第三章景观动态变化

1、第三章 景观动态变化教学目的：通过本章的学习，掌握景观稳定性的概念和影响景观稳定性的要素，景观变化的驱动因子；掌握景观变化对生态环境的影响。了解景观变化的动态模拟。重点难点：教学重点景观稳定性的概念及相关问题；景观变化的驱动因子；景观变化的生态环境影响。难点景观变化的动态模拟。从远古时期亚马逊河流域大片森林的焚烧到现代社会一座座高楼拔地而起，从迅猛的洪水顷刻间淹没了农田到落荒地逐渐演变成与当地气候相适应的顶极群落，从大面积草原荒漠化到濒危物种的消亡，我们周围的景观无时无刻不在发生着变化。景观变化的结果不仅改变了人类的自然环境，而且影响着人类的社会制度、经济制度甚至文化思想。谈到景观的变化，首先

2、涉及到同景观变化相对应的一个概念景观稳定性。第一节 景观稳定性景观无时无刻不在发生变化，绝对的稳定性是不存在的，景观稳定性只是相对于一定时段和空间的稳定性；景观有是由不同组分组成的，这些组分稳定性的不同影响着景观整体的稳定性；景观要素的空间组合也影响着景观的稳定性，不同的空间配置影响着景观功能的发挥，人们总试图寻找一种最优的景观格局，从中获益最大并保证景观的稳定与发展；事实上人类本身就是景观的一个有机组成部分，而且是景观组分中最复杂，又最具活力的部分，同时，稳定性的最大威胁恰恰来自于人类活动的干扰，因而人类同自然的有机结合是保证景观稳定性的决定因素。一、景观稳定性的概念1、景观参数的变化曲线

3、若不考虑时间尺度，景观参数随时间变化曲线的特点可以由3个独立参数来描述：ü 变化的总趋势（上升、下降和水平趋势）；ü 围绕总趋势的相对波动幅度（大范围和小范围）；ü 波动的韵律（规则和不规则）。景观变化的12条变化曲线（a）美国田纳西洲阿巴拉契亚硬木林在1000年内预测的生物量变化（b）英国剑桥附近罗金厄姆林地面积400年来的变化（c）夏威夷冒纳罗亚山上空22年间大气中CO2含量的变化2、.对景观稳定性的理解 可从以下两方面：1）从景观变化的趋势认识：持久性：表示系统或某些成分的生存时间。恒定性或变异性：表示系统某些特征的波动频率和幅度。2）从景观对干扰的反应来认

4、识：恢复性或弹性：表示系统发生变化后恢复到原来状态的能力。（恢复性可用系统回到原状态所需的时间来度量。）抗性阻力：表示系统抵抗外界变化的能力。在景观生态学中所研究的稳定性多是指有生命的景观类型的稳定，即生物稳定。生物稳定性是一种亚稳定性，即系统处于动态平衡状态（围绕中心位置上下波动）。它可以是在很长时间内都围绕一个中心位置；也可以是在一段时间内处于一种平衡状态，围绕一个中心位置波动，而在另一段时间内又进入另一种平衡状态，围绕另一个中心位置波动。3、 非稳定性如果系统由于某种原因（如受到干扰），改变原来围绕中心位置上下波动的状态，出现一条新的轨迹线，那么该系统就表现出非稳定性。非稳定性可能以两种

5、类型存在：(1) 系统发生变化后，达到新的可预测波动状态，形成一种新的亚稳定平衡。(2) 在统计学意义上没有新的可预测波动状态出现。非稳定性既可以是暂时的，也可以是长期的。二、 景观要素的稳定性景观是由不同的景观要素组成的，景观整体的稳定性是由其组成各要素的稳定性所决定的，景观各要素的稳定性千差万别，为此在对景观稳定性做总体评价时，应考虑到各要素在景观稳定性中的作用及其相互联系。景观是由气候、地貌、岩石和土壤、植被、水文五大要素组成。景观的动态也是其中各要素的变化，但各要素的变化显然是不一致的。1、 气候气候具有两种变化：周期性变化：如地球围绕太阳公转形成的春夏秋冬、地球自转产生的白天黑夜。多

6、用均值来表示其变化。异常变化：如第四纪冰川，其形成原因尚有较大的争论。2、 地貌通常大面积的高山、平原地貌的变化时间相当长，需地质年代来计算。通常在研究景观的动态时认为地貌要素是稳定的。3、岩石和土壤除在岩石大面积出露的戈壁、侵蚀剧烈的黄土高原等类似地区研究景观稳定性时，需要慎重考虑岩石和土壤要素外，对其它多数地区来说，岩石和土壤属稳定的景观要素，通常很少考虑。4、植被在景观稳定性中起主要作用。具有周期性和异常变化两种情况。对多数景观来说，植被的稳定性实际上代表了景观的稳定性。一般地说，在实际评价景观稳定性时，主要考虑的是植被要素的变化。5、水文水既是景观中较为活跃的组成要素，又是对景观的变化

7、最具影响力的干扰因素。水的稳定性最差，其变化又很难预测。景观整体的稳定性是由其组成各要素的稳定性综合作用所决定的。在对景观稳定性做总体评价时，应考虑到各要素在景观稳定性中各自的不同作用，以及由各要素的空间组合所决定的不同作用之间的相互联系。三、景观稳定性的尺度问题我们以上所谈到的景观稳定性，实际上都没有考虑景观稳定性的尺度问题，或者下意识地根据自己假定的一个尺度来评判景观是否稳定。景观稳定性的尺度问题包括景观稳定性的时间尺度问题和景观稳定性的空间尺度。景观的稳定性取决于观察景观时所选择的时空尺度。1、 景观稳定性的时间尺度景观稳定性是一个相对的概念，任何景观都是连续变化的瞬息状态，这些状态可以

8、看作是时间的函数，我们评价景观是否稳定首先根据自己假定的一个时间尺度。评价景观是否稳定时首先根据自己假定的一个时间尺度，或者是一个变化速率。景观稳定性的时间尺度以人一生的生命周期为好。2、 景观稳定性的空间尺度指景观的异质稳定性，即在景观尺度上，稳定性实际上是许多复杂结构在立地水平上不断变化和大尺度上相对静止的统一。 大尺度上景观结构和要素组成的变化需要很长的时间才发生，而小尺度上景观的变化在短期就可以发生。四、干扰与景观稳定性景观稳定性可以看作干扰条件下景观的不同反应稳定性是系统两种特征恢复性和抗性的产物。一般地说，景观的抗性越强，景观越稳定；景观的恢复性越强，景观越稳定。更一般地说，如果干

9、扰在系统中只能引起较小的总体变化，则该系统的特性是稳定的。在稳定性研究中，最好用不同的稳定性组分来量度和表示抗性和恢复性。 景观对干扰的抵抗能力被限定在一定的阈值之内，超过该阈值，外界干扰造成的危害是相同的。 一般地说，终级景观的抗干扰能力比初始景观强；而受到干扰之后，初始景观的恢复能力又比终级景观强。 为什么将景观对干扰的反应看作是景观稳定性的一个有价值的量度？稳定性的确定必须包括环境发生很大变化期间的观察结果。景观可以看做是干扰的产物 干扰强度影响景观稳定性。 干扰的强度和频率常常相互作用来影响景观稳定性。（1）若干扰的强度很低，而且干扰是规则的：景观能够建立起与干扰相适应的机制，从而保持

10、景观的稳定性。（2）若干扰比较严重，但干扰经常发生，并且可以预测：景观也可以发展起适应干扰的机制来维持稳定性。若干扰不规则，而且发生的频率很低，则景观的稳定性最差。理论上讲，在干扰经常发生，而且没有一定干扰规律下形成的景观，其稳定性最高。第二节 景观变化的驱动因子景观变化的驱动因子可以分为两类：一类自然驱动因子，一类是人为驱动因子。一、自然驱动因子指在景观发育过程中，对景观形成起作用的自然因素。比如地壳运动、流水和风力侵蚀、重力和冰川作用等，他们形成景观中的不同地貌类型。 较大的时空尺度上作用于景观，它可以引起大面积的景观发生变化。1、地貌的形成 地壳构造运动：造成地表形态的不断变化 风和流水

11、作用：风成地貌，流水地貌。风和流水是塑造地貌最重要的外动力。 重力和冰川作用：冰川的侵蚀和搬运，形成冰蚀地貌、冰积地貌等。2、气候的影响气候对景观的发育具有至关重要的作用。在气候的影响下，古老的岩石发生了巨大的变化。比如石灰岩在冻融气候条件下，极易破碎与溶解；在潮湿气候下，可形成喀斯特地形；在炎热干旱气候下，以坚硬的山脊形式保存下来。沿赤道向两极，在不同气候的影响下形成各种不同类型的景观：赤道景观：赤道地区终年高温，降雨充沛。在高温高湿的影响下，化学反应速度快，土壤底部的基岩变化强烈，整个景观主要有森林基质组成。只有大量的支配和河流两者之间的对比较为明显。 热带景观：气温依然较高，但降雨明显减

12、少，空气较为干燥，大片大片的森林已有明显的破碎迹象，无林带多被热带稀树草原或暂时性的耕地所代替。荒漠景观：荒漠地区降水少，温带景观：降雨集中在夏季，寒冷地区景观同一气候带会存在异质性景观，主要原因： 干扰 趋同作用速率因基岩和地貌结构不同而变化较大。 气候和地貌本身的变化可能要比生态系统的变化快得多。在同一景观中，可能有许多生态系统，它们代表长期趋同作用过程中的不同阶段。3、生命的定居植物的进化过程：海洋陆地类似苔藓、地衣或藻类等绿色植物 维管束植物维管束植物发育十分完全大面积森林以裸子植物占优势的森林有花的被子植物 被子植物占据统治地位；植物群落的演替不断地改变着景观的外貌动物的定居：动物定

13、居的结果在景观中形成一个重要的反馈环。4、土壤的发育对生态学来说，土壤最重要的方面在于它再一次强调了气候在定向系统中所起的基本作用。土壤的发育也是景观变化的一个重要动力。气候是决定植被的主要因素，植被可以改变土壤，而土壤又可以改变植被。在许多生态系统中，反馈环呈正向的或自加速的过程，即土壤的变化有利于植被的发育，植被变化的结果加快土壤发育。5、自然干扰人类对地球的影响程度已相当严重，地球上几乎找不到完全没有受人类干扰的地方。 火烧：一直被认为是最重要的自然干扰。火烧最直接的结果是改变了景观斑块的分布格局。 洪水：洪水泛滥造成大面积土地被淹。然而，定期洪泛可看作是系统内正常变化的组成部分。 飓风

14、、龙卷风：常常导致大面积景观发生变化。 害虫的爆发：一种严重的自然干扰，可将农田变成一片片裸地。二、人为驱动因子 包括人口、技术、政治经济体制、政策和文化等因子，对景观的影响十分重要。在人为因子的影响下，景观的变化主要表现为土地利用/土地覆被的变化。1、人口因素 人口与景观作用的方式§人口增加导致耕地等农业景观的增加，同时使林业等其它资源流失。§人口增加导致生产的密集化。§人口增长可以对区域甚至全球产生影响。§人口增长意味着对粮食的需求增大。人口与环境压力的定量关系I = P A TI：对环境的压力 P：人口 A：人均消费 T：科学技术Ehrilich计

15、算在美国出生一个小孩，对地球生态系统的影响是意大利的3倍，巴西的13倍，印度的35倍，孟加拉国的140倍，是卢旺达、海地、尼泊尔的280倍。2、技术因素 科学技术与土地利用变化的关系§科技进步导致了农业用地的巨大变化，提高土地生产力。§科技进步带来了运输革命。§新的运输技术缩短了土地之间的距离。人类对景观的影响历程：从人类活动的历史演变过程可见，人类对景观的影响越来越大，这主要是由于科学技术的不断进步。史前人类对景观的最初影响；工具的发明；火的发明；农业革命；城市文明；产业革命引发的工业化以及其后科学技术文明的进一步发展，加剧全球性环境问题的出现3、政治经济体制及

16、决策因素 政治经济体制对景观变化影响的三个层次§国际水平：国际之间的贸易、国家之间的关系、世界财政体系以及非官方的世界性组织等决定着土地利用/土地覆被变化的总体方向。§国家水平：国家的政治经济体制和决策可以直接影响土地利用/土地覆被的变化，还可以通过市场、人口和技术等因素影响土地现状。§当地水平：具体引起当地土地利用/土地覆被的调整、破碎和完全变化。 政策对土地利用的重要影响人类的决策对景观变化起着“催化剂”作用。 研究政治经济体制对土地利用/土地覆被变化影响的注意问题§变化的“长波和短波”：除了考虑一般影响土地利用/土地覆被的现今政治经济体制外，还要注

17、意历史上影响土地利用变化的关键事件和时间。§特定的群体有其自己的时间尺度，可能与整个社会发展的时间尺度不一致。§比较当前与过去政治经济体制等社会驱动因子对土地利用影响的作用是相当重要的。 进一步研究政治经济体制对土地利用/土地覆被变化影响可能要考虑的问题研究难点体现在社会问题的复杂性以及社会科学和自然科学有机融合的复杂性。§在国际水平上寻找与之相对应的土地利用/土地覆被变化的全球指示因子；§在一个给定的体制系统内，建立对区域变量敏感性的国家和区域实例；§确定不同尺度上政治经济因子对大尺度驱动因子的敏感性；§选取指示案例，研究外来管理对

18、当地体制改变的重要性。4、文化因素文化对土地利用的直接影响§公众的意见：§思想体系：Lowenthal（1990）认为人类对自然的认识经历了3个阶段：1）自然完全被人类所控制。2）自然独立于人类而存在，但仍受到人类的威胁。3）自然是脆弱的，人们开始意识到土地的持续利用。§法律：可能是最有力的直接影响土地利用变化的因素。§知识：知识的丰富并不意味着行动的改变。文化对土地利用的间接影响1）文化对人口增长和城市化的影响：价值观念通过结婚的年龄、生育期和出生率对人口增长产生重要影响。人们的价值取向也影响着居住类型，但这些都是建立在基本的需求和供应得到满足之后。2

19、）文化对消费和需求的影响：法律规范着消费和消费的手段。在现存的技术条件下，要求的消费越高，对景观的影响越大；降低消费需求是减少土地利用变化、环境退化等问题的重要一步。3）文化对社会运动的影响：思想意识引发的环境运动可以引起政治注意。4）人类群体文化对土地利用的影响人类文化对土地利用的影响是多层次的，不仅体现在人类个体，也表现在群体同自然的关系上（以澳大利亚北部热带森林国家公园居住的土著居民和印度尼西亚的一种“掠夺型”群落为例说明）。文化控制土地利用的程度有多大还值得探讨。第三节 景观变化的生态环境影响前面我们将第三章景观动态变化的景观稳定性与景观变化的驱动因子进行了介绍，介绍了自然因素与人类的

20、生产生活活动对景观变化起着重要的作用，那么，变化了的景观又会对生态环境造成哪些影响呢？今天我们就来介绍景观变化所带来的生态环境影响。当前全球环境变化和可持续发展已成为世界各国政府和科学家所关注的问题。景观变化所带来的生态环境影响也自然成为大家关心的热点。1995年，具有全球影响的两大国际组织“国际地圈与生物圈”和“全球变化人类影响和响应计划”，将其列为全球环境变化的核心项目。景观变化对生态环境的影响极为深刻。景观变化结果不仅改变了景观的空间结构，影响景观中能量分配和物质循环，而且不合理的土地利用造成土地退化、非点源污染等严重的生态环境问题，对社会经济产生严重影响。一、景观变化对气候的影响景观和

21、气候的影响是两方面的。通常，气候的变化会引起景观的变化，反过来，改变了的景观又对气候造成一定的影响。景观对区域气候的影响主要通过以下三方面来实现：1、土地表面性质的变化土地表面性质发生变化时将引起能量的重新分配，从而影响气候变化。在城市化过程中，几乎所有地表天气环境都发生了变化，如太阳辐射、温度、湿度、能见度、风速、风向等。城市土壤的渗水能力和树木的截水能力比非城市土地利用形式要小得多。2、地表反射率的变化：基于人类利用方向的土地利用变化倾向于增加发射率，上对流层温度增加，大气的稳定性增强，并减少对流雨。3、温室气体和痕量气体的变化 （1）CO2：前工业时期，大气中CO2增加量主要来自于土地利

22、用的变化。据估计，从1850年到1985年大气中CO2增加量的35%是由土地利用变化引起的，主要是森林退化。（2）CH4：景观变化，如农业的扩张（水稻种植）、城市化过程、森林的退化、生物量的燃烧等是CH4的直接来源。湿地（包括水稻）是CH4的最大来源，湿地释放的CH4量占大气中CH4总释放量的20%。草地、森林的砍伐和焚烧也是CH4的重要来源。 （3）N2O：景观变化导致土壤特性变化会影响N2O的释放量。在所有的N2O来源中，土地利用变化占到80%。§ 森林景观破坏的影响：森林“地球之肺”ü 导致森林植被中的碳直接释放ü 对其土壤碳库产生巨大的影响：森林景观转化为

23、农业景观其土壤碳库损失约25%。ü 可能引起洪水的泛滥，导致湿地面积的增加，从而增加CH4的排放源：由于热带森林砍伐所引起的直接和间接排放的CH4约占全球CH4排放量的35%。ü 可能改变全球水循环以及地表反射率等，从而直接引起气候变化§ 湿地景观的变化：湿地“地球之肾”大气中CH4的主要来源。 反刍动物 15% 水稻田 20% 化石燃料开采 14% 生物质燃烧 10% 自然湿地 21% 白蚁和垃圾填埋等§ 农业景观的变化Ø 农业景观中的土壤碳含量最低Ø 农业景观中大量灌溉系统的使用以及农业生产的需水程度也将改变陆地上水循环的模式，从

24、而影响陆地水分的分布状况Ø 农业生产中大量使用化肥，造成土壤中的人工物质增加，导致土壤微生物的活性增加，加速了土壤碳库的释放。导致CH4、N2O等的释放§ 城市景观Ø 热岛效应Ø 大量温室气体释放及其他污染物质的释放Ø 固体废弃物Ø 大量污水输出，导致土壤退化Ø 地表下渗减少，造成地下水位下降二、景观变化对土壤的影响1、对土壤有关生态过程的影响§能量交换：景观的变化使覆盖层对太阳辐射的吸收和反射特性也发生变化。§水交换：景观变化可以改变降水在地表的分配。§侵蚀和堆积：人类活动引起的景观变化大大影

25、响了侵蚀和堆积发生的速率和空间分布。§生物循环和农作物生产：景观变化可以加速或延缓生物循环。2、 对土壤养分流动的影响不同土地利用结构对土壤水分和养分的影响（傅伯杰等，1998） a，b，c表示了黄土坡地上三种15年以上不同土地利用结构。a：林地-耕地-草地；b：林地-草地-耕地；c：草地-林地-耕地。不同的土地单元对营养成分的滞留和转化有不同的作用，表现为循环能力不同，转化途径不同。 研究景观变化对养分流动的影响在于配置最佳的土地利用结构，最大限度地减少养分流失。§Peterjohn和Correll（1984）对N、P、C流进行了分析，发现自然植被及其土壤系统的营养循环能

26、力远远强于玉米地（图）。§Likens等（1970）在美国新罕布什尔地区，将一个未受干扰的流域中的养分流失情况同另一个森林被皆伐的流域加以对比。§对美国科罗拉多短草草原N的研究。§Williams和Nicks（1993）研究了植被过滤带对营养元素迁移和土壤侵蚀的作用。§傅伯杰等（1998）研究了陕北黄土丘陵区持续15年的4种典型土地利用结构对土壤养分的影响（图）。三、景观变化对水环境的影响1、对水量的影响 水资源短缺（1）森林变化的影响森林的覆盖和砍伐影响反射率、树冠的截流、冠层的蒸腾、地表的粗糙度、土壤的蒸发，这些同水分和能量平衡有重要联系。根系发达的

27、树木消耗大量的地下水和土壤水，因此，从森林转变为短季的种植作物可以节约大量的水分。（2）草地变化的影响 草地不适当的管理和过度放牧将引起植被的减少和土壤的板结，使地下水的供应减少，从而严重影响靠地下水补给的河流水量。（3）耕地的影响（包括灌溉和农业集水区） 灌溉的结果有两方面：一是无效的灌溉引起盐化和土壤水渍；二是在一定程度上增加了低水平大气中的水分，提高了湿度，降低了反射率和日温，有助于降雨的形成（4）聚居地和其它非农用影响2、对水质的影响 非点源污染景观变化直接影响到水质；§景观变化引起的气候变化间接影响水质；§景观变化引起气候变化，变化了的气候反过来引起景观变化，进一

28、步又影响了水质。四、景观变化带来的生态环境问题1、大气质量下降景观变化可以改变大气中气体的组成和含量，从而影响大气的质量。§景观变化影响N2O的释放量，N2O可以破坏臭氧层，从而引起地表辐射的增强。§景观变化对CH4有重要影响，而CO的最大来源是CH4的氧化。§城市化和工业景观的发展增加了对流层中光化学烟雾的组成成分，光化学烟雾通过分散和吸收太阳辐射改变地表接受的辐射量。§土地利用变化引起S释放量增加的证据还不足，估计不超过S所有来源的5%。在SO2浓度高的地区还可能引起酸雨。2、土壤侵蚀和土地沙化人类不合理的土地利用方式，如森林砍伐、矿山开采、陡坡开荒

29、、过度放牧等，是造成土壤侵蚀和土地沙化的主要原因。3、湿地减少随着人类文明的发展，人类活动对湿地的影响越来越深刻、广泛。从整体上看，这种影响以负效应为主。§农业生产对湿地的影响：农业生产的一系列活动，如围海造田、道路和排水设施的修建直接导致湿地数量的减少；现代农业使用的大量杀虫剂和化肥对湿地造成严重的污染。§城市化对湿地的影响：城市化过程产生的污染物，如沉积物、需氧物质、营养物质、重金属、细菌和病毒等通过点源污染或非点源污染途径进入湿地。§此外，水分循环的改变、造林、工业发展都导致湿地的丧失。第四节 景观变化的动态模拟一、景观变化动态1、概念景观变化动态：是指景观

30、变化的过去、现在和未来趋势。他需要回答景观是怎样变化的，为什么这样变化以及变化的结果。2、类型根据关注景观变化的侧重点不同，景观变化动态可分为两种：景观空间变化动态，景观过程变化动态（图）。景观空间变化是指景观中：斑块数量、斑块大小、廊道的数量与类型、影响扩散的障碍类型和数量，景观要素的配置等变化情况。景观过程变化动态指在外界干扰下，景观中物种的扩散、能量的流动和物质的运动等变化情况。景观动态变化3、景观变化的动态模拟需要考虑的问题景观变化的动态模拟是通过建立模型来实现的，模型的建立需要了解景观变化的机制与过程，一般来说，景观变化的动态模拟至少需要考虑的问题以下几点：（1）景观的初始状态任何景

31、观变化的动态模拟，都需要建立一个初始状态，用来同以后的景观相比较。但是事实上任何景观都是文化的景观，都保留着过去管理的痕迹并体现当今的实践活动，所以人类对景观的影响只是一种程度。（2）景观变化的方向：趋势 景观变化的方向揭示了景观变化的大量信息。尽管单纯的方向并不能提供景观变化的更详细的信息，但他们总结了历史的变化趋势。这种时间的变化可以在各种空间尺度上反映。（3）景观的变化率：过程景观的变化率十分重要。非常快的变化率可能使当地和区域的物种灭亡，改变区域的生物多样性。变化率可以从变化的方向进行估计，或根据一段时间的损失量来计算。（4）景观变化的可预测性：结果 就是说是景观整体发生了变化，还是景

32、观中关键的物种发生了变化？农业的发展不可避免地用农作物代替了原始的植被，形成农业景观的基础结构；人类文化与自然之间的相互作用如地形、土壤肥力等因素形成了特定的景观构型和特征。（5）景观变化的可能性和程度：机制 在某种外界条件变化下，景观是否发生变化？从一种类型的景观到另一种类型景观改变的程度有多大？在某些特定区域范围内只能是自然植被向城市发展的景观变化，而城市景观不可能向相反的方向进行，但是农作物，草地以及自然植被之间的相互转化随时都在进行。二、景观变化模拟的步骤 （一）、数据库的建立1、遥感图像：航空像片、卫星图像航空像片是景观变化中使用很广的数据来源，根据它，可以直接得到土地利用类型和景观

33、变化率。但是航空相片有一些缺点：一是1930年 以前的航片很少，尽管用其他的方法可以得到土地利用的一般数据，但长期的景观动态模拟是不可能的；其次是航片包含的信息量有限，没有包括一些景观变化的过程量；第三，航片质量的好坏可能使一些景观类型的区分受到限制；第四，航片的解读和判译费时繁琐。但是同其他的数据来源相结合，航空像片仍就是很好的数据源。卫星图像：近年来的遥感技术的发展使景观变化的研究进入了一个新的领域。利用遥感卫星可以提供给景观变化非常有用的数字数据，他的连续性是以前的航片不能相比的。连续的空间数据（月或年）可以用俩估计不同土地利用之间的转化。新的SPOT卫星提供了高分辨率。遥感数据选择需要

34、考虑的几个数据属性1）类型：遥感平台类型、数据表达类型2）范围：地表覆盖范围、目标客体涵盖范围3）分辨率水平：目标细节的表现水平4）时段：数据获取的时间、不同时段的分布情况2、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、NDVI（归一化植被指数）图。一般以矢量或栅格形式储存。3、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。4、气象数据主要有温度、降水量和太阳辐射等。（二）、模拟模型的建立1、统计相关模型不同的地理现象是不同的地理过程相互作用和相互影响的结果。这些现

35、象的不同特征，可以通过调查和试验数据展示出来。每次调查和试验，可以认为是地理现象的一次随机抽样。通过对调查和试验结果的统计分析可以获得对地理现象总体的认识。在统计上，调查和试验数据可以看作是地理过程的随机表现，具有随机过程的性质。概率论是随机过程的基础，大数定律是使用统计学方法研究随机过程的基本依据。在统计研究中，一般假定研究对象的数据分布类型为正态分布。对于非正态分布的数据，需要转换为正态分布后才能进行统计分析，否则，要选择与数据分布类型相一致的分析方法。分析单个变量或两组变量之间的关系，使用相关分析方法；分析变量组合所表现出来的相关关系，使用因子分析方法。通过相关分析和因子分析建立成因过程

36、与地理现象的联系，为科学的理论提供基础。在相关分析的基础上，利用变量之间的关系通过回归分析对具有相同分布的新数据进行预测。（1）统计相关建模目的变量间相关性研究人们对变量间关系的本质感兴趣，并试图通过这种联系建立对事物总体的认识。是否所有变量都相互独立？还是一个变量或多个变量依赖于其他变量？如果是后者，这些变量之间的关系如何？相关分析就是分析这类问题的。形成科学的成因假设根据变量之间的关系建立成因过程与现象的联系，解释所发生的地理现象。因子分析就是可用的方法之一。预测为了根据某些变量的观测值预测另一个或另一些变量的值，必须建立各个变量之间的联系。回归分析就是可用的方法之一。数据简化或结构简化在

37、不损失有价值信息的情况下尽可能简单地将被研究的现象描述出来，希望这样能使解释变得更容易些。因子分析同时也具有这样的¬功能。（2）模型分类根据统计相关模型的应用目的，将模型分为三类：1）相关分析；2）回归分析；3）因子分析。模型的数据分布假设是多元正态分布。. 相关分析相关分析模型研究变量间的相互关系并进行信度检验。相关分析模型主要通过相关系数、偏相关系数和典型相关分析来建立。研究的结果有助于分析概念模型中变量间的关系，并将其定量化和细化。相关模型中的相关关系并不意味着因果关系。因果关系的建立，来自于先验的或理论上的考虑。相关关系可以为因果关系的建立提供基础。相关显著的变量之间可以是具

38、有直接因果关系、间接因果关系，或者仅仅只是统计上的关系。相关分析经常要回答的问题是：1）变量之间有没有相关关系？2）相关关系的表现方式如何，是正相关还是负相关，是线性的还是非线性的？3）相关关系是否显著？4）相关关系是直接还是间接的？5）相关关系怎么解释？. 因子分析因子分析是使用数学方法建立起来的关于变量之间组合关系的方法。该方法利用协方差结构来组合不同的因子，进而分析推断可能存在的地理过程。建立因子的主要机理是，我们观察到的变量之间的关系可以用潜在的不能观察的变量来描述，这些不能观察的变量往往与现象背后的过程相联系。变量的组合关系往往与特定的物理、化学、生物或地理、社会、经济等过程相联系。

39、过程模型需要回答的问题是：1）变量关系的组合合适吗？2）怎么解释这种组合？3）这种组合与什么过程有联系？回归分析回归分析使用统计回归方法，建立解释变量与因变量之间的关系表达式。从统计学的角度看，回归是利用均值性质进行推断的一种方法。在回归分析中，把研究对象对应的变量叫因变量，把因变量所依赖的变量叫解释变量 。实际上，回归模型是用解释变量来解释因变量的变化。在回归分析中，需要回答的问题是：1）关系是线性的还是非线性的？2）关系表达式是什么？3）表达式显著性如何？4）表达式是否为简约的？5）是否满足假设条件？回归分析包括了多种方法，常用的如多元回归分析、岭回归分析、逐步回归分析、逻辑回归分析、概率

40、回归、积分回归、稳健回归等，分别用来解决特定的问题。应该注意的是，相关分析和回归分析是有差异的。在相关分析中，我们平等看待每一个变量，对应变量和解释变量不进行区别，它们都是随机变量。但是在回归分析中，应变量被看作是统计的、随机的，有一个概率分布。解释变量被看作是（在重复抽样中）取固定值的，是非随机的。(2) 建模步骤统计相关模型建立在观察或搜集到的数据基础之上。建模主要有下面5个步骤。数据整理整理调查数据，按照变量的性质和测量尺度进行归类，形成规则表格并录入计算机。在这项工作中，要注意以下几点：1）变量命名是否规范；2）明确变量的测量尺度和数据类型；3）检查样本；4）数据录入；5）填写说明日志

41、。数据预处理根据研究目的和使用的方法，对数据进行预处理，包括分析数据的统计特征、检查数据分布、进行数据变换三方面的内容。对于统计相关模型而言，本步重点要考察数据分布是否为正态分布，如果不是，则要进行转换。模型计算选择模型和模型参数，运行求解。模型计算的结果可以是数字、表格或图形。当前，模型求解的工作由计算机来完成，关键是参数的选择。模型检验对模型进行检验，包括模型是否满足假设的要求，是否具有简约性，模型的结果是否合理，误差分布如何等。模型解释和应用根据建立的模型对研究问题进行解释、预测等。工作的质量主要取决于建模人员的专业素质。2、生理生态学过程模型包含一些生理生态学机理，机理意义更明确，普适

42、性更强，但实际应用上更多地还是采用半理论半经验模型，因而这一领域的模型仍处于迅速发展的阶段。3、遥感模型用遥感数据作为自变量的宏观模型。以遥感数据作为信息源的景观变化动态研究将会显出愈来愈大的优越性。进一步的发展是各种模型的交融，以及遥感和地理信息系统的渗透。卫星遥感数据是地理信息系统数据库的重要组成部分。以它为基本数据源，根据它的属性信息建立数据解译标志，可提取基础地理信息数据。如果进一步分析和研究卫星遥感数据的其他相关信息，将其转化为算术运算和逻辑运算，可建立较为完善的遥感信息解译模型，实现计算机对遥感数据的自动处理并解译和提取基础地理信息数据，大大提高遥感数据提取和判读技术，增加数据采集

43、的客观性，避免人机交互式采集时人工判读的主观性和不同人判读时的不一致性，缩短数据采集周期，减少工作量，提高工作效率。 人类通过遥感卫星传感器获取和积累了大量遥感数据信息，但目前还不能有效处理和充分利用这些数据，遥感信息解译模型的建立则可以改变这种状况。此外，遥感信息模型作为地理信息模型的一部分，它的发展也有利于地理信息系统技术的应用和发展。(1) 遥感信息解译标志和模型建立的条件 现在，各卫星遥感传感器所选接收电磁波谱的波段范围大体相同，其全色波段范围也是基本一致的，目前主要依靠接收地面反射电磁波获取卫星遥感数据，有利于建立合适的遥感影像解译标志和模型。经过几十年的应用，已经积累了大量的卫星遥

44、感数据和经验，且数据的质量稳定可靠，有利于建立公用的遥感数据解译标志和模型。卫星遥感技术发展很快，如法国SPOT5卫星影像分辨率可达到2.5米，并可获得立体像对，进行立体观测，为高精度的基础地理信息数据采集提供了可靠保障，也为遥感影像解译标志的建立和遥感影像信息模型的开发与研究提供了有利条件。卫星遥感传感器和遥感数据处理技术的发展很快，一些传感器的立体观测，各类遥感数据分辨率的提高和遥感. 数据增强处理技术的发展，为遥感影像解译标志和遥感影像信息模型的开发和研究提供了有利条件。计算机硬件技术的快速发展为遥感影像数据的快速解译和处理提供了可靠的支持。遥感数据处理和解译软件的发展为遥感信息模型的研

45、究提供了更好的技术支持。 （2）影像解译标志的建立 遥感影像解译标志也称判读要素，它能直接反映判别地物信息的影像特征，解译者利用这些标志在图像上识别地物或现象的性质、类型或状况，因此它对于遥感影像数据的人机交互式解译意义重大。建立遥感影像解译标志可以提高我国遥感影像数据用于基础地理信息数据采集的精度、准确性和客观性。 由于我国幅员辽阔，地貌和气候差异很大，可根据地貌、气候条件，把全国划分为不同类型地貌样区，在简型地貌样区建立各基础地理信息要素的解译标志，有利于用正确的方法确定采集范围。对于某些特殊地理信息要素，可建立专门解译标志。在建立遥感信息模型时，可把这些属性添加到逻辑运算内。对于建立解译

46、标志所采用影像的季节应避免植被覆盖度高的夏季，避免使用积雪较多、云层遮盖或烟雾影响较大的数据。要根据满足基础地理信息数据提取的要求选择遥感影像波段组合顺序及与全色波段进行融合。在对数据进行增强处理时，要避免引起信息损失。 在影像上选择典型的标志建立区的要求是：范围适中以便反映该类地貌的典型特征，尽可能多的包含该类地貌中的各种基础地理信息要素类且影像质量好。标志区的选取完成后，寻找标志区内包含的所有基础地理信息要素类，然后选择各类典型图斑作采集标志，然后去实地进行野外校验，对不合理的部分进行修改，直到与实地相符为止。同时拍摄该图斑地面实地照片，以便于影像和实际地面要素建立关联，表达遥感影像解译标

47、志的真实性和直观性，加深使用者对解译标志的理解。 遥感影像解译标志的建立有利于解译者对遥感信息作出正确判断和采集，这对于用人机交互方式从遥感影像上采集基础地理信息数据是十分必要的，尤其是在作业区范围很大、作业人员知识背景差异也很大且外业踏勘不足的情况下，可以使作业人员迅速适应解译区的自然地理环境和解译采集要求。但是人机交互式解译毕竟无法对大量卫星遥感数据进行快速处理，这就需要建立较为完善的遥感信息解译模型，以便于用计算机对遥感信息进行解译和采集。遥感影像解译标志是遥感信息模型建立的前提和基础，有了较为准确的遥感信息解译标志，才能建立较为实用的遥感信息模型。 （3）遥感信息模型的建立遥感信息模型

48、由地形模型、物理模型和数学模型构成，是用遥感信息和地理信息影像化的方法建立的一种模型，它是形象模型与抽象模型结合的一类可视化模型。地理现象和地理过程非常复杂，既有必然的规律，也受偶然因素的影响，因此，建立遥感信息解译模型应考虑各种相关信息，利用量化分析和加权分析的方法，用这些因子构建遥感信息解译模型，进行相应的逻辑分析和运算。由于影响遥感影像解译、判读的因子很多，也很复杂，需要进行主成因分析，在不影响正确判断的前提下，可适当舍弃某些次要因子，简化遥感信息模型、降低模型建立的难度。遥感信息模型在遥感影像解译的应用，可大大提高数据采集速度，减少人工解译和采集的工作量。遥感信息模型是遥感信息的自动解译和提取的基