成为以实验和定性描述为主的学科,这种状况对植物生态学尤其突出[4]。
早在1963年,日本著名学者Y oda 等人提出的植物-3Π2自疏法则[5],被认为是开创了植物种群生态学数量研究的新纪元[4]。
生态系统的时间与空间尺度
（三）森林生态系统时空尺度
森林生类态别系统时空尺尺度类度型：包括时间尺度和表空征尺间度尺度，时
间尺度是指观察或研究对微观象(包括物体、现象或林过分程)动态变化
的时间间隔，如世纪、年、季度、月、日、时、分、秒等；
中观
经营单位
空间尺度空是间指尺所度研究生态系统的面积范围大小，例如，全球、
宏观
国家、省域、县域
（三）森林生态系统时空尺度的划分
空间尺度
全球、世界
国家、省 域、县域
经营 单位
林 分
功能
生物多样性保 护、环境保护
水土保持、水 源涵养
游憩与保健、 社会教育
提供林产品、 提供木材供给
时间尺度
极长期 （100年以上）
长期 （10-100年）
中长期 （5-10年）
短期 （1-5年）
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（一）森林生态系统尺度转换的概念
生态地理学有关尺度转换的定义为跨越不同尺 度的辨识、推断、预测或推绎，尺度转换是利用某一 尺度上所获得的信息和知识来推测其他尺度上的现象， 从这个意义上说，尺度转换要涉及具体的空间概念， 从转换的过程来说又是一个时间概念。
（二）森林生态系统尺度转换的形式或类型 按照尺度转换的方向不同，分为尺度上推、尺度
主要内容
一、森林生态系统尺度概述 二、生态系统中的时空差异关系 三、森林生态系统案例
四、几点思考
•7/34
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（一）森林生态系统
森林生态系统是指森林群落与其环境在功能流的作用下形 成一定结构、功能和自调控的自然综合体，是陆地生态系统中 面积最多、最重要的自然生态系统。
（二）尺度
尺度是生态学的核心问题，一个生态问题的结论在很大程 度上取决于研究所采纳的尺度。总体来说，国内外不同学者虽 然对尺度的定义均有不同，但是都侧重于从时间和空间两个维 度（Farina，1998；Turner，2001；傅伯杰，2001；徐芝英， 2012；吕一河，2001；李煜，2007；刘纪根，2004；陈利顶， 2006；张彤，2004，等），因此，生态系统尺度包括空间尺度 和时间尺度，目前，衍生了功能尺度（吕一河，2001），在 MA 中，除非另有说明，否则，“尺度”一词是指观测、分析 或过程所包括的幅度或持续时间，即时间和空间尺度二维角度。
生态学中的尺度问题_尺度上推
⽣态学中的尺度问题_尺度上推第27卷第10期2007年10⽉⽣态学报ACT A ECOLOGI CA SI N I CA Vol .27,No .10Oct .,2007基⾦项⽬:国家⾃然科学基⾦资助项⽬(30500076);国家⾃然科学基⾦国际(地区)合作交流资助项⽬(30710069);国家杰出青年科学基⾦资助项⽬(30225012);中国科学院知识创新⼯程重要⽅向资助项⽬(KZCX32S W 2218)收稿⽇期:2006209204;修订⽇期:2007202211作者简介:张娜(1973～),⼥,新疆伊犁⼈,博⼠,副教授.主要从事景观⽣态学、全球变化和定量遥感应⽤研究.E 2mail:zhangna@gucas .ac .cn Founda ti on ite m :The p r oject was financially supported by the Nati onal Natural Science Foundati on of China (No .30500076);the Nati onal Natural Science Foundati on of China f orMaj or I nternati onal (Regi onal )Joint Research Pr oject (No .30710069);the Nati onal Science Fund f or D istinguished Young Scholars (Grant No .30225012)and the Knowledge I nnovati on Pr ogra m s of Chinese Acade my of Sciences (No .KZCX32S W 2218)Rece i ved da te:2006209204;Accepted da te:2007202211B i ography:ZHANG Na,Ph .D.,A ss ociate p r ofess or,mainly engaged in landscape ecol ogy,gl obal change and quantitative re mote sensing app licati on .E 2mail:zhangna@gucas .ac .cn⽣态学中的尺度问题———尺度上推张 娜(中国科学院研究⽣院资源与环境学院,北京 100049)摘要:尺度推绎是⽣态学理论和应⽤的核⼼。
生态学中的尺度及尺度转换方法
生态学中的尺度及尺度转换方法
吕一河;傅伯杰
【期刊名称】《生态学报》
【年(卷),期】2001(021)012
【摘要】尺度作为生态学的重要范式,已经引起了广泛重视,但对尺度问题的研究还不够成熟.尺度具有多维性特点,即功能尺度、空间尺度、时间尺度等,但生态学研究的重点是空间和时间尺度.并且时空尺度还具有复杂性、变异性特征.尺度研究的根本目的在于通过适宜的空间和时间尺度来揭示和把握复杂的生态学规律.为此,科学有效的尺度选择和尺度转换方法不可或缺.常见的尺度转换方法有图示法、回归分析、变异函数、自相关分析、谱分析、分形和小波变换,同时遥感和地理信息系统技术在尺度研究中也发挥着重要作用.结合实例对上述方法进行了分析和论述,认为各种方法都有其内在的优势和不足,新方法的引入和应用对于尺度转换方法体系的充实和完善非常重要.有关尺度的研究将进一步加强,研究的重点是尺度变异性、不同尺度间的相互作用机制以及尺度转换方法等.
【总页数】10页(P2096-2105)
【作者】吕一河;傅伯杰
【作者单位】中国科学院生态环境研究中心系统生态开放研究室,;中国科学院生态环境研究中心系统生态开放研究室,
【正文语种】中文
【中图分类】Q141
【相关文献】
1.尺度概念在生态学课程教学实践中的重要性 [J], 王世雄;张广奇;王姝;刘济明;韦小丽;何跃军
2.景观生态学中的尺度分析方法 [J], 蔡博峰;于嵘
3.生态学中的尺度问题——尺度上推 [J], 张娜
4.生态学中的尺度问题:内涵与分析方法 [J], 张娜
5.流域侵蚀产沙模拟研究中的尺度转换方法 [J], 刘纪根;蔡强国;樊良新;刘前进因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
生态学中的尺度问题_内涵与分析方法_张娜
第26卷第7期2006年7月生 态 学 报ACT A EC O LOGIC A SI NIC A V ol.26,N o.7Jul.,2006生态学中的尺度问题:内涵与分析方法张 娜(中国科学院研究生院资源与环境学院,北京 100049)基金项目:国家自然科学基金资助项目(30500076);中国科学院知识创新工程重要方向资助项目(K ZCX32SW 2218);国家杰出青年科学基金资助项目(30225012);中国科学院研究生院院长基金资助项目(yzjj200205)收稿日期:2005206230;修订日期:2006203210作者简介:张娜(1973～),女,新疆伊犁人,博士,副教授,主要从事景观生态学、全球变化和定量遥感应用研究.E 2mail :zhangna @ Found ation item :The project was supporeed by the National Natural Science F oundation of China (N o.30500076);the K nowledge Innovation Programs of Chinese Academy of Sciences (NO.K ZCX32SW 2218);the National Science Fund for Distinguished Y oung Scholars (G rant N o.30225012);and the President F oundation of G raduate School of Chinese Academy of Sciences (N o.yzjj200205)R eceived d ate :2005206230;Accepted d ate :2006203210Biography :ZHANG Na ,Ph.D.,Ass ociate profess or ,mainly engaged in landscape ecology ,global change and quantitative rem ote sensing.E 2mail :zhangna @摘要:尺度问题已成为现代生态学的核心问题之一。
生态学尺度及尺度推绎方法综述
生态学尺度及尺度推绎方法综述摘要：通过适宜的空间和时间尺度可以揭示和把握复杂的生态学规律，因此尺度问题日益受到生态学家的重视。
本文描述了生态学尺度及尺度推绎的基本概念，论述了尺度推绎的特点，重点阐述了尺度推绎的方法和途径，分析了推绎结果的不确定性，并提出推绎过程中需注意的问题。
关键词：生态学；尺度；尺度推绎20世纪60年代，生态学家就注意到了尺度问题的重要性，对于尺度和尺度推绎的观点开始于20世纪80年代中期，现在普遍深入到生态学的各个领域，并且在其他的自然社会科学中对于尺度和尺度推绎的关注也有同样的趋势。
尺度研究的根本目的在于通过适宜的空间和时间尺度来揭示和把握复杂的生态学规律。
1 尺度的概念不同学者分别从不同角度对尺度概念进行了表述。
尺度指现象的时空范畴，尺度纬包括时间、空间和组织水平。
根据邬建国，广义地讲，尺度（scale）是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位，同时又可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及的范围和发生的频率。
前者是从研究者的角度来定义尺度，而后者则是根据所研究的过程或现象的特征来定义尺度。
尺度可分为空间尺度和时间尺度，此外，组织尺度（organizational scale)是指在由生态学组织层次（如个体、种群、群落、生态系统和景观等）组成的等级系统中的相对位置（如种群尺度、景观尺度等）。
具体地说，生态尺度首先应该包括面积或时间间隔，即规模或幅度（extent），即研究对象在空间或时间上的持续范围或长度，包括空间幅度和时间幅度。
其次是面积和时间间隔都可以进一步划分为最小面积和最短时间间隔，最小面积或最短时间间隔被称为粒度（grain）或分辨率（resolution）。
例如，野外测量生物量的取样时间间隔(如一个月或半个月取1次)，某一干扰事件发生的频率，或模拟的时间间隔[6]，是时间粒度的例子。
空间粒度如样方、像元。
地理学和地图学中的比例尺是分析尺度。
在生态学中，尺度的定义显然不同于比例尺。
对尺度及尺度转换的理解
对尺度及尺度转换的理解本文的主要目的在于介绍尺度及尺度转换概念的同时，重点对遥感领域上的尺度转换理论与方法进行探索。
借于尺度收缩方法需要通过图像融合的方法才可以实现，所以本文主要是对尺度扩展方法进行了相对详细地描述，望能为今后的相关研究提供一些参考和价值。
标签：尺度尺度转换遥感0 引言尺度问题在地理学、生态学和水文科学等众多领域都具有非常重要的地位。
近年来，随着对地观测技术和地理信息科学的飞速发展，解决地理数据的尺度转换问题成为目前地理信息科学及相关研究中的热点和难点问题之一。
在地理信息科学相关领域中，地图学和遥感科学研究人员从尺度概念的理解到尺度转换的理论和方法都做了大量的研究，对解决地理数据空间特征的尺度转换做出了重要的贡献。
本文的主要目的在于介绍尺度及尺度转换概念的同时，重点对遥感领域上的尺度转换理论与方法进行探索，望能为今后的相关研究提供一些参考和价值。
1尺度及尺度转换1.1尺度尺度是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位，又可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。
简单地说，尺度就是客体在其“容器”中规模相对大小的描述[1-2]。
尺度是一个使用非常广泛的术语，不同的应用领域有着不同的诠释。
Lam 和Quattrochi定义了4种与空间现象有关的尺度[3]：制图尺度，亦称地图比例尺；地理尺度，也称观测尺度，是研究区域的空间扩展，较大范围的研究区域具有较大的地理尺度；运行尺度，指地学现象发生的空间范围，有所研究的地理现象本质决定；测量尺度（也就是分辨率），空间数据集中最小的可分辨单元，越细的分辨单元，其分辨率越高，所具有的尺度也越小。
1.2尺度转换尺度转换也称尺度推绎，就是将一种尺度上得到的数据的结论（信息）或过程推演、归算到另外一个尺度上。
一般情况下，在一个尺度上的结论或过程只适用于这个尺度，而不大可能适用于其它尺度。
一般来说，大尺度下的过程或现象频率低且速度慢，表现出整体的性质和规律，而小尺度下的过程或现象频率高且速度快，其结论多时局部行为的体现，不同尺度下行为的驱动力或机理可能完全不同。
第十二章 生态学数据的转换方法
一、对数转化法
• 方法： X’=log(x) 或 log(x+1) • 适用范围：
– 正二项分布数据。 – 数据间差异很大，达上百甚至上千倍时。 – 非对称或偏态分布的结果进行统计分析时需 进行对数转化。 – 正偏态数据经对数转化后趋于正态分布。
正二项数据对数转换方法： X’=ln(p/q)
1 P
第十二章 生态学数据的转换方法
• 进行统计分析的数据必须满足正态分布， 如果数据呈非正态分布，那么必须转化 为正态分布，才能进行统计分析。 • 数据转化的目的：
– 使数据满足统计分析的要求，接近正态分布。 – 缩小数据间的变异程度，降低极端值对结果 的影响。
• 数据转化需遵循的几个原则：
– 可通过反转化将统计分析后的平均数和置信 区间转回为原来尺度单位。 – 不要将方差、标准差等统计量转回为原来尺 度单位。 – 对不同处理必须进行相同的转化，再进行统 计分析。
• L为可能性对数值；
• v为自由度数（n-1）； • ST2为利用转化式转换后数据的方差； • λ为估计的转化参数； • X为原始数据。
• 阅读P204页例题。
考试题型
• • • • • 选择题（不定项，30分） 填空题（10分） 试验设计与分析题（20分） 计算题（20分） 简答题（20分）
q 0.5 X’=ln[(p+0.5)/(q+0.5)] 0 0.5 0.5 0
Ê Ô ¼ Ö µ
0.3 0.7
Ô Ê ¶ ý × ª » Ö µ
0.8
0.2
0 1 -1.099
0.4 0.6 -0.201
-0.405 -0.619
-0.5 -1 -1.5
1
2
对尺度和尺度转换的理解
对尺度和尺度转换的理解摘要：尺度是对地理现象观察、度量的标准之一,是空间数据采集、建模、分析的重要依据,是空间数据的重要特征。
本文首先对尺度和尺度转换概念进行了剖析，然后对其重要性进行归纳总结。
结合实际应用的需要，尺度转换通常会根据具体的情况采用不同的类型，即尺度效应的存在，对同一过程采用不同的观测尺度会得出不同的结果。
于是对尺度转换常用类型，尺度选择和尺度效应进行了分析。
最后，对尺度和尺度转换中存在的一些问题进行了总结。
关键词：尺度；尺度转换；尺度效应1.前言：由于地理空间非常复杂，人们不可能观察到现实地理世界的所有细节，因此地理信息对地表的描述总是近似的，而这个近似的程度如何则反映了对地理现象及过程的抽象的程度或者抽象尺度。
因此尺度是所有地理信息的基本、重要特征，不同的尺度所表达的信息是有很大差异的。
尺度问题已经被UCGIS列在地理信息科学未来研究的十大优先领域。
Haggett也指出地理学研究中必须解决与尺度相关的三个问题，即：尺度覆盖，尺度关联以及尺度标准。
很多学者在多个研究领域对尺度问题进行了研究[1-12]，如遥感科学，地图学，空间统计学，生态学，地理信息科学等。
基于此，对尺度和尺度转换概念的正确理解是至关重要和迫切的。
2.尺度与尺度转换2.1 尺度的概念尺度是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位，又可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。
即尺度通常有时间和空间两方面的含义，同时尺度往往以粒度和幅度来表达。
空间粒度指最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积(如像元)；时间粒度指某一现象或事件发生的(或取样的)频率和时间间隔。
幅度是指研究对象在空间或时间上的持续范围或长度。
具体来说，所研究对象的范围决定该研究的空间幅度；而研究项目持续多久，则确定其时间幅度[24]。
Thompson早在1917年就指出，“尺度的影响，不仅仅是尺度本身，而是与其周围的环境紧密联系”。
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生 态 学 报 A CTA ECOLO G ICA S IN ICA
V o l. 21, N o. 12 D ec. , 2001
生态学中的尺度及尺度转换方法
吕一河, 傅伯杰
(中国科学院生态环境研究中心 系统生态开放研究室, 北京 100085)
摘要: 尺度作为生态学的重要范式, 已经引起了广泛重视, 但对尺度问题的研究还不够成熟。 尺度具有多维性特点, 即功 能尺度、空间尺度、时间尺度等, 但生态学研究的重点是空间和时间尺度。并且时空尺度还具有复杂性、变异性特征。尺度 研究的根本目的在于通过适宜的空间和时间尺度来揭示和把握复杂的生态学规律。为此, 科学有效的尺度选择和尺度转 换方法不可或缺。 常见的尺度转换方法有图示法、回归分析、变异函数、自相关分析、谱分析、分形和小波变换, 同时遥感 和地理信息系统技术在尺度研究中也发挥着重要作用。结合实例对上述方法进行了分析和论述, 认为各种方法都有其内 在的优势和不足, 新方法的引入和应用对于尺度转换方法体系的充实和完善非常重要。 有关尺度的研究将进一步加强, 研究的重点是尺度变异性、不同尺度间的相互作用机制以及尺度转换方法等。 关键词: 生态学; 尺度; 尺度转换
T he eco log ica l en tities and p rocesses a re sub ject to the con stra in ts from the eco log ica l sca les rela ted. T here a re con stra in ts and th resho ld s on each sca le. T he resu lts of sca ling a re d ifficu lt to understand ac2 co rd ing to the cla ssica l h iera rchy theo ry. T here a re exchanges of m a teria l, energy and info rm a tion am ong va riou s sca les. Sca ling, includ ing sca ling2up and sca ling2dow n, can be ca rried th rough by the con tro l of
Ecolog ica l sca le and sca l ing
LU Y i2H e, FU Bo 2J ie (D R esea rch Cen ter f or E co2E nv ironm en ta l S ciences, Ch i2
T he ho tspo ts of resea rch w ill be the va riab ility and in teraction of eco log ica l sca les and m ethod s of sca ling. T he p rincip les and app lica tion s of eco log ica l sca le w ill be im p roved th rough the deep en ing and ad2 vancing of the understand ing and sk ills. Key words: eco logy; sca le; sca ling 文章编号: 100020933 (2001) 1222096210 中图分类号: Q 141 文献标识码: A
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12 期
吕一河等: 生态学中的尺度及尺度转换方法
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g ra in and ex ten t. M a them a tica lm odels and com p u ter sim u la tion techn iques a re often u sed in the p rocess of sca ling becau se of the com p lex ity of eco log ica l system s. T here a re often chao s and o ther non linea r behav2 io rs in the tran sition zone of sca le dom in ion s.
基金项目: 国家重点基础研究发展规划 (973 项目, G2000046807) 和中国科学院知识创新工程项目 (中国陆地生态系统评 价研究) (KZCX22405) 资助项目。 收稿日期: 2000212225; 修订日期: 2001205210 作者简介: 吕一河 (1974～ ) , 男, 河北涞水县人, 博士研究生。 主要从事景观生态学研究。
Severa l m ethod s and m a them a tica l m odels a re often u sed in sca ling. T hey a re g rap h ics, reg ression ana lysis, va riog ram , au toco rrela tion ana lysis, sp ectra l ana lysis, fracta l ana lysis and w avelet tran sfo rm a2 tion. T he techn iques of geog rap h ica l info rm a tion system (G IS) and rem o te sen sing (R S) a re very help fu l in the p rocess of sca ling.
生态学中的尺度最具复杂性和多样性, 它是生态学研究的核心问题之一。但是在几乎所有生态学研究 和应用中, 尺度问题都没有明确清晰的论述和充分量化[1]。格局与过程是生态学的重要范式。过程产生格 局, 格局作用于过程。若要正确理解格局与过程的关系就必须认识到其依赖于尺度的特点, 即尺度效应 [2]。 对生态学中的尺度进行广泛而深入的研究具有非常重要的理论和实践意义。一方面, 生态学家在研究同一 生态系统时, 由于各自所采用的时间和空间尺度大小不一, 结论往往差别很大; 虽然生态学家已经认识到 时空尺度的重要意义, 但是如何选择合适的尺度对某一生态过程进行研究, 还没有形成完整的理论和方法 体系[3]; 同时, 对不同尺度上生态过程相互作用机制的研究也还很不充分。另一方面, 从自然生态系统到社 会2经济2自然复合生态系统, 生态学家所面临的研究对象异常复杂; 尺度便成为解析这些复杂系统的有效 手段以及整合生态学知识和研究成果的核心轴线。 深刻理解和把握生态学尺度和尺度效应对于顺利开展 生态系统评价与管理, 生物多样性和自然资源保护、利用与可持续管理等实践活动, 保证其科学性和实效 性也同样非常必要和迫切。本文通过分析近十几年来生态学中有关尺度问题的主要研究成果, 在此基础上 就生态学中尺度的概念、特征和分析方法等进行了论述。对生态学尺度问题认识的深入无疑会在一定程度 上促进生态学理论和实践的进一步发展。 1 尺度的概念与特征
nese A cad em y of S ciences, B eij ing 100085, Ch ina). A cta E colog ica S in ica , 2001, 21 (12) : 2096～ 2105. Abstract: Sca le, a s an im po rtan t p a rad igm in eco logy, ha s a rou sed w ide a tten tion. B u t the study of eco log i2 ca l sca le, w h ich is fa r beh ind m a tu rity, w ill be enhanced. T he va riou sly defined eco log ica l sca le is m u lti2 d im en siona l. So there a re sp a tia l, tem po ra l and functiona l sca les, etc. Functiona l sca le and sp a tia l2tem po2 ra l sca les a re d ifferen t and clo sely rela ted. In genera l, functiona l sca le does no t have a p recisely defined p hysica l d im en sion. W e can find the sp a tia l2tem po ra l sca les of the sp ecific o rgan iza tion w ith in som e eco log2 ica l h iera rchy. Eco log ica l sca le is d ifferen t from the sca le in ca rto logy. T he issues concern ing eco log ica l sca le a re very com p lex and va rian t. T he very p u rpo se of sca le rela ted resea rch in eco logy is to find the un2 derlying m echan ism s of the eco log ica l w o rld by the u se of the app rop ria tely selected sp a tia l2tem po ra l sca les. T herefo re, the selection of su itab le resea rch sca les and the m ethod s of sca ling is very im po rtan t.