5综合多源信息和多学科知识的方法

　　历史时期土地利用/覆盖随着时间的推移和周围环境的不断变化，它原有的面貌可能已经发生了巨大变化，通过单一的研究方法可能难以从时空角度上进行复原重建研究，那么就需要综合多源信息和多学科的交叉知识来比较准确地重建历史时期的时空演变过程。近些年来，随着众多学科知识的相互交叉发展，国内外一些学者通过运用多源资料和不同学科的综合知识研究了不同区域、不同尺度、不同分辨率的历史时期LUCC数据。遥感技术出现之前，早期有关历史时期LUCC的研究工作着重于将历史时期的各种历史文档资料、古地图和过去的各种野外调查/考察资料结合起来，进行过去的土地利用变化研究，如综合运用GLO调查资料、历史照片和历史文档资料研究了美国俄勒冈州东部2个流域过去多年里河边地土地利用类型的变化等综合过去的土地登记薄、古地籍图、存档数据等资料研究了德国和巴伐利亚Franconia河上游自年以来的土地利用变化;Dahlstrom等综合过去的文档资料、古地籍图、统计数据等多种历史资料，研究分析了瑞士某区域过去350余年的土地利用、人口和牲畜变化。随着遥感技术的出现与发展，利用自身的特点与优势:一方面，可以用作古地图校正的标准参考对象;还可以作为基础数据产生模型模拟时所需要的输入数据和初始值;通过实施波段组合和变换增强处理，仔细对比遥感影像的纹理和光谱差异等特性，以及微波遥感可以穿透地表一定深度的特性，可以识别和再现某些区域特定历史时期的人类活动古遗迹和地理环境状况。因此对于对比分析古今地表景观的时空动态变化研究，遥感数据有着不可替代的作用，被越来越多地用于历史时期LUCC研究当中。如Ramankutty等以遥感数据(MODIS获取的土地利用覆盖图)和历史文档资料作为输入数据，通过提出的一个简单土地覆盖模型模拟得到了全球1700—1992年间的耕地变化数据;Hamandawana等综合历史存档记录、旅行日记、古地图、航空相片等多种资料，探讨研究了非洲南部Okavango河流域土地利用/覆盖的变化。

　　另外，古生态学方面的孢粉资料、湖泊沉积物、地质学方面的地层信息、碳追踪手段和考古学方面的研究方法，也逐渐被广泛地融进历史时期的研究工作中，如Cousins等综合古地图、古地理资料、考古资料和孢粉地层资料，结合岸第7期胡宁科等:历史时期土地利用变化研究方法综述边替代模型模拟研究了瑞典东南部17世纪至今的土地利用变化和植被类型变化信息;Veski等通过综合古生态学上的孢粉资料、湖泊沉积物分析资料、历史文献资料和古地图，综合研究了爱沙尼亚南部过去1000年的历史景观变化;Schuppert等以德国南部一小区域为研究区，探讨了如何将历史文档资料、古地图、考古资料和地质资料与现代空间数据相连接用于研究历史时期的景观变化;颉耀文等综合历史文献、地形图、考古资料、地质测年数据和遥感影像等多种资料，研究恢复了中国甘肃石羊河流域下游民勤绿洲近2000年来的绿洲演变过程。

　　不同数据源和方法的优缺点

　　目前，已有的历史时期LUCC研究工作，使用的数据源逐渐多源化，采用的研究方法也逐渐多样化，但由于不同学者学识背景的差异，已有的一些研究工作所使用的数据源和研究方法都比较单一，很难从不同时空尺度上更加完整地理解过去的土地利用变化过程，综合集成多源数据和多种方法开展历史时期LUCC的研究工作相对较少。对于不同的学科背景、不同的研究区域、不同的研究尺度(时间尺度和空间尺度)，采用不同的数据源和不同的研究方法，各自都有其优点与不足的地方历史文档资料既包括历史时期不同时段遗留下的人类活动和环境变迁的各种原始记录资料，还有不同背景的学者依据这些原始记录资料整理而成的各种有关历史地理方面的古书籍(史志、方志、地名志、史略、史探等)，以及后人陆续通过各种手段从这些资料中不断挖掘提取出的新信息。这些从古到今的历史资料可谓是有关过去不同时期人类活动和环境演变的第一手原始资料，是未经更改和夸大的客观资料，是历史时期地表景观变化的真实反映，且种类繁多(既包括历史时期遗留下来的各种原始文档资料，也包括后面陆续修整而成的各种古书籍)，包含的信息量巨大，记录了历史时期不同角度的地表景观信息，是进行历史时期LUCC研究的首选数据源。但其记录方式不同于现代规范的器测记录，其中存在许多噪音并有许多遗漏，利用这些历史记录资料重建过去的环境演变存在着诸多的不确定性;而且不同时期的文档资料，其记录的内容、方法、尺度、标准等都是不同的，如何将获得的不同时期记录资料等价地转换为同一个标准也是一个很棘手的问题;并且历史时期绝大部分的记录资料都是文字定性的描述和数字统计信息，反映空间信息的资料很少，不利于研究历史时期土地利用空间位置的变化。虽然可以通过代理指标法间接地获取一些需要的变量，但其前提往往有一些假设存在，这样或多或少会过滤掉一些真实信息，从而所推导出的变量也存在着不同程度的误差。

　　古地图不仅包括早期更多为示意性的地图，还包括后来发展的地理位置愈加精确的古地图如大明混一图、皇舆全览图等)，以及注重地物空间位置准确性的古军事用图(特别是国外)。这些不同种类的古地图可以提供历史时期地表景观比较直观的图谱信息，包括地表景观变化的时间信息，可以直观地显示出每种土地利用类型变化的空间位置信息及其变化程度，可以用于追溯分析历史时期地表景观随时间的序列变化，还可用于分析历史时期不同阶段土地利用的变化量，弥补了历史文档资料不能反映空间信息的不足。但相对于现代地图，过去的古地图在绘图技术上和精度上都存在较大差异，利用这些古地图提取的历史时期土地利用变化信息在空间位置和属性信息上肯定存在着误差;而且不同时期的古地图，制图标准、制图目的和制图精度等方面的差异，其完整性和准确性也有待商榷;并且早期的古地图对于土地利用的类别划分不够细致，所包含的土地利用/覆盖信息比较少，不便于与现在的土地利用分类系统进行时空对比研究。

　　野外调查/考察报告资料由于有其既定的目的、相对详尽的野外计划、相对完整的野外工作程序，以及相对标准的野外观察记录和最终数据的处理程序等，使得这类资料的内容相对比较真实，相同来源的调查/考察标准也比较统一，获得的资料在尺度上相对也比较一致，这对于开展历史时期土地利用变化研究的研究者来说，具有相对比较高的可信性。但是，这方面可用的资料一般比较少，大都集中于过去300年左右的尺度，对于进行更早时期的研究，几乎无考察资料可用;而且这种考察

　　调查资料在空间范围上相对都比较小(如GLO调查资料基本主要集中在美国本土)，只适于开展特定区域的过去土地利用变化研究;此外，不同来源的调查/考察资料，其调查/考察的标准和规范相互不一致，对于进行多期资料的对比研究有一定影响。

　　上述各种资料可看作是我们开展历史时期土地利用变化研究工作的基础数据源，各种资料种类繁多，信息量巨大，可为我们的研究工作提供大量的可用信息，但其共同的不足之处在于单独利用某种数据或方法进行历史时期LUCC研究的时空范围地球科学进展相对有限，如果要开展流域尺度、国家尺度、大洲尺度、全球尺度等不同地域尺度上的过去不同时间段的土地利用变化研究，仅仅依靠前面资料或方法的单独使用可能有较大困难。由于模型易于操作的优势，可以作为深入理解长时期、大范围土地利用变化的重要手段，利用模型进行大尺度的前向或后向模拟相对比较容易，可以用于开展历史时期不同时空尺度上的LUCC研究，但其所需要的输入数据比较多，这就需要前面介绍的历史文档资料、古地图和野外调查/考察资料进行弥补，为模型的模拟提供一个较为可靠的初始值和驱动数据，便于提高模型输出结果的可信赖度。同时，近几十年来，遥感技术的出现不但可以提供模型模拟时所需要的一些基础数据集(如潜在植被分布图)，而且对于古地图的准确校正提供了新的方法，对于进行古今LUCC的时空动态分析研究起到重要作用。

　　不同研究方法的时空尺度与不确定性初探历史时期的土地利用变化研究，时间尺与空间尺度是选取数据源和研究方法最为关键的两点。依据目前国内外有关历史时期土地利用变化研究的工作，可将不同数据源和不同研究方法的时空尺度关系用所示的时空标尺简单表示。历史文档资料种类繁多，可用于开展过去不同时间尺度上的土地利用研究，空间尺度上可扩展至国家范围的研究;选择地物目标空间位置较为准确的古地图即制图有一定的标准可循)可用于开展大区域尺度和国家尺度上百年至千年的历史时期土地利用变化研究工作;调查/考察资料可用于区域至国家尺度上近300年的土地利用变化研究;在质量较好的输入数据和初始值驱动下，模型模拟方法可作为较大区域、国家或全球大尺度上，百年至千年间历史时期土地利用变化研究的一种重要手段;以现有数据源和研究方法为基础，综合更多的数据源和多学科的知识(孢粉资料、沉积物资料、碳追踪、考古学、历史地理学等)，可以较理想地实现历史时期不同时空尺度上的土地利用变化研究。

　　无论是采用何种数据源，还是采用何种研究方法，目前国内外有关历史时期土地利用变化的研究工作在不同时空尺度上几乎都有开展，时间尺度上涉及到人类有能力大规模改造自然环境的近几千年来的历史时期不同发展阶段，空间尺度上从全球、大洲、国家，到区域范围都有相关研究的案例。

　　但诸如前面所讨论的，历史文档资料和古地图资料本身存在数据精度上不确定性，特别是通过代理指标法推算出的相关变量，一些假设前提的存在更增大了其不确定性。模型模拟的方法需要好的初始值和可信赖的输入数据，才可能会模拟得到比较满意的输出结果，而模型的初始值和输入数据很多都是由历史时期的各种资料提供的，使得模型模拟的结果存在诸多不确定性。另外，虽然孢粉、沉积物、碳追踪和遥感等资料和方法逐渐被应用到历史时期土地利用变化研究中，但这些不同学科和类别的资料适用的时空尺度是有差别的，如何将这些资料较好地融合在一起用于历史时期土地利用变化研究工作中，也存在着很多不确定性。

　　对于历史资料的不确定性，通过严格筛选、慎重使用、选择最佳时空尺度等方法可以减少其不确定性;对于古地图来说，如何选择和发展较好的古地图校正方法可以大大减少其使用的不确定性。为了降低模型模拟结果的不确定性，一方面要重视对不同来源资料进行科学的整理、校正和重建工作，使重建后的资料与真实情况之间的误差尽可能减小，从而为模型模拟提供高质量可信赖的输入数据和初始值;另一方面由于历史时期土地利用变化的过时性，需要借助各种文档资料对不同历史时期的土地利用状况和环境演变进行充分调研，获取研究区不同历史时期主要土地利用及其环境变化的动态信息，根据不同时空尺度的研究需要发展和构建专门适用于历史时期土地利用变化研究的各种定量模型如基于统计意义的模型、基于各种机理的模型、基于各种环境变化的模型、综合模型等)。对于不同学科和类别的资料(历史文档、古地图、孢粉、沉积物、碳追踪和遥感等)，应该加强学习和理解不同资料的基本原理、适用尺度，及其代表的意义等相关学科知识，并进一步研究如何更好地将不同学科、不同种类、不同来源的资料融合用于历史时期不同时空尺度上的土地利用变化的集成研究中。