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历史时期土地利用变化研究方法综述(2)

时间:2015-12-03 13:38来源:www.hexinqk.com 作者:胡宁科,李新 点击:
总的来说,以历史文档资料为主要数据源进行历史时期LUCC研究的方法,更多是具有历史地理学、人文学等学科背景的学者在甄别、考证不同种类和不同来源的历史文献基础上,挖掘和提取有用的信息,利用不同的数据处理方
  总的来说,以历史文档资料为主要数据源进行历史时期LUCC研究的方法,更多是具有历史地理学、人文学等学科背景的学者在甄别、考证不同种类和不同来源的历史文献基础上,挖掘和提取有用的信息,利用不同的数据处理方法(如类比法、断面定量比较法、订正法、插补法、森林恒等式和薄记模型等)整理和标准化不同时期、不同来源和不同格式的资料,采用图、表等方式记录整理好的数据,最后对结果数据进行对比分析,早期主要以文字描述的方式定性或半定量研究历史时期LUCC所采用的一般方法。
  2以古地图为主要数据源
  古地图有着悠久的历史。研究表明,中国最早的实物地图可以追溯到1986年9月在甘肃天水放马滩五号西汉墓中出土的纸质地图与1973年12月在湖南长沙马王堆汉墓出土的地形图、驻军图和城邑图。除了以文字记录为主的历史文档资料外,过去的各种古地图也保留了历史时期的很多自然景观和人文景观,给我们提供了研究历史时最直接的视觉图谱资料。古地籍图、古地形图和古景观图一般可以为我们研究过去景观变化提供比较充实和直观的历史时期信息,是学者们进行历史时期LUCC研究的首选古地图,如、Bender等利用17~19世纪的多幅历史时期古地籍图,分别研究了瑞士东南部和德国南部过去的土地覆盖和景观变化;曾新探讨分析了旧志中的古地图对于复原古代城市历史面貌和环境的重要性。对于某些研究区,如果没有收集到地籍图、地形图和景观图等主要记录地表景观、地貌的古地图时,那么一些研究人员就选择用其他种类的古地图来替代,古军事图就是常常被用于进行历史时期LUCC研究的另一类古地图资料,由于其特殊的军事用途,尽管对过去的土地利用/覆盖等感兴趣的地表景观描述相对较少,但其制图的整体精度和时效性要比同时期其他种类的古地图好,成为学者们研究历史时期LUCC的另一个重要数据源,如Skalos等借助18~19世纪的多幅古军事调查图开展了捷克历史时期长时间序列的土地覆盖变化研究;张修桂依据20世纪70年代在中国湖南长沙马王堆汉墓出土的多种古地图资料,探讨研究了西汉时期的景观和军事情况。
  总之,以历史时期的各种古地图为主要数据源的方法是进行历史时期LUCC研究的另一种重要途径,主要思路是将收集的各种纸质古地图扫描为电子地图后,利用多种方法进行校准(如控制点、多项式法、校正模型和遥感影像配准等),选取研究区进行裁剪,采用多种融合方法(色彩增强、对比度拉伸和假彩色合成等)进行增强处理,对感兴趣的地表景观进行人工目视解译分类,最后利用地理信息系统等空间分析软件对多期的资料进行叠加分析,或者与现在的航空相片或卫星影像相匹配,进行历史时期LUCC的时空动态变化研究。
  3以过去的野外调查/考察资料为主要数据源过去的野外实地调查或考察资料能够提供历史
  时期(特别是过去300年左右)地表景观环境的详细信息,是学者们进行历史时期LUCC定性或定量研究的另一种重要数据源。比如,由美国政府于1812年成立的专门负责全国公共用地调查、测绘和制图的独立机构———GLO(GeneralLandOffice),该机构自成立起已经开展过多次野外调查,获得了美国过去近200年来地表景观的多方面资料,现在已经被很多学者用于开展美国州尺度、流域尺度、郡县尺度等不同尺度上的区域历史时期LUCC研究,如Galatowitsch等[65]利用美国西部的调查资料探讨了如何将野外实地调查资料用于历史时期景观变化研究中。最初发起于1785年的PLS(PublicLandSurvey),将美国土地划分为调查小块,块与块之间记录了多种信息(如种类、直径和距离等),现在也是很多学者进行过去地表景观变化研究的调查数据之一,如等借助PLS不同时期的野外调查资料,研究了美国威斯康辛州1850—2000年间的土地利用变化和森林变化。
  总之,过去的野外实地调查/考察资料可以作为历史时期野外地表景观环境实地观测的第一手数据,对于我们了解和研究历史时期LUCC有着极为重要的作用,其主要思路可以概括为:对于收集到的不同时期、不同尺度和不同来源的过去野外实地调查/考察资料,进行相关信息的挖掘与整理,并对多期的资料进行标准化处理(裁剪、类别的合并与分划、类别的统一等),形成易于进行对比分析的统一数据,然后进行相关的研究对比工作。
  4模型模拟
  模型是理论的数学表达,是在考虑了可操作性的基础上,对现实环境复杂关系的简化,综合研究模型是深入理解土地利用变化过程、机理和环境效应的重要手段。LUCC模型的研究能增进对土地利用变化深层机制和原因的理解,可以预测未来土地利用变化的情景和速率,从而为合理的土地利用与政策的制定提供有效的依据。近年来,国内外已经有部分学者开展了利用模型研究历史时期的工作,根据不同的模拟思路,大致可以分为类:一类是在对研究区历史时期土地利用变化充分调研的基础上,选择或建立合适的模型,根据模型的需要制作质量较高的驱动数据(如不同时期耕地面积、森林面积、人口数据、牲畜数据等)和初始值(如潜在自然植被分布、分级耕地面积等),最后通过运行模型模拟得到历史时期的LUCC信息,如Benitez等在对历史时期农业发展阶段实施充地球科学进展分调研分析的基础上,运用作物轮作模型分阶段估算得到了美国西部Choptank河流域1665—1820年间的土地利用变化数据;白淑英等[78,79]依据土地自身的自然条件、社会经济条件和政策体制等条件,研究设计了一种耕地分布诊断模型,用以判断没有卫星遥感信息源时历史时期耕地的空间分布状况。另一类思路则是依据不同的应用目的,对已有的
  数据集运用不同的模型进行二次加工得到所需要的土地利用信息,如Hurtt等通过运用提出的会计模型追踪地表不同时期的土地利用状态,对已有的历史时期全球环境变化数据库和进行二次加工,得到了过去3个世纪以来全球网格土地利用转换数据和森林砍伐数据。在利用模型进行历史时期土地利用变化模拟研究时,由于不同的数据源、不同的模拟思路和不同的研究目的,使得不同模型建模的机理和结构可能不一样,有的以遥感数据作为当前土地利用状态的基础,通过模型的后向运行将过去不同时段人类活动和环境变迁的记录资料插值到不同时期,从而得到历史时期不同时空尺度上的土地利用数据;有的从气候、土壤等因素考虑了土地种植适宜性,结合过去的人口记录资料,通过建立人口密度与森林之间的关系,研究了历史时期森林的覆盖情况;有的根据已有不同时期各土地利用类型之间的关联性,运用不同的插值方法进行历史时期土地利用研究;有的则依据作物本身的生理生态或生长阶段的主要类型而建立的生物—生理模型或作物轮转模型;还有的综合考虑众多地形因子(高程、坡度、土壤等)和民族等因素的影响,利用过去的记录资料建立统计模型或经验模型进行历史时期土地利用变化研究。总的来说,模型的机理和结构随着不同的研究目的、不同的数据源和不同的研究思路可能都是不一样的。
  以模型为手段模拟历史时期LUCC的研究工作
  主要是根据不同的研究区所处自然环境、人类文明演化的历史过程和地表景观演变的主要驱动力因素,选择或建立适合研究区历史时期土地利用变化特点的模型,然后,根据模型的模拟原理选择模型运行的起点,并根据模型模拟时所需要的输入准备模型的驱动数据和初始值,最后,结合模型与准备好的输入数据,进行前向或后向模拟,得到研究区历史时期的LUCC信息,并对模拟的运行结果进行定性和定量的研究分析。


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