专题二：LUCC研究进展(1).ppt

1,土地利用/覆被变化（LUCC） 研究进展,资源环境学院 周 清 2011-11,2,1、LUCC背景 对土地利用/土地覆被变化（Land Use/Cover Change , 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man as a geological agent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,3,1956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，并提出了人类在地里环境中应遵循的种种行为规范。 1990年，Billie turner和他的同事们为人类呈上了the earth as transformed by human action，又一次为全球变化研究尤其是LUCC研究明确了方向,4,2、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”。,5,国际地圈生物圈计划（International Geosphere-Biosphere Programme, IGBP ）和国际全球环境变化人文计划（The International Human Dimensions Programme on Global Environmental Change , 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,6,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,7,土地利用/覆被变化指因自然及人为因素作用引起的土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）,8,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 cover refers to the physical and biological cover over the surface of land, including water, vegetation, bare soil, and/or artificial structures.,9,Satellite image of deforestation in the Amazon region, taken from the Brazilian state of Para on July 15, 1986. The dark areas are forest, the white is deforested areas, and the gray is re-growth. The pattern of deforestation spreading along roads is obvious in the lower half of the image. Scattered larger clearings can be seen near the center of the image. (Source: NASA),10,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。,11,二、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（human use）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,12,The U.S. Climate Change Science Program ： Strategic Research Questions 1 What tools or methods are needed to better characterize historic and current land-use and land-cover attributes and dynamics? 2 What are the primary drivers of land-use and land-cover change? 3 What will land-use and land-cover patterns and characteristics be 5 to 50 years into the future? 4 How do climate variability and change affect land use and land cover, and what are the potential feedbacks of changes in land use and land cover to climate? 5 What are the environmental, social, economic, and human health consequences of current and potential land-use and land-cover change over the next 5 to 50 years?,13,三、LUCC涉及领域,1、Biodiversity loss 2、Climate Change 3、Pollution 4、Other environmental impacts 5、Sustainable land management 6、Land cover change,14,Map of Russian Forest Biomass,15,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.25 No. 9 Sep. 2011)。,16,17,18,The research on the impact of LUCC on ecosystem service values in HaDaQi industrial corridor showed that future land-use policy formulation should give precedence to the conservation of these ecosystems over uncontrolled construction, reclamation, and water consumption and that further land development should be based on rigorous environmental impact nalyses.(Xiaodong Na, Shuying Zang, Nannan Zhang,etc. 2011),19,20,21,Shuqing Zhao Shuguang Liu Runsheng Yin, etc.,2010,22,四、LUCC研究方法,1、Remote sensing,23,This work shows the value of using different types of satellite data to study climate and land-use and land-cover change. Coarse-resolution time series “survey” data are used to identify areas where variations in photosynthesis have occurred, then Landsat and climate data are used to understand possible land-use changes and/or climatic variation in the specific “survey” areas identified.,24,25,1989年 1998年,26,2、Geospatial analysis,27,28,3、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“,29,吴文婕, 石培基, 胡 巍等对城市化背景下河西走廊LUCC 的人文驱动力分析表明： （1）近 20 a, 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“ kuznets ”曲线型关系, 随着经济发展, 耕地非农化速度先增大, 而当经济发展到一定阶段时,随着经济增长耕地非农化速度逐渐减小, 最终趋于平稳。 ( 3)以城市化水平、 社会经济以及农业技术发展为代表的 人文驱动力因子在研究区近 20 a耕地的变化过程中起主导作用。（水土保持研究，2011）,30,4、Modeling 元胞自动机模型 Agent-based模型 系统动力学模型 土地利用变化及其效应模型 基于经验的统计模型 变化测度模型,31,五、研究进展,1、国际LUCC研究概况 1995年IGBP和IHDP拟发土地利用与土地覆被变化科学研究计划 1999， IGBP和IHDP又提出LUCC研究实施策略 FAO、UNEP、IIASA相继确立与LUCC相关的研究项目 美国、日本、欧共体分别建立不同层次的LUCC项目,32,2、国内研究概况 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境数据库建设取得大量成果。,33,80年代出版全1：100万土地利用图集 92年出版中国土地利用 “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 1990年来，针对我国粮食安全、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,34,2011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。,35,36,六、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 2、LUCC研究中的跨学科问题 3、LUCC研究中的数据问题 4、尺度转换问题,37,实例：胶东半岛海岸带土地利用变化及其水文效应,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,38,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,39,技术路线,DEM,工作流模块,流域边界和水系,RS,1980S,2000S,2010S,1990S,GIS,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,40,LTM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。,41,LTM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。,42,CA-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，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。,43,研究过程,通过1979、1990、2000、2