生态学中的尺度及尺度转换方法
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12 期
吕一河等: 生态学中的尺度及尺度转换方法
209 7
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.
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.
Ecolog ica l sca le and sca l ing
LU Y i2H e, FU Bo 2J ie (D ep a rtm en t of S y stem s E cology , 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
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
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.
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。
第 21 卷第 12 期 2001 年 12 月
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)
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
T he estab lishm en t of the righ t sca les is the ba sis and o rig in, becau se it ha s d irect effects on the exp er2 im en ta l design and da ta co llection. D ifferen t resea rch sca les can resu lt in d ifferen t in terp reta tion and un2 derstand ing of the eco log ica l reg im es. In th is resp ect, eco log ists genera lly th ink m uch of it. In a theo reti2 ca l sen se the best shou ld be ach ieved u sing a h iera rchy of sca les having the cap acity to co rrela te ab io tic, b i2 o tic and hum an p rocesses. O ften the sca les a re cho sen acco rd ing to p ercep tua l cap ab ilities o r by techno log i2 ca l o r log istica l con stra in ts. T he sta tu s of resea rch p ro jects and the fea tu res and com p lex ity of the eco log i2 ca l en tities being ob served a re the m a in facto rs influencing sca le selection.
12 期
吕一河等: 生态学中的尺度及尺度转换方法
209 7
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.
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.
Ecolog ica l sca le and sca l ing
LU Y i2H e, FU Bo 2J ie (D ep a rtm en t of S y stem s E cology , 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
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
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.
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。
第 21 卷第 12 期 2001 年 12 月
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)
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
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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
T he estab lishm en t of the righ t sca les is the ba sis and o rig in, becau se it ha s d irect effects on the exp er2 im en ta l design and da ta co llection. D ifferen t resea rch sca les can resu lt in d ifferen t in terp reta tion and un2 derstand ing of the eco log ica l reg im es. In th is resp ect, eco log ists genera lly th ink m uch of it. In a theo reti2 ca l sen se the best shou ld be ach ieved u sing a h iera rchy of sca les having the cap acity to co rrela te ab io tic, b i2 o tic and hum an p rocesses. O ften the sca les a re cho sen acco rd ing to p ercep tua l cap ab ilities o r by techno log i2 ca l o r log istica l con stra in ts. T he sta tu s of resea rch p ro jects and the fea tu res and com p lex ity of the eco log i2 ca l en tities being ob served a re the m a in facto rs influencing sca le selection.