第 五 章 土地/ 景观 动态过程及模型
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第一节 土地/景观变化的空间模式
一、人类活动对土地/景观变化的影响 在人类历史时期,土地/景观变化已在不同
的时间和空间发生。 刀耕火种时期,人类对土地利用与景观的影响较小。 农业文明时期,开始吧林地、草地转化为农田,引进农业
技术、过程,自然的景观转化为农业景观,以及出现了一些田园化景观和可持续农业景观。
工业化与人口的扩张,导致大量的自然与人文景观退化,从而不可避免地出现了全球性的生态环境问题。
人为活动是影响景观变化的主要因素。 人类活动对土地/景观的影响是多时间尺度的。
二、景观变化的空间过程
1 . 景观破碎化 定义:指由于自然或人为干扰所致的景观
有简单趋于复杂的过程,即由单一、均质和连续的整体趋于复杂、异质和不连续的斑块镶嵌体的过程。
主要表现:斑块数量增加而面积减少,斑块形状趋于不规则,内部生境面积缩小,廊道被截断以及斑块彼此隔离。
边缘式是指新的景观类型从一个边缘向另一个单向地呈平行带状蔓延,景观变化从一个边缘开始。
廊道式是指新的廊道在开始时把原来的景观一分为二,从廊道的两边向外扩张。
单核心式是指从景观的一点或一个核心处蔓延。
多核心式是指从景观中的几个点蔓延,如居民点或外来物种的入侵。
散布式是指新的斑块广泛散布。
四、土地利用/覆盖变化
1 . 土地利用/覆被变化研究框架 土地利用和土地覆盖变化是影响景观结
构、功能及动态变化的最普遍的主导因素之一,涉及对人类活动影响的量化评价。土地利用与覆盖变化已成为景观生态学和全球生态学中极重要和具有挑战性的研究领域之一。
2 . LUCC生态效应研究
主要主题包括:区域/全球粮食保障;全球气候变化对区域土地/水资源利用的影响; 气候的可变化性及区域脆弱性;后京都协议中的碳问题;区域生物多样性的丧失;社会和环境中的脆弱区。
二、模型的种类
根据计算机在建模中的作用 解析模型与模拟模型 根据时间上和空间上的连续性 连续型模型和离散型模型 根据数学方法 微分方程、差分方程和矩阵模型 根据是否含有随机变量或参数 随机型模型和确定型模型
根据模型所涉及的生态学组织层次 生理生态模型、种群模型、群落模型、生态
系统模型,景观模型以及全球模型等
根据模型包含空间异质性的程度或处理空间信息的方式
点模型或非空间模型,半空间模型或准空间模型,以及空间显式模型或空间模型
三、生态学建模的一般原理和过程
生态学建模的一般原理
生态学模型是科学和艺术的结合 “ 艺术”成分是指整个建模过程包含许多人为或主
观因素,决定了同样的一个真实系统可以用不同的风格或不同类型的模型来描述。
“ 科学”成分指反映系统或现象的客观现实。但模型的目的不是“复制”现实,而是为理解和预测复杂的现实系统提供一个有效的代替。
生 态 学 建 模 的 一 般 过 程
建立概念模型(1) 明确地定义所研究的问题(2) 确定建模目的(3) 确定系统边界(4) 建立因果关系图
建立定量模型(或概念模型的定量化)(1) 选用适当的数学方法(2) 确定变量间的函数关系(3) 估计参数值(4) 编写计算机程序(5) 确定模拟的时间步长(6) 运行模型,获得最终结果
模型检验模型确认(model verif ication):仔细检查数学公式和计算机程序模型验证(model validating):(1) 对模型结构和变量间关系合理性的检验(2) 模型输出结果与实际值的直接比较(3) 模型的敏感性分析(sensitivity analys is)(4) 模型的不确定性分析(uncertainty analysis)注:这并非意味着一个模型必须要经过上述多种方法的检验,但多种方法为模型检验提供了必要的选择余地(详见 Rykiel,1996)。
模型的应用(1) 设计和执行模拟实验(2) 分析、综合和解译模型结果(3) 与生态学同行或应用领域的对象交流模型结果并征
求改进意见,发表论文和专著。
•数据库的建立• 遥感图像:航空像片、卫星图像• 空间数据:包括植被图、土地利用图、土壤图、地
形图等,以及由此生成的一些图,如坡度图、坡向图。一般以矢量或栅格形式储存。
• 文献数据和统计资料:文献数据主要是与所要模拟的景观过程有关的变量数据和参数值;统计资料包括工农业统计数据、年鉴、森林资源清查数据等。
• 气象数据:主要有温度、降水量和太阳辐射等。
1 .景观模型的重要性和必要性
受时间、空间以及设备和资金的限制,在景观水平上进行实验和观测研究往往困难重重。
在实际景观研究中,很难找到两个在时间和空间上相同或相似的景观,重复性研究往往不可能。
景观格局和过程在多重尺度上相互作用、不断变化。
景观模型可以综合不同时间和空间尺度上、不同学科、不同格局与过程的信息,成为环境保护和资源管理的有效工具。
四、景观模型的主要类型及特征
2 景观模型的主要类型
非空间景观模型:完全不考虑所研究地区的空间异质性结构或假定空间均质性或随机性。
准空间景观模型:通常考虑空间异质性的统计学特征。
空间显式景观模型:明确考虑所研究对象和过程的空间位置和它们在空间上的相互作用关系。
3 .景观空间模型的类型及其特征
景观空间模型可以根据其处理空间信息的方式分为两大类:
( 1 )栅格型景观模型 ( grid-based landscape
model ) ( 2 )矢量型景观模型 ( vector-based landscape
model )
2 . 土地资源退化过程辨析
土地退化的质变过程是生产力或生态服务功能高的土地资源类型向难以利用或生产力极低的沙地、裸土地、盐碱地和非农用地等类型的转化过程,另外还包括陆地“三大”生命支持系统——森琳、天然草地和湿地资源的丧失过程。
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