遙感技術

在土地利用與土地覆蓋變化中的應用LandUseandCoverChange：LUCC

土地利用/覆蓋及其變化的定義

相互關系（Internet信息）土地利用是人類根據土地的特點，按一定的經濟與社會目的，采取一系列生物和技術手段，對土地進行的長期性或周期性的經營活動。它是一個把土地的自然生態系統變為人工生態系統的過程。土地覆蓋是指自然營造物和人工建筑物所覆蓋的地表諸要素的綜合體，包括地表植被、土壤、冰川、湖泊、沼澤濕地及各種建筑物如道路等，具有特定的時間和空間屬性，其形態和狀態可在多種時空尺度上變化。土地利用側重于土地的社會經濟屬性，土地覆蓋側重于土地的自然屬性。

土地覆蓋變化包含兩個方面的含義，一是轉化（Conversion），另一是改變（Modification），前者是土地從一種土地覆蓋類型向另一種類型的轉化，后者是一種土地覆蓋類型內部條件（結構和功能）的變化。當然，轉化和改變之間的界限并不總是很明確的，長期的、經常性的改變最終會導致完全的轉變。兩種變化的定義土地利用變化包括一種利用方式向另一種利用方式的轉變以及利用范圍、強度的改變?？茽柷呱车厣郴瘎討B1997年1990年通遼毛烏素沙地沙化動態90年代60年代榆林固定沙質草地流沙與沙化草地農田水域北京地區土地利用變化75年91年97年城鎮農田灌草地水域林地草地兩種變化的關系單一的土地利用形式往往與某一種土地覆蓋類型相對應（放牧－草地）。一種土地覆蓋類型可能支持多種利用方式，如森林可用于木材開采、采伐或火燒后用于耕作、狩獵和采集、燃料木收集、娛樂活動、野生生物保護、水土保持等。一個單一的土地利用系統可能包含不同的土地覆蓋類型共同存在，如一個農業系統兼有耕地、林地、已開發的牧場、村落（居民地）。土地利用的變化很可能引起土地覆蓋變化，但在土地利用不變的情況下，土地覆蓋也可能發生變化。如當木材生產或耕作的常速超過了森林的更新能力時，森林將不斷地縮小。

現在大多數的土地覆蓋變化是為人類的土地利用所驅動，土地覆蓋的變化是土地利用變化的直接響應。LUCC的研究目標、主旨、焦點更好地認識全球土地利用和土地覆蓋的驅動力；調查和描述土地利用和土地覆蓋動力學中的時空可變性；確定各種土地利用和可持續性間的關系；認識LUCC、生物地球化學和氣候之間的相互關系。最終增進我們對基于區域以模型方式顯示的土地利用與土地覆蓋之間關系的理解，以更好地進行預測。LUCC計劃研究的基本目標是提高對全球土地利用和土地覆蓋變化動力學（動態過程）的認識，并著重提高預測土地利用和土地覆蓋變化的能力。LUCC研究的實質是為人類進一步理性化的土地利用服務，通過對人類土地利用及所帶來的土地覆蓋變化的研究，對人類現時的土地使用政策進行評估，預測由此所帶來的種種后果，以求最終能提出土地利用的最優模式，實現可持續性的土地利用。焦點由于土地利用/覆蓋變化的機制對解釋土地覆蓋的時空變化和建立土地覆蓋變化的預測模型起關鍵作用，是整個全球環境變化研究計劃對土地利用/覆蓋變化項目的要求，因而是LUCC研究的焦點。要進行土地利用/覆蓋變化機制研究，現在主要是通過遙感圖像分析，通過區域性案例的研究，了解過去不同時段土地覆蓋的空間變化過程，并將其與改變土地利用方式的自然和經濟主要驅動因子聯系起來，建立解釋土地覆蓋時空變化的經驗模型。再結合土地利用的地面調查，建立區域性的驅動因子－土地利用－土地覆蓋變化的診斷模型。LUCC在全球變化研究中的重要地位地球上至少有一半的沒有被冰雪覆蓋的陸地表面已由于人類的各種利用而發生了實質性的改變(Kate,1990);Vitousek等(1992)估計近40％的地球陸地總凈生產力是被人類利用或者通過土地使用的變化而消費掉，4％的陸地凈生產力為人和家養動物直接利用，26.7％發生在人控制的系統（如農地）內，還有近12％是因為人類活動而遺失。土地利用/土地覆蓋的變化對全球CO2升高的作用是及其明顯的，在當代，其作用僅次于化石燃料的燃燒，也有研究表明，在過去150年間，土地覆蓋的變化和礦物燃料的燃燒向大氣層排放了大致相等數量的CO2(Houghton,1990)，而且是CH4和N2O等溫室氣體增加的主要原因，并對局地和區域氣候產生影響(Vitousek,1994)。土地覆蓋通過特定的地表特征（粗糙度、反射率與影響水熱通量的其他性質）影響著海洋驅動的大氣環流的基本格局并導致區域與局地氣候發生變化。不同的土地覆蓋類型有著不同的生態系統結構、群落組成與生物量；它們也以不同的速度吸收與固定諸如炭與氮之類的養分，對營養成分在土壤、大氣與水中的分布有著重要影響。(B.L.TurnerII,DavidSkole,1992)

土地覆蓋—大氣的相互作用生物地球化學大氣化學水與能量

生物多樣性生態系統的結構與功能物種與基因多樣性土地覆蓋的破碎化

可持續性問題土壤利用與侵蝕速率土壤養分的保持水資源利用農業–生態潛力/承載容量農村規劃/環境與發展國家與國際政策對全球氣候變化的響應對氣候變化的土地敏感性減緩氣候變化的土地利用綜合建模與評價

全球變化專題性研究中所需的LUCC信息LUCC研究進展及趨勢基本研究內容

(a)土地覆蓋變化對全球環境變化的影響。主要回答土地利用如何通過改變土地覆蓋而影響全球環境變化。全球環境變化包括兩個層次的變化（TurnerII,1990）：系統性的變化和累積的變化。前者是真正全球意義上的變化，如氣候波動和碳循環等；后者是區域性的變化，其累積效果影響到全球性的環境現象，如植被破壞、生物多樣性的損失及土壤侵蝕等。土地覆蓋變化對系統性全球環境變化的影響研究的內容包括：溫室氣體的竟釋放效應、大氣下墊面反照率的變化等等。對累積性變化影響的研究內容包括：土地退化、生物多樣性、流域水平衡、水質和水環境、河流泥沙及海洋生態系統等等方面的影響。

(b)全球環境變化對土地覆蓋變化的影響。研究其它方面的環境變化，主要是氣候變化對土地利用/土地覆蓋的影響，以及土地利用/土地覆蓋對可能的環境變化的敏感性。氣候變化對土地利用/土地覆蓋的影響包括通過氣溫和降水的波動造成的直接影響及通過干旱、洪水、土地退化產生的間接影響。

(c)土地利用/土地覆蓋變化與可持續發展。由于陸地和海洋生態系統的土地、水、食物及纖維等資源的豐缺都會受到土地利用/土地覆蓋變化的直接或間接的影響，因此世界環境和發展大會所提出的許多可持續發展問題均與土地利用/土地覆蓋變化有關。

土地利用/土地覆蓋變化的環境影響

(1)大氣化學性質及過程

對全球氣候變化有影響的溫室氣體是主要的長命氣體成份（Penner,1992）;其可因土地覆蓋的變化而增加。森林消失、土壤碳的氧化、化石燃料的燃燒等都使大氣中CO2濃度增加;土地利用變化對19世紀全球大氣CO2增加起著重要的作用，其作用僅次于化石燃料的燃燒（Keeling,1976；Bacastow,1981；Rotty,1981），對大氣CO2含量增加有凈貢獻；從1750年以來，大氣中CH4的濃度增加一倍多，原因主要是人類工農業活動的共同作用；N2O增加的速度較慢，很可能主要與熱帶的土地利用變化及農業活動有關（Matson,1990）；CFC-11（氟氯烷－11）由1950年的0增加到1990年的0.29ppbv（體積的十億分之一）（Houghton,1990）。土地利用變化是大氣中CH4和N2O濃度增加的最主要原因。稻田、生物燃燒、牲畜等釋放出CH4，土壤、肥料、生物燃燒放出N2O。(2)氣候變化

微氣候的變化區域氣候乃至全球變化影響城市的熱島效應

(3)水文的變化

土地利用/土地覆蓋變化的水文（地表水和地下水）影響包括水質和水量的變化。由于人類耕作（特別是化學肥料和殺蟲劑的使用）和定居（城市污水）引起的土地覆蓋的變化已造成了世界性的水污染（Rogers,1992；Smil,1990）。很多研究表明，森林開采（特別是高地上的森林）增加了下游洪水泛濫的頻率和強度（Richey,1989；Sterbberg,1987）。(4)對生物多樣性的影響

全球1/3—1/2的陸地表面，已經被人類活動所改變。一些重要的生態系統變成斑塊（fragments），有的實際上已消失（如高草草原，干季落葉的熱帶森林）。大量的種和遺傳學上獨立的種群已消失（Wilson,1992；Myers,1993）。擁有全球50％物種的棲息地的熱帶雨林，比原有面積減少一半；溫帶森林1/3已被砍伐；溫帶雨林已成為瀕危生態系統；澳大利亞、新西蘭、美國加利福尼亞的濕地已消失一半；亞洲、拉丁美洲、西非的紅樹林損失嚴重，印度、巴基斯坦、泰國至少有3/4的紅樹林受到損害。在中國，2000年前森林覆蓋率達50％，現在只約有13.8％。熱帶森林大部分被橡膠園和熱帶作物園取代，老齡的落葉闊葉林已消失，現存的主要為中齡的次生落葉闊葉林，常綠闊葉林是生物物種最豐富的一個森林類型，同樣遭到嚴重破壞，保存較好的呈片斷化分散在不同的山地上的。由于過渡放牧，退化草場占可利用草場面積的1/4，由于各種原因引起的土地沙化面積達1.26億公頃。土地利用模式的改變使物種棲息地斑塊化，造成了許多交錯帶，產生了邊界效應(edgeeffect)，引起生物多樣性的變化。中國東部樣帶季節性（Seasonal）NDVI變化Jan.Feb.Mar.Apr.May.Jun.Juy.Aug.Sep.Oct.Nov.Dec.案例分析土地利用和覆蓋變化及其對農業生態系統的影響

國家自然科學基金重大項目(39899370-4)

中國東部陸地農業生態系統與全球變化相互作用機理研究—第四課題：土地利用與覆蓋變化及其對農業生態系統的影響圖例制圖單位：北京師范大學資源科學研究所，環境演變與自然災害教育部重點實驗室制圖時間：1999年11月

1983年中國東部樣帶土地覆蓋類型圖(8km)圖像范圍：104.8oE－135.0oE18.2oN－53.6oN投影方式：Geographic成像時間：1983.1－1983.12合成方式：逐月合成數據類型：NOAA/AVHRR—NDVI分辨率：8km8km常綠針葉林(部分種植園)常綠針闊混交林落葉針葉林落葉闊葉林落葉針闊混交林1、森林11常綠森林12落葉森林3、復合類型常綠闊葉林地+作物半常綠林地+半長綠灌叢+草地常綠針葉林地+作物落葉闊葉林+落葉灌叢+草地灌叢+草地+作物溫性草地+一年一熟作物4、作物一年一熟作物一年一熟/局部兩年三熟旱作一年兩熟/兩年三熟水澆地一年水旱兩熟作物雙季稻/水稻連作喜涼旱作一年三熟5、低植被覆蓋地與裸地低植被覆蓋地草甸草原干草原

荒漠草原(局部沙地植被)2、草地溫性草地沙地植被多時相合成圖多時相合成圖國家自然科學基金重大項目(39899374)

中國東部陸地農業生態系統與全球變化相互作用機理研究—第四課題：土地利用與覆蓋變化及其對農業生態系統的影響圖例制圖單位：北京師范大學資源科學研究所，環境演變與自然災害教育部重點實驗室制圖時間：1999年11月

1992年中國東部樣帶土地覆蓋類型圖圖像范圍：104.8oE－135.0oE18.2oN－53.6oN投影方式：Geographic成像時間：1992.4－1993.3合成方式：逐月合成數據類型：NOAA/AVHRR—NDVI分辨率：1km1km常綠針葉林常綠闊葉林常綠針闊混交林常綠針葉+落葉闊葉混交林落葉針葉林落葉闊葉林落葉針闊混交林落葉針闊混交林+濕地草甸草原干草原荒漠草原(含沙地植被)1、森林11長綠森林12落葉森林3、草地溫性草地2、灌叢與疏林常綠闊葉灌叢與疏林地落葉闊葉灌叢4、復合類型常綠林地+灌叢常綠林地+作物半常綠林地+半長綠灌叢+草地針葉林地+草地落葉闊葉林+灌叢+草地灌叢+草地+作物草地+落葉闊葉林地+作物作物+林地+灌叢+草地5、低植被覆蓋地與裸地裸地7、水體河流、湖泊、水庫8、城鎮居民用地6、作物一年一熟作物一年兩熟/兩年三熟旱作一年兩熟/兩年三熟水澆地一年水旱兩熟作物雙季稻/水稻連作喜涼旱作一年三熟三季稻低植被覆蓋地草甸國家自然科學基金重大項目(39899374)

中國東部陸地農業生態系統與全球變化相互作用機理研究—第四課題：土地利用與覆蓋變化及其對農業生態系統的影響圖例制圖單位：北京師范大學資源科學研究所，北京師范大學環境演變與自然災害教育部重點實驗室制圖時間：2000年11月

1995年中國東部樣帶土地覆蓋類型圖圖像范圍：103.5oE－135