景觀城市化與土地系統(tǒng)模擬

前言

　　土地利用與土地覆蓋（1and use／land covey）是地球表層系統(tǒng)最重要的景觀標(biāo)志。雖然在全球變化中人類行為非常復(fù)雜，但從對地球表層的動態(tài)影響來看，土地利用／覆蓋變化機(jī)制可以客觀地表達(dá)這一過程。在人類土地利用活動的驅(qū)動下，自然土地覆蓋格局的改變影響了陸地生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和初級生產(chǎn)力，影響了全球生物地球化學(xué)循環(huán)和大氣中溫室氣體的含量，改變了區(qū)域大氣化學(xué)性質(zhì)及過程，對局地、區(qū)域及全球氣候都產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。所以，洞察土地利用和土地覆蓋變化對從總體上綜合模擬和評價環(huán)境，認(rèn)識人類活動在全球變化中的作用機(jī)制，減小預(yù)測的不確定性顯得非常重要。1995年，國際地圈一生物圈計劃（IGBP）和全球環(huán)境變化中的人文領(lǐng)域計劃（IHDP）聯(lián)合提出了“土地利用和土地覆蓋變化”（1and use and land cover change，LUCC）研究計劃，力圖通過對人類驅(qū)動力一土地利用／土地覆蓋一全球變化一環(huán)境反饋間相互作用機(jī)制的認(rèn)識，建立能夠用來預(yù)測未來土地利用／覆蓋變化，評價其生態(tài)環(huán)境后果并提供決策支持的LUCC模型。LUCC研究計劃提出后，迅速成為了土地科學(xué)和全球變化研究的熱點(diǎn)課題，引起了廣泛關(guān)注并有眾多研究成果發(fā)表。　　2005年，在LUCC研究計劃進(jìn)入第二階段后，IHDP和IGBP把LUCC研究計劃與全球陸地生態(tài)系統(tǒng)（GCTE）研究計劃進(jìn)行整合，提出了今后10年的全球土地研究計劃（globalland project，GLP）并推動開展土地變化科學(xué)（1and change science）研究。土地變化科學(xué)以土地和生態(tài)系統(tǒng)變化為著眼點(diǎn)，提出了由土地利用、土地覆蓋和生態(tài)系統(tǒng)三個基本部分組成的土地系統(tǒng)概念，強(qiáng)調(diào)在土地系統(tǒng)變化動力學(xué)、土地系統(tǒng)變化后果和針對土地可持續(xù)性的綜合分析和模擬三個方面進(jìn)行綜合研究，以合理利用土地，有效應(yīng)對全球環(huán)境變化。目前，土地變化研究正在成為土地科學(xué)和全球變化研究的新前沿?！　?0世紀(jì)90年代中期以來，在國家自然科學(xué)基金委和科技部等相關(guān)單位的支持下，我們幾乎與國外同步，在國內(nèi)率先開展土地利用／覆蓋變化研究，并逐步形成了以格局、過程、機(jī)理和響應(yīng)為基礎(chǔ)的綜合研究理念，進(jìn)行了大量研究實(shí)踐。我們1996年出版的《對地觀測技術(shù)與地球系統(tǒng)科學(xué)》、2000年出版的《土地利用／覆蓋變化研究的方法與實(shí)踐》、2004年出版的《土地利用／覆蓋變化與生態(tài)安全響應(yīng)機(jī)制》等專著，對相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行了比較系統(tǒng)的介紹。

內(nèi)容概要

正確應(yīng)對城市化中土地利用的可能風(fēng)險，實(shí)現(xiàn)中國城市化進(jìn)程的可持續(xù)科學(xué)發(fā)展，是當(dāng)前一個帶有全局性和戰(zhàn)略性的大問題。本書是作者所承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金等項目的最新研究成果總結(jié)，其內(nèi)容緊緊抓住當(dāng)前國際土地變化科學(xué)研究的學(xué)科前沿，主要關(guān)注中國城市化進(jìn)程中土地資源的高效和安全利用問題。    全書共分5章。首先基于土地變化科學(xué)的研究理念，把城市化中的土地利用看成一個典型的人地相互作用的地球表層動力過程，提出了“景觀城市化”和“土地系統(tǒng)”的基本概念；闡述了景觀城市化中土地系統(tǒng)動力學(xué)研究的基本概念、思路、方法和技術(shù)體系；探討了綜合防范景觀城市化中土地系統(tǒng)變化的風(fēng)險，建設(shè)景觀城市化中的可持續(xù)安全區(qū)域，促進(jìn)中國城市化安全、健康、快樂進(jìn)行等問題。然后以測量、格局、過程、模型和效應(yīng)分析為線索，詳細(xì)介紹了在北京地區(qū)、環(huán)渤海地區(qū)和中國北方13個省（區(qū)）三個空間尺度上進(jìn)行的系列研究實(shí)踐，尤其是新近發(fā)展的三個土地系統(tǒng)模型。    全書結(jié)構(gòu)完整，數(shù)據(jù)翔實(shí)，附有大量研究實(shí)例、圖件和表格，可供從事地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、土地科學(xué)、城市規(guī)劃、資源和環(huán)境科學(xué)等領(lǐng)域的科研人員和相關(guān)高等院校師生閱讀參考。

作者簡介

何春陽，1975年出生于四川射洪，北京師范大學(xué)副教授。1998年畢業(yè)于蘭州大學(xué)地理科學(xué)系，獲自然地理學(xué)學(xué)士學(xué)位；2003年畢業(yè)于北京師范大學(xué)，獲自然地理學(xué)博士學(xué)位，導(dǎo)師史培軍教授；2002年在加拿大西安大略大學(xué)地理系從事訪問研究，合作導(dǎo)師王今飛教授；2005～2007年在日本京

書籍目錄

前言第一章  緒論  1.1  景觀城市化與土地系統(tǒng)  1.2  景觀城市化中的土地系統(tǒng)變化研究進(jìn)展    1.2.1土地利用／覆蓋變化測量    1.2.2  土地利用／覆蓋變化格局特征與變化過程    1.2.3  土地利用／覆蓋變化驅(qū)動機(jī)制    1.2.4  土地利用／覆蓋變化模型    1.2.5  土地利用／覆蓋變化效應(yīng)  1.3  景觀城市化中的土地系統(tǒng)動力學(xué)研究    1.3.1  景觀城市化中的土地系統(tǒng)    1.3.2 景觀城市化中的土地系統(tǒng)動力學(xué)模型    1.3.3  景觀城市化中的土地系統(tǒng)動力學(xué)研究基本內(nèi)容  1.4  景觀城市化中的土地系統(tǒng)動力學(xué)研究流程和方法    1.4.1  土地變化信息獲取    1.4.2  土地變化信息初步處理    1.4.3  土地變化信息綜合處理  1.5  景觀城市化中的土地系統(tǒng)綜合風(fēng)險防范    1.5.1  防范景觀城市化中的土地系統(tǒng)變化空間風(fēng)險    1.5.2  建設(shè)景觀城市化中的可持續(xù)安全區(qū)域  1.6  本書結(jié)構(gòu)    參考文獻(xiàn)第二章  景觀城市化信息獲取  2.1  基于IKON0s數(shù)據(jù)的城市地表信息獲取    2.1.1  問題的提出    2.1.2  SVM基本原理    2.1.3  研究區(qū)和數(shù)據(jù)    2.1.4  方法    2.1.5  結(jié)果    2.1.6  討論和結(jié)論  2.2  基于Landsat ETM+全色數(shù)據(jù)的城市地表信息獲取    2.2.1  問題的提出    2.2.2  研究區(qū)和數(shù)據(jù)    2.2.3  方法    2.2.4  結(jié)果    2.2.5  討論和結(jié)論  2.3  基于DMsP夜間燈光數(shù)據(jù)的城市地表信息獲取    2.3.1  問題的提出    2.3.2  數(shù)據(jù)    2.3.3  方法    2.3.4  結(jié)果    2.3.5  討論和結(jié)論  2.4  城市地表遙感測量中的精度評估    2.4.1  問題的提出    2.4.2  研究區(qū)和數(shù)據(jù)    2.4.3  方法    2.4.4  結(jié)果    2.4.5  討論和結(jié)論    參考文獻(xiàn)第三章  景觀城市化機(jī)制  3.1  北京地區(qū)城市擴(kuò)展過程與機(jī)制    3.1.1  問題的提出    3.1.2  研究區(qū)和數(shù)據(jù)    3.1.3  北京土地利用／覆蓋變化信息獲取    3.1.4  北京土地利用／覆蓋變化過程    3.1.5  北京城市擴(kuò)展過程    3.1.6  北京城市擴(kuò)展驅(qū)動機(jī)制    3.1.7  討論和結(jié)論  3.2  環(huán)渤海地區(qū)城市擴(kuò)展過程與機(jī)制    3.2.1  問題的提出    3.2.2  研究區(qū)和數(shù)據(jù)    3.2.3  環(huán)渤海城市群地區(qū)城市空間信息提取    3.2.4  環(huán)渤海城市群地區(qū)城市空間格局特征分析    3.2.5  環(huán)渤海城市群地區(qū)城市化空間模式和過程分析    3.2.6  討論和結(jié)論  3.3  中國北方耕地變化過程與機(jī)制    3.3.1  問題的提出    3.3.2  研究區(qū)和數(shù)據(jù)    3.3.3  方法    3.3.4  結(jié)果    3.3.5  討論和結(jié)論    參考文獻(xiàn)第四章  景觀城市化模擬  4.1  耦合潛力模型和cA模型的北京城市擴(kuò)展模擬    4.1.1  問題的提出    4.1.2  模型描述      4.1.3  模型應(yīng)用      4.1.4  討論和結(jié)論  4.2  耦合系統(tǒng)動力學(xué)模型和cA模型的北京城市擴(kuò)展情景模擬    4.2.1  問題的提出    4.2.2  模型描述    4.2.3  模型應(yīng)用    4.2.4  討論和結(jié)論  4.3  耦合系統(tǒng)動力學(xué)模型和cA模型的中國北方土地系統(tǒng)變化情景模擬    4.3.1  問題的提出    4.3.2  模型描述    4.3.3  模型應(yīng)用    4.3.4  討論和結(jié)論    參考文獻(xiàn)第五章  景觀城市化效應(yīng)  5.1  北京城市化過程對耕地自然生產(chǎn)潛力的影響    5.1.1  問題的提出    5.1.2  研究區(qū)和數(shù)據(jù)    5.1.3  方法    5.1.4  結(jié)果    5.1.5  討論和結(jié)論  5.2  北京城市化過程對水資源承載力的影響    5.2.1  問題的提出    5.2.2  水資源承載力模型      5.2.3  北京水資源承載力變化過程模擬    5.2.4  討論和結(jié)論  5.3  北京城市化過程對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響    5.3.1  問題的提出    5.3.2  研究區(qū)和數(shù)據(jù)    5.3.3  方法    5.3.4  結(jié)果    5.3.5  結(jié)果驗(yàn)證    5.3.6  討論和結(jié)論  5.4  環(huán)渤海地區(qū)城市化過程對凈第一性生產(chǎn)力的影響    5.4.1  問題的提出    5.4.2  研究區(qū)和數(shù)據(jù)    5.4.3  方法    5.4.4  結(jié)果    5.4.5  討論和結(jié)論  5.5  中國北方氣候干旱和經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景對土地系統(tǒng)的影響    5.5.1  問題的提出    5.5.2  氣候干旱和經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景下的土地系統(tǒng)變化模型      5.5.3  中國北方氣候干旱和經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景下的土地系統(tǒng)變化模擬    5.5.4  討論和結(jié)論    參考文獻(xiàn)彩圖

章節(jié)摘錄

　　第二章 景觀城市化信息獲取　　2.1 基于IKON0s數(shù)據(jù)的城市地表信息獲取　　2.1.1 問題的提出　　隨著多種遙感衛(wèi)星的發(fā)射成功，從不同遙感平臺獲得不同空間分辨率、光譜分辨率和時間分辨率的遙感影像形成了從粗到細(xì)、從多光譜到細(xì)分光譜的對地觀測數(shù)據(jù)源（黃慧萍等，2004）。高空間分辨率的遙感圖像空間分辨率大大提高，充分體現(xiàn)在地物內(nèi)部分異明顯、紋理增多、細(xì)節(jié)豐富和邊緣突出。遙感圖像是地球觀測的重要信息源，并能不斷以低成本來提供現(xiàn)時信息。尤其是高分辨率（1～4m）遙感圖像在土地利用和土地覆蓋變化方面的應(yīng)用有著廣闊的前景（Fritz，1996）?！　「呖臻g分辨率遙感圖像的信息提取是決定其能否廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。目前，高空間分辨率的遙感圖像信息提取技術(shù)包括兩種：面向像元技術(shù)和目視解譯技術(shù)（黃慧萍等，2004）。面向像元技術(shù)以像元為基本單元進(jìn)行信息提取，參與信息提取的因子是像元的光譜信息。這種傳統(tǒng)的光譜分類方法只能根據(jù)光譜信息提取對象類型，忽略了大量的空間信息（Zhang，1999）。目視解譯方法是目前最常用的高空間分辨率遙感影像信息提取技術(shù)方法，要求有豐富的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和充足的野外實(shí)地調(diào)查資料，但這種做法效率低，邊界容易錯位，地物定位精度低（黃慧萍等，2004）。面向像元分類精度低和目視解譯信息提取效率低的問題致使高空間分辨率遙感圖像的應(yīng)用潛力難以全部發(fā)揮。

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