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1、土地利用土地利用/ /覆被变化（覆被变化（LUCCLUCC）研究进展研究进展资源环境学院周清2011-1111、LUCC背景对土地利用/土地覆被变化（LandUse/CoverChange,LUCC)的研究至少可以追溯至19世纪60年代。以美国为例，早在1864年，Marsh就指出在地中海和美国的大平原，由于人类土地利用方式的改变而导致的后果。进入20世纪以后，Sherlock在manasageologicalagent中，着重比较了地貌改造人为因素与自然剥蚀之间的关系。一、LUCC概念21956年，Thomas在其著作中详细描述了人类改变地貌的途径，总结了人类活动对地表过程所造成的改变，并提
2、出了人类在地里环境中应遵循的种种行为规范。1990年，Billieturner和他的同事们为人类呈上了theearthastransformedbyhumanaction，又一次为全球变化研究尤其是LUCC研究明确了方向32、发展尽管人们对LUCC研究重要性的认识由来已久，但直到20世纪80年代中后期，面向解决全球环境变化和可持续发展领域的若干重大问题，LUCC研究受到国际社会的重视。国际上有关土地利用变化的研究证实开始于1992年联合国制定了“21世纪议程”。4国际地圈生物圈计划（InternationalGeosphere-BiosphereProgramme,IGBP）和国际全球环境变化
3、人文计划（TheInternationalHumanDimensionsProgrammeonGlobalEnvironmentalChange,IHDP）两大国际组织积极筹划全球性综合研究计划，并于1995年共同拟定发表土地利用/土地覆被变化科学研究计划，从而有力地推动了全球的区域土地利用/土地覆被研究的纵深发展5土地利用/土地覆被变化科学研究计划提出针对人类活动和全球变化间的人和生物驱动影响土地利用与土地覆被及其对环境和社会的影响0的/土地利用/土地覆被变化(LUCC,Land-use and land-cover change ）研究计划6土地利用/覆被变化指因自然及人为因素作用引起的土
4、地利用变化和土地覆被变化，如林地的退化、耕地开发为城市用地等。（改造和变异）7 Land-use and land-cover change (LULCC); also known as land change) is a general term for the human modification of Earths terrestrial surface. Land coverreferstothephysicalandbiologicalcoveroverthesurfaceofland,includingwater,vegetation,baresoil,and/orartifici
5、alstructures.8SatelliteimageofdeforestationintheAmazonregion,takenfromtheBrazilianstateofParaonJuly15,1986.Thedarkareasareforest,thewhiteisdeforestedareas,andthegrayisre-growth.Thepatternofdeforestationspreadingalongroadsisobviousinthelowerhalfoftheimage.Scatteredlargerclearingscanbeseennearthecente
6、roftheimage.(Source:NASA)9土地利用变化指土地用途转移和土地利用集约度的变化。土地覆被变化指土地质量与类型的变化和土地属性的转变。10二、LUCC研究内容1、土地利用/覆被变化的格局及过程研究近三百年来人类利用（humanuse）导致的土地覆盖的变化2、土地利用/覆被变化的驱动力分析人类土地利用发生变化的主要原因3、土地利用/覆被变化的效应（资源、环境、生态、经济和社会效应）4、数据可靠性和质量研究5、尺度动力学研究11TheU.S.ClimateChangeScienceProgram：Strategic Research Questions1Whattoolsorm
7、ethodsareneededtobettercharacterizehistoricandcurrentland-useandland-coverattributesanddynamics?2Whataretheprimarydriversofland-useandland-coverchange?3Whatwillland-useandland-coverpatternsandcharacteristicsbe5to50yearsintothefuture?4Howdoclimatevariabilityandchangeaffectlanduseandlandcover,andwhata
8、rethepotentialfeedbacksofchangesinlanduseandlandcovertoclimate?5Whataretheenvironmental,social,economic,andhumanhealthconsequencesofcurrentandpotentialland-useandland-coverchangeoverthenext5to50years?12三、LUCC涉及领域1、Biodiversityloss2、ClimateChange3、Pollution4、Otherenvironmentalimpacts5、Sustainableland
9、management6、Landcoverchange13Map of Russian Forest Biomass14刘春雨,赵军,刘英英等对额济纳天然绿洲近25年的LUCC及景观格局时空变化进行了研究表明，绿洲各土地利用类型及景观格局指数均发生了重要变化，LUCC变化表现出草地和灌木大幅度减少，荒漠显著增加;景观类型多样性指数(H)及土地利用均匀度指数(E)减少，土地利用优势度指数(D)增加;反映额济纳天然绿洲生态环境逐渐恶化的趋势，绿洲主体景观类型的面积明显缩减，荒漠景观生态类型面积逐年递增，植被退化严重。（干旱区资源与环境，Vol.25No.9Sep.2011)。151617There
10、searchontheimpactofLUCConecosystemservicevaluesinHaDaQiindustrialcorridorshowedthatfutureland-usepolicyformulationshouldgiveprecedencetotheconservationoftheseecosystemsoveruncontrolledconstruction,reclamation,andwaterconsumptionandthatfurtherlanddevelopmentshouldbebasedonrigorousenvironmentalimpactn
11、alyses.(XiaodongNa,ShuyingZang,NannanZhang,etc.2011)181920ShuqingZhaoShuguangLiuRunshengYin,etc.,201021四、LUCC研究方法1、Remotesensing22Thisworkshowsthevalueofusingdifferenttypesofsatellitedatatostudyclimateandland-useandland-coverchange.Coarse-resolutiontimeseries“survey”dataareusedtoidentifyareaswhereva
12、riationsinphotosynthesishaveoccurred,thenLandsatandclimatedataareusedtounderstandpossibleland-usechangesand/orclimaticvariationinthespecific“survey”areasidentified.23241989年1998年252、Geospatial analysis 26273、Driving forces目前,普遍认为导致土地利用与覆被变化的驱动力主要存在于自然和社会两个系统28吴文婕吴文婕, 石培基石培基, 胡胡 巍等对城市化背景下河西走廊巍等对城市化背景
13、下河西走廊LUCC 的人文驱动力分析表明：的人文驱动力分析表明：（1）近）近 20 a, 河西走廊耕地数量空间相对变化显著。河西走廊耕地数量空间相对变化显著。（2）河西走廊经济增长与耕地非农化存在近似）河西走廊经济增长与耕地非农化存在近似“ kuznets ”曲线型关系曲线型关系, 随着经济发展随着经济发展, 耕地非农化速度耕地非农化速度先增大先增大, 而当经济发展到一定阶段时而当经济发展到一定阶段时,随着经济增长耕随着经济增长耕地非农化速度逐渐减小地非农化速度逐渐减小, 最终趋于平稳。最终趋于平稳。( 3)以城市化水平、以城市化水平、 社会经济以及农业技术发展为代表的社会经济以及农业技术发展
14、为代表的人文驱动力因子在研究区近人文驱动力因子在研究区近 20 a耕地的变化过程中起主耕地的变化过程中起主导作用。（导作用。（水土保持研究，水土保持研究，2011）294、Modeling元胞自动机模型元胞自动机模型Agent-based模型模型系统动力学模型系统动力学模型土地利用变化及其效应模型土地利用变化及其效应模型基于经验的统计模型基于经验的统计模型变化测度模型变化测度模型30五、研究进展1、国际国际LUCC研究概况研究概况 1995年年IGBP和和IHDP拟发土地利用与土拟发土地利用与土地覆被变化科学研究计划地覆被变化科学研究计划 1999， IGBP和和IHDP又提出又提出LUCC研
15、究研究实施策略实施策略 FAO、UNEP、IIASA相继确立与相继确立与LUCC相相关的研究项目关的研究项目 美国、日本、欧共体分别建立不同层次的美国、日本、欧共体分别建立不同层次的LUCC项目项目312、国内研究概况国内研究概况 我国多年在土地利用调查、规划、我国多年在土地利用调查、规划、基础理论研究、基础图件编制和资源环基础理论研究、基础图件编制和资源环境数据库建设取得大量成果。境数据库建设取得大量成果。32p80年代出版全1：100万土地利用图集p92年出版中国土地利用p“八五”期间中科院将“国家资源环境遥感宏观调查与动态分析”项目列为院“八五”重大项目p1990年来，针对我国粮食安全、
16、土地生态环境问题、典型地区土地利用变化与社会经济发展关系进行研究332011年2月26日,由北京师范大学和南京大学共同承担的全球变化研究重大科学计划项目“大尺度土地利用/覆盖变化对区域气候影响的研究”（2011CB952000；2011-2015）”第一课题“300年来我国土地利用状况和植被覆盖的时空演变特征及未来演化趋势”正式启动。3435六、当前LUCC研究中的主要问题1、缺乏具有系统性及代表性的局部性研究缺乏具有系统性及代表性的局部性研究2、LUCC研究中的跨学科问题研究中的跨学科问题3、LUCC研究中的数据问题研究中的数据问题4、尺度转换问题、尺度转换问题36实例：胶东半岛海岸带土地利
17、用变化及其水文效应最终研究目的最终研究目的1、弄清陆地上人类环境耦合系统变化的原因、结构和性质，并定量确定他们对人类环境耦合系统的影响2、评估生态系统服务的供应如何受人类环境耦合系统变化的影响3、识别脆弱的和支撑性的人类耦合系统对包括气候变化在内的相互作用的扰动的特征和动力学37研究所涉及的专题研究领域研究所涉及的专题研究领域1、土地系统动力机制2、土地系统变化后果3、土地可持续性集成分析和模拟38技术路线DEM工作流模块流域边界和水系RS1980S2000S2010S1990SGIS解译土壤数据流域底层数据降雨数据空间差值基于LTM模型的土地利用变化模拟、预测基于CA-markov模型的土地
18、利用变化模拟、预测对两个模型模拟结果对比、评价，选用精度高的模型2020sLUCC预测39LTM模型一个可以定量分析和预测土地利用变化的方法，该模型不仅能完美的集成多重传统的土地利用变化影响或者驱动因子，如，地形（高程、坡度等）、自然区位等，而且能集成多种社会经济信息，如，人口增长、可持续农业、交通、政策等。40LTM模型的核心功能之一，即，对土地利用分布和转换的相对概率分析，也采用BP神经网络算法。41CA-Markov模型此模型是基于Markov过程理论而形成的预测时间发生概率的一种方法，常用于具有无后效性特征地理事件的预测。在土地利用变化研究中，土地利用类型对Markov过程中的可能状态
19、，而土地利用类型之间相互转换的面积数量或比重即为状态转移概率。42研究过程通过1979、1990、2000、2009年遥感数据进行解译，并绘制土地利用图通过DEM、土地利用现状图提取高程、坡度、坡向、至海岸线距离、至河流距离、至道路距离、至城区距离采用LTM和Markov模型对土地利用进行模拟，其中选用高程、坡度、坡向、至海岸线距离、至河流距离、至道路距离、至城区距离七个变化驱动因子4344目前目前LUCC的研究侧重于土地利用与的研究侧重于土地利用与土地覆被的土地覆被的分类系统、动态监测和环境分类系统、动态监测和环境影响评价影响评价等方面，对其变化的动力机制等方面，对其变化的动力机制的研究也正广泛开展。的研究也正广泛开展。 LUCC的各种驱动力在不同时间和空的各种驱动力在不同时间和空间尺度上都大不一样，生物间尺度上都大不一样，生物自然驱动自然驱动力可能与人类驱动力同样重要，因此今力可能与人类驱动力同样重要，因此今后的发展趋势中，自然要素、社会经济后的发展趋势中，自然要素、社会经济要素和人文要素的结合是必然的。要素和人文要素的结合是必然的。45
