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山东农业大学《专业研究进展》题目：国内外土地利用/土地覆盖遥感的研究进展学院：专业：姓名：学号：班级：级班2015年1月3日国内外土地利用/土地覆盖遥感的研究进展摘要:人类活动所引起的土地利用与土地覆盖变化(LUCC或LU/LC)已成为全球变化研究中的核心问题.本文总结了国内外LUCC研究的进展,从二者的关系、研究方法、研究目标、研究焦点展开阐述.结论表明LUCC的时空变化及其与导致这种变化的驱动力之间的因果反馈关系,不仅能够有效地揭示人地系统相互作用的内在机制,而且可以此来预测其未来发展趋势,从而采取相应的对策,为相应调控措施的制定以及进一步拓展和深化全球变化研究的内容及水平打下牢固基础.关键词:全球环境变化;土地利用;土地覆盖;研究进展今天,全球环境变化已成为世界性的焦点问题,在以此为中心的大量研究中,土地利用与土地覆盖变化(LUCC或LU/LC)具有特殊的重要意义.这是因为:在引起生态环境变化的众多驱动因素中,人类活动无疑具有举足轻重的作用.但是由于人类活动对于地球系统的影响机理异常复杂,很难予以直接揭示.所以人们从综合影响出发,选择了最能表述这一过程的土地利用与土地覆盖变化机制,以此作为上述全球环境变化研究的切入点和立足点.LUCC不仅是人地相互作用过程的最终体现,也是地球表层系统最明显的景观标志.它的变化不仅对全球辐射平衡和能量流的改变产生了巨大深远的影响,而且对生物地球化学循环、水循环的改变和生态复杂度的影响也不容忽视.因此,研究LUCC的时空变化及其与导致这种变化的驱动力之间的因果反馈关系,不仅能够有效地揭示人地系统相互作用的内在机制,而且可以以此来预测其未来发展趋势,从而采取相应的对策.1土地利用/土地覆盖变化（LUCC）的提出进入90年代以来,在全球环境变化研究领域逐渐加强了对土地利用/土地覆盖变化(LUCC)的研究工作.这主要与该领域具有全球影响的两大组织“国际地圈与生物圈计划”(IGBP)和“全球环境变化人文计划”(IHDP)的推动有关.两组织积极推动这方面的工作原因有二.其一,土地利用/土地覆盖变化在全球环境变化和可持续发展中占有重要的地位.其二,地球系统科学、全球环境变化及可持续发展涉及到自然和人文多个方面的问题,在这方面加强自然与社会科学的综合研究,已成为两大学科领域的共识.1991年,IGBP和IHDP两大组织组建特别委员会,调查自然科学家和社会科学家联手进行LUCC研究的可行性,并且IGBP和IHDP决定建立联合“核心项目计划委员会”(CPPC),并于1993年发表了题为《联合土地利用和全球土地覆盖变化》的报告,该报告不仅介绍了特别委员会的主要研究成果,更强调指出了LUCC研究的下一步计划.该计划具体分三步实施.即(1)根据社会—经济驱动力的不同建立土地覆盖变化分类体系;(2)进行典型的实例研究,从而建立社会—经济形态和土地利用覆盖变化分类的基础;(3)在认清土地利用和土地变化的各种人类驱动力的基础上,建立LUCC模型,并且考虑LUCC模型与其它全球环境变化模型的整合.该报告还特别强调了研究LUCC的人类驱动力所必须的数据资源.2LUCC研究的总体目标LUCC的根本目标在于深入了解土地利用与覆盖之间在区域尺度上的互作变化.这是因为与全球变化相伴的一些效应在区域水平上最为重要.此外,只有在区域水平上才能深入了解那些导致土地利用和覆盖发生变化的人类决策的性质.政策的干预通常也只有在区域水平上才是可能和有效的.又因为土地利用和土地覆盖研究中越来越多地涉及自然和社会科学的综合运用,因此,该学科的宗旨和范围可以概括为“从自然到人文和从全球到区域”.这种研究取向反映在IGBP和IHDP近年来更多地强调自然与社会科学的结合以及将全球变化研究集中在区域层面的变化上.3国外LUCC遥感的研究概况国外利用遥感技术对LUCC的研究至少可以追溯至20世纪20年代.以美国为例,早在1922年,Lee的论文《从空中看到的地球表面》就表述了利用遥感手段研究自然景观与人类活动关系的可行性和重要性,但当时航空摄影技术主要用在拍摄地面军事目标和地形勘测等方面.第二次世界大战后,出现了更为广泛和系统的利用航空像片进行区域范围土地调查与制图研究,此后,航空像片被迅速推广到地质勘测部门及区域范围LUCC等方面.20世纪50年代以来,随着空间技术的迅猛发展,出现了从宇宙空间进行侦查或探测的航天遥感技术,并在国民经济各部门中得到广泛应用,人们开始探讨利用遥感资料进行大范围LUCC制图的可行性,包括发展适用于遥感数据特点的土地分类系统及分类方法(Marschner,1959;Anderson,1976).20世纪60年代后期,美国密执安环境研究所对土壤、岩石和植被等进行了大量的波谱测试工作,证明了地球资源卫星在勘测、监视和管理地球资源等方面效果显著.20世纪70年代美国发射的第一颗人造陆地卫星(Landsat)开创了利用卫星遥感技术进行大范围LUCC调查的新纪元.此后,各国学者纷纷致力于探讨利用卫星遥感技术动态监测土地利用变化的方法,一些国家发展了基于土地覆盖的净初级生产力估算(NPP)等技术.随着航天技术和计算机技术的发展,使得在大范围内进行LUCC详细调查成为可能,但此时的土地覆盖遥感工作主要基于传统的土地覆盖制图理论方法,着重对土地类型分析解译以及相应的光谱特征描述,很少涉及土地覆盖与其它自然景观要素的联系.进入20世纪80年代后,人们己在洲际范围内利用气象卫星数据进行土地覆盖的研究,并取得了有效成果(Tucker,etal,1985,Townshend,etal).1980～1986年,美国农业部、国家海洋大气管理局、宇航局和商业部开展了全球性的农业和资源空间遥感调查计划(LACIE),建成了集成化的运行系统,完成了美国1:100万比例尺和全球范围的土地覆盖数据集.进入20世纪90年代,土地利用和土地覆盖变化引起了国际组织和世界各国的普遍关注,人们对土地覆盖及其特征的含义有了新的理解和定义,土地覆盖不再是单一的土地和植被类型,而是土地类型及其具有的一系列自然属性和人文特征的综合体,包括土地类型和植被冠层的密度、植被生长季节的动态特征、生长季累积生物量、地表覆盖的生物物理特征量和人文对土地利用及人文建筑等。1991年,美国国家地质测绘局(USGS)建立了基于生物物候模型的土地覆盖特征数据库;欧共体1992年以来开展了利用遥感技术监测欧共体国家耕地、农作物变化的大型计划(MARS);加拿大实现了利用遥感、地理信息系统对全国实现周期性的宏观资源调查、更新与制图。在此基础上,人们开始着手建设基于NOAA-AVHRR数据覆盖全球或大区域的遥感数据集,目前已经建成或正在建设的此类数据库有:①GAC(GlobalAreaCoverage)数据和GVI(GlobalVegetationIndex)数据集;②基于GAS数据改进的GIMMS数据集;③中等分辨率的NOAA数据集;④全球1个经纬度间距的土地覆盖类型图(Defries,Townshend,1994);⑤利用陆地资源卫星数据开发的美国本土48个州的土地覆盖和土地利用数据库(Volgamman,etal,1998)。当前,国际上大范围内土地覆盖和土地利用遥感技术发展的特点是美国处于领先地位,俄罗斯落后于美国,然后是西欧、加拿大、日本等国,许多第三世界国家都把遥感技术作为关键技术在土地覆盖和土地利用中加以采用.总之,遥感技术在全球性土地覆盖和土地利用、大地构造、大陆漂移、板块构造中起着越来越重要的作用.4国内LUCC遥感的发展概况建国以来,党中央国务院对查清国家资源环境状况一直给予高度重视,经过了三个五年计划的科技攻关,遥感和地理信息系统技术在土地覆盖和土地利用领域己取得了重大进展.在东北农业区以航空遥感为基本手段完成了1∶10000土地利用调查图,西部地区利用卫星遥感与航空遥感结合的方法完成了1∶50000(部分典型县级),1∶100000～1∶500000(省级)土地利用调查图.1983～1986年期间,北京大学与内蒙古大学共同完成了“遥感在内蒙古草场资源调查中的应用研究”项目,编写了内蒙古12个盟(市)近1.18×106km2的草场资源报告,绘制了1∶350000～1∶500000土地利用现状图、草场类型图、植被图、土壤图、地貌图、农业气候资源类型图、流域下垫面类型图、地表水资源分布图、生态区域图、地下水资源丰度图(仅限兴安盟与伊克昭盟)、草原沙漠化现状图(仅限呼盟)、土地类型与利用动态图(仅限哲里木盟和赤峰市)等.“七五期间”,我国在黄土高原和三北防护林遥感调查等大型应用工程项目中相继建成了一批数据库,如林业部研制的全国森林资源数据库;中科院“八五”重大遥感项目“全国资源环境遥感宏观调查与动态分析”就是用遥感技术和GIS技术在短时间内(约2年左右)快速查清全国主要土地资源及环境要素的数量及其分布,同时建立了国家资源环境基本数据库,并进行部分试点区包括城市化、沙漠化、水土流失及耕地变化等内容的动态研究,完成了全国1∶4000000地理单元图,东部1∶250000、西部1∶500000基本地理单元图,为全国实现多时期资源环境动态分析奠定了基础.1986～1990年,中科院遥感应用研究所利用多时相卫星和航空遥感图像、地面实测数据和水文气象资料,开展黄河流域典型地区遥感动态研究,建立了黄河流域典型地区水土资源定量、半定量动态分析方法,为黄河流域水力发电、农田灌溉和管理、河口改道和决策做出了重要贡献.到目前为止,我国己利用1∶250000卫片完成全国和分省土地总面积的统计,全国1∶2000000土地利用卫星影像图,1∶50000主要城市土地利用现状卫星影像图等.此外,朱启疆(1991)进行了基于遥感数据根据植被季相变化的植被分类研究,提高了分类精度.塔西甫拉提(1998)应用3S技术对近20年乌鲁木齐城市土地利用进行了研究.基于遥感与GIS技术,国家环保局2000年完成了“西部遥感调查”项目.潘晓玲(1999)以干旱区LUCC研究为重要研究方向的973课题“西部生态环境演变与调控理论研究”取得了一批成果.目前我国正在开发和研制中国土地覆盖和土地利用监测系统及其它区域性的土地资源和植被遥感应用的重要项目.5结论与讨论综合以上叙述,近年来国内外土地利用与土地覆盖变化研究呈现了蓬勃发展的趋势,主要表现为以下特点:①多源遥感信息的使用,重点在于不同平台图像处理技术及LUCC动态监测技术体系的构建.②定量遥感技术的应用,特别是在构建土地覆盖底层数据库中生物参数和环境影响定量评价的遥感信息反演.能较好解决不同尺度LUCC分类技术体系标准化,对尺度转换问题提供思路;在基于陆表能量平衡方程的主要系统能量参数反演方面将会有比较广阔的应用前景.③研究初步实现多学科集成性.LUCC研究的另一个困难是跨学科研究,特别是自然科学与社会科学的实质性协作.在LUCC引起的环境影响研究中,更是体现了这种特点.近年来,虽然国际上对土地利用与土地覆盖变化的研究己经取得了一定的进展,但是由于以IGBP-IHDP的LUCC计划为代表的国际土地利用与土地覆盖变化研究计划所研究的重点是对变化机制的研究,使得有关土地利用与土地覆盖变化对生态环境的影响至今尚未得到全面、充分的研究.在研究中,首先要对有关土地利用与土地覆盖变化对生态环境的影响进行全面的了解,在此基础上,结合遥感、GIS技术与数理手段对这种影响进行量化,并定量地确定出由此所造成的对生态系统稳定性以及生态安全的影响.国内过去的研究侧重于区域土地覆盖现状制图和结构分析,缺乏对LUCC动态的研究和对相应手段和方法的掌握,对土地利用/土地覆盖变化有关的可持续发展问题还没有足够清楚的认识和把握,这些方面的研究工作将成为我国今后LUCC研究的核心问题.为了适应“从全球到区域,从自然到人文”新的研究动向,在今后的研究中,特别在建立分析模型时应该将人文的因素加入到相关的研究之中,并将研究尺度集中于区域的尺度上,进行综合集成,以期使相关研究得以更深入地开展.参考文献[1]丁建丽,塔西甫