走向土地变化科学_土地利用_覆被变化研究的新进展_路云阁
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4- # 新方法的探索 ! 4+ ， 。
基于 PQRR ( RS2TT 数据的全球和大区域遥感数据集， 已建成或在建的影像数据库包括 /R7（ /;<=>; RDB> 7<MBD>AB） 数据集和 /S.（ /;<=>; SBABF>FC<@ .@NBY） 数据集； 基于 /RO 数据的改进 /.UUO（ /;<=>; .@MB@F<DH U<NBL ;C@A >@N U<@CF<DC@A OFKNH） 数据集； 中等分辨率和 4XI 分辨率的 PQRR 数据。 中国土地利用 ( 覆被数据库的数据
!"# “ 土地利用 ( 覆被变化科学研究计划” 和 研究计划， 并于 4--& 年、 4--- 年发表了具有重要意义的纲领性文件： !-# “ 土地利用 ( 覆被变化执行战略” 。这两份文件中的内容强调这一时期 5677 计划的研究重点在于区域土地利
用 ( 覆被变化的驱动机制、土地利用 ( 覆被过去和现状的调查以及由此得到土地利用 ( 覆被变化的格局和过程、 土地利用 ( 覆被变化的人类响应， 另外还包括与上述三个问题有关的全球和区域 5677 监测、 综合模型、 相应数 据库的开发建设、 以及对于热点地区、 脆弱区的重视。由此可见这一时期 5677 计划的研究从大的方向上讲遵 循的还是 “ 压力 8 状态 8 响应” 三段式的科学研究范式， 研究对象主要限定在土地利用 ( 覆被变化现象自身的发 “ 展变化规律， 其最终目标还是增进区域尺度上的土地利用和覆被变化二者之间相互作用的理解， 尤其是利用建
)
引言
研究于 )SST 年启动， 土地利用 \ 覆被变化 （ 至今历时近 )F 年。此间， !"**） !"** 研究始终是全球变化研究
的热点之一， 并取得了丰硕的研究成果。 除了体现在 !"** 监测技术、 驱动力、 生态环境效应和建模研究等不同方 面外， 因此有必要回顾 !"** 研究进展， 明确 !"** 研究新的动向。 !"** 研究在理论上也经历了非常大的突破。 土地覆被是指存在于地表的植被 （ 自然的或者是种植的） 以及人工建筑， 例如水体、 冰面、 裸露的岩石、 沙地 都可以认为是具体的一种土地覆被形式 _ ) ‘ 。 这一定义将土地覆被限定在可见的事物上。 土地利用则定义为同时
"
!" #
5677 研究进展
$%&& 监测技术 土地利用 ( 覆被监测数据除了统计数据需要通过文献调研、 农户调查手段获取外，绝大
部分有关空间分布的土地覆被数据要依赖于遥感手段获得。 随着更新一代遥感传感器的出现， 全球各个尺度上的 并且结合地面调查， 遥感将能够提供更大的贡献。PQRR ( RS2TT、 土地利用 ( 覆被数据都可以较为方便地得到， UQ3.O 影像数据为大尺度上的 5677 研究提供了数据支持 ! 4$ 8 4& # 。区域尺度上的土地利用 ( 覆被变化研究主要是 围绕 5>@NE>F 9U 数据开展的， 有关这方面工作的文献很多。此外， 更高分辨率的遥感影像， 如 O1Q9 数据、 .VPQO
+# 。 化科学领域研究对于多学科综合的必然要求， 使土地利用 ( 覆被变化成为全球变化研究的核心议题之一 ! ") * ，
“ 进入 ", 世纪 -, 年代以来， 全球环境变化研究领域逐渐加强了对土地利用 ( 覆被变化的研究。 国际地圈与 （ （ （ 生物圈计划” 和“ 全球环境变化人文计划” 于 4--& 年共同发起了 “ 土地利用 ( 覆被变化” ./01） .231） 5677）
4* # 数据、 WKCGX0CDN 数据， 其空间分辨率最高可达分米级， 也已经逐渐应用到土地利用 ( 覆被变化研究当中 ! 4’， 。
土地利用 ( 覆被变化的监测分类是根据影像所具有的光谱特征， 利用一定的数字图像处理方法并辅以经验 性的知识达到对变化进行监测的目的。从方法上可以分为两类： 光谱直接比较法和分类结果比较法。前者主要 包括插值法、 比值法、 植被指数法、 主成分分析法、 变化向量法等， 这种方法不能同时提供象元变化前后和未变 化象元的土地覆被类型信息。后者先对影像数据进行分类（ 或之前先进行光谱的直方图变换） ， 然后对分类结果 进行比较。这种方法目前应用非常广泛， 但也存在限制因素， 如无法探测某一土地覆被类型斑块内部的细微变 化且分类精度无法得到足够的保证。目前这方面的进展主要是针对影像的光谱特征进行数字图像处理等一些
摘要： 研究目的： 综述国际近 )F 年（ 方法和理论上的进展， 推动中国 !"** 研究的持 来 !"** 研究在研究领域、 )SST [ /FFU） 续深入。 研究方法： 文献资料法、 对比法。 研究结论： 国际上 !"** 研究除了体现在 !"** 监测技术、 驱动力、 生态环境效应和 建模研究等方面的进展外，在 !"** 研究理论上也经历了非常大的突破，即 ,7DM! 于 /FFH 年提出的土地变化科学 （ !*<） —— — 致力于减小人类与环境系统面对全球变化的脆弱性并实现它们的可持续性， 土地变化科学正在走向范式研究。 关键词： 土地利用；土地覆被；土地变化科学；进展； !"**； !*< 中图分类号： ]HF)3 / 文献标识码： + 文章编号： )FF)& G)TG W /FF^ X F)&FFTT&FO
! 4, # 模的方法表现” 。
） 随着 ./01 第二阶段 （ ./01! 5677 研究计划的重点转向与其他研究领域的综合， 尤其是强调 工作的开展， 与 /79:（ /;<=>; 7?>@AB C@ 9BDDBEFDC>; :G<EHEFBIE 1D<JBGF） 研究计划的综合， 其研究对象也扩展到 “ 陆地人类与
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中国土地科学
",,’ 年 " 月
第4期
包括改变土地生物物理属性的利用方式和产生这种利用方式的目的 ! " # 。林业、 水土保持措施、 牲畜蓄养以及肥 料使用都是土地利用的表现形式。 土地利用体现了人类改造自然的能动作用，土地覆被作为土地利用的结果在田块直至全球尺度上发生显 著地变化， 进而对诸如土地退化 ! $ # 、 陆地生态系统生产力的变化 ! % # 、 温室气体的排放 ! & # 、 生物多样性的减少 ! ’ # 等 全球环境变化问题做出贡献，这些攸关人类命运的环境变化以及由此产生的社会经济以及伦理等诸多问题会 对人类的土地利用决策和行为产生制约。土地利用和土地覆被之间复杂的作用机制、 土地利用 ( 覆被变化的长 时效性及其存在于泛空间尺度上的普遍性、 土地利用 ( 覆被变化对地球表层系统影响的多维度特征以及土地变
— !+- 1%",%-’’ "2 (3** !"#$%&’ ($)& *+$),- ./0-)/-——
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收稿日期： /FFT&F^&FH 修稿日期： /FFT&)F&)/ 基金项目： 国家自然科学基金重点项目 （ ； 中国地质调查局地质调查项目 （ 。 UFHHTFU^ ） /FFH)T)FFFF/ ） 第一作者： 路云阁 （ ， 男， 黑龙江大庆人， 博士， 主要研究方向为区域综合自然地理和土地利用 \ 覆被变化。 )SO^ [ ）
第 /F 卷 第 ) 期 /FF^ 年 / 月
中 国 土 地 科 学 *+0)$ ($)& ./0-)/-
a.-3 /F Z.3 ) ](R3 C /FF^
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
走向土地变化科学—— — 土地利用 \ 覆被变化研究的新进展
路云阁 )，蔡运龙 /，许月卿 /
（ 北京 )FFFGH；/3 北京大学资源环境地理学系， 北京 )FFGO)） )3 中国国土资源航空物探遥感中心，
路云阁等： 走 向 土 地 变 化 科 学 —— — 土地利用 * 覆被变化研究的新进展
&F
源主要来自于 !" 影像， 如以中国科学院为主要牵头单位负责建设的 #$ %& 万全国和分省土地总面积的统计、 全 国 #$ %’’ 万土地利用卫星影像图及 #$ & 万主要城市土地利用现状卫星影像图；国家环保总局和国家测绘局联 遥感解译标志数据库等。 合建设的 #()’ 年代中后期 !" 影像数据库以及对应的土地利用 * 覆被现状数据库、 !" ! 生态环境效应 #$%% 驱动机制、 从 +,-- 研究计划制定开始， 驱动力） 的研究始终是 +,-- 驱动机制 （ 一个热点。+,-- 的驱动力构成主要来自于生物自然、 气候、 经济、 社会、 人口 & 个方面。也有在此基础上进一步 抽象和细分，如 ./01 将 +,-- 的驱动因子分为直接因子和间接因子，并给出了直接因子和间接因子所包含的 一些具体的驱动因子 2 %’ 3 。 另一方面， 由于 +,-- 研究格外重视空间尺度， 因此 +,-- 驱动力的研究或者在某一个 ， 探索驱动力 或者在此基础上随着尺度的上推 （ 具体空间尺度上讨论驱动力的构成及权重大小 2 %# 4 %& 3 ， ,56789:;<） 的变化情况 2 %= 4 %) 3 。 然而， 对于土地利用 * 覆被变化驱动力的研究也存在一些问题， 正如 +8>?:; 所指出的“ 对于决 定地方尺度土地利用变化的驱动力因子， 来自于全球尺度上的驱动力要么对它们进行替换， 要么使它们发生重 组， 从而在地方上产生新的、 与全球上的某些原因相联系的土地利用 * 覆被变化格局” ， 而现有的一些工作 “ 在对 土地利用 * 覆被变化的原因进行解释时， 往往基于一些过于简化的假设” ， 以至于得到的结果往往出现矛盾。他
! 44 # ” 环境系统 （ 9BDDBEFDC>; ?KI>@LB@MCD<@IB@F， 9L2L:） 。 ./01 随后于 ",,$ 年提出了 “ 土地变化科学 （ 5>@N 7?>@AB
—— — 新的科学范式” 以及“ 土地变化科学” 的三个研究焦点 ! 4" # 。 OGCB@GB， 57O）
基于 PQRR ( RS2TT 数据的全球和大区域遥感数据集， 已建成或在建的影像数据库包括 /R7（ /;<=>; RDB> 7<MBD>AB） 数据集和 /S.（ /;<=>; SBABF>FC<@ .@NBY） 数据集； 基于 /RO 数据的改进 /.UUO（ /;<=>; .@MB@F<DH U<NBL ;C@A >@N U<@CF<DC@A OFKNH） 数据集； 中等分辨率和 4XI 分辨率的 PQRR 数据。 中国土地利用 ( 覆被数据库的数据
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用 ( 覆被变化的驱动机制、土地利用 ( 覆被过去和现状的调查以及由此得到土地利用 ( 覆被变化的格局和过程、 土地利用 ( 覆被变化的人类响应， 另外还包括与上述三个问题有关的全球和区域 5677 监测、 综合模型、 相应数 据库的开发建设、 以及对于热点地区、 脆弱区的重视。由此可见这一时期 5677 计划的研究从大的方向上讲遵 循的还是 “ 压力 8 状态 8 响应” 三段式的科学研究范式， 研究对象主要限定在土地利用 ( 覆被变化现象自身的发 “ 展变化规律， 其最终目标还是增进区域尺度上的土地利用和覆被变化二者之间相互作用的理解， 尤其是利用建
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5677 研究进展
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土地利用 ( 覆被变化的监测分类是根据影像所具有的光谱特征， 利用一定的数字图像处理方法并辅以经验 性的知识达到对变化进行监测的目的。从方法上可以分为两类： 光谱直接比较法和分类结果比较法。前者主要 包括插值法、 比值法、 植被指数法、 主成分分析法、 变化向量法等， 这种方法不能同时提供象元变化前后和未变 化象元的土地覆被类型信息。后者先对影像数据进行分类（ 或之前先进行光谱的直方图变换） ， 然后对分类结果 进行比较。这种方法目前应用非常广泛， 但也存在限制因素， 如无法探测某一土地覆被类型斑块内部的细微变 化且分类精度无法得到足够的保证。目前这方面的进展主要是针对影像的光谱特征进行数字图像处理等一些
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