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项目名称: 中国当代土地利用变化及其对生态地理过程的影响

推荐单位: 中国科协

项目简介: 1、科学技术领域:资源环境科学研究

2、主要研究内容:发展土地利用/土地覆被变化(LUCC)和生态地理过程研究的地理信息科学方法,解决土地利用及生态地理过程研究所需时空信息获取、信息融合和模型模拟问题;研究二十世纪八十年代以来中国土地利用时空变化过程、模式与驱动机制,以动态区划揭示中国LUCC的时空模式,提炼并发展LUCC变化的驱动链模式;发展LUCC宏观生态效应研究框架,揭示全球气候变化背景下中国LUCC对生态地理过程的影响。

3、科学价值:

(1)发展LUCC信息学的方法体系,构建中国LUCC研究信息平台。该研究成果全面解决了困扰LUCC动力学研究的大尺度和高精度时空信息连续获取问题,土地利用分类精度大为提高,多源数据融合得以实现,为地理学和宏观生态学的集成研究提供了坚实的数据基础和方法论,使陆气相互作用和陆地生物地球化学循环的模拟精度大为提高。

(2)研究提出并完成了中国土地利用动态区划体系,揭示其时空变化过程与形成机制,创立土地利用动态度定量分析模型和"中国土地利用动态区划"方法,显著提高了LUCC驱动机制研究的时空针对性。在此基础上提炼并发展了LUCC驱动链模式。该成果是揭示地理过程空间分异规律的成功范例,推动了全球环境变化人文驱动因素研究的发展。

(3)发展了LUCC宏观生态效应研究框架,揭示了LUCC和气候变化双重驱动下我国西部生态系统的状况和未来趋势,探讨了LUCC对中国生态系统生产力和陆地碳循环的影响,推动了中外科学家对我国LUCC宏观生态效应研究的深入开展,取得了对中国当代LUCC及其宏观生态效应科学规律及形成机理的相对完整科学认识。研究成果丰富了国际LUCC及其宏观生态效应定量分析的理论、技术与实践。

4、同行引用评价情况:SCI他引359次,其中:国际权威期刊他引173次;CSCD引用1792次。

主要发现点: 1、核心发现点

(1)提出并完成了中国土地利用动态区划体系,揭示其时空变化过程与形成机制。以全国LUCC动态信息为基础,创立土地利用动态度定量分析模型,提炼出13个一级区划单元及74个二级单元的"中国土地利用动态区划",揭示了在90年代每一个5年时间段内一级单元内各土地利用类型的转类,以及二级单元消长的规律。在"中国土地利用动态区划"的基础上,总结出了中国土地利用动态区划中边界推移、区划单元消长与单元特征变化等区划结果的变化过程,以及土地利用变化过程的区域格局两者之间的耦合规律,揭示了中国现代LUCC的复杂时空过程(自然地理学,代表作1、3)。

(2)在全国LUCC信息系统中开展当代中国耕地与城市土地利用时空过程模式研究,揭示其时空变化规律。其中:东部城市化、西北开垦与撂荒交错并存以及农牧交错带草地开垦导致耕地南减北增、沃减薄增;城市扩展东先西后、大城市早于小城镇,并有多种空间扩展模式(自然地理学,代表作2、4)。

(3)揭示了LUCC和气候变化双重驱动下我国西部生态系统的退化状况和未来趋势。指出,过去30年,西部各类生态系统均存在不同程度的退化,其中永久冰雪面积持续减少和荒漠面积增加严重威胁绿洲生态系统;生物气候带北移和抬高导致了生态系统多样性呈增加趋势;贵州大部、陕甘南部等地区生态承载能力和承载压力矛盾突出。未来50-100年,生态系统多样性和林地覆盖率会有较大增加,各类生态系统生产力提高,碳汇作用加强;大城市周边、黔陕甘宁等地区生态系统承载能力和承载压力矛盾进一步突出(自然地理学,代表作6)。

(4)定量模拟发现1960年以来中国陆地生态系统空间格局的变化规律,包括:永冻生态系统和有刺亚热带林地的面积持续减少,高山干旱苔原和冷温带灌丛面积分别以1.31%和0.34%的年增长率持续增加;亚热带和寒温带森林每年平均分别以44.5、30.2和24.4公里的幅度发生空间位移(自然地理学,代表作9)。

(5)定量分析发现1960-1980年期间LUCC导致中国陆地土壤有机碳储量净损失,不同区域土壤碳储量变化格局差异显著(自然地理学,代表作10)。

2、支持上述发现点的核心方法发展

(1)国际上首次提出并实现:土地利用与生态背景组合遥感分类系统,航天雷达和多光谱遥感数据融合的LUCC分类新方法,基于地理区划的地学/光谱参数多维遥感自动分类的LUCC信息提取方法,以多源数据融合为目标的"结构性栅格数据基准",土地利用动态度模型,遥感/GIS一体化全数字LUCC更新技术系统等,形成了中国LUCC信息学的核心方法体系(地图学,代表作5)。

(2)建立和发展了高精度曲面建模方法、高精度曲面建模的多重网格法、曲面建模的格点生成法、环境变化探测模型、生态阈值模型、多尺度生态多样性模型和斑块连通性模型(地图学,代表作7、8)。

主要完成人: 刘纪远

全面负责项目设计,主持、实施并参加项目全过程,主要专著和论文撰写。设计"土地利用与生态背景组合分类系统"和技术路线,提出并首次完成中国当代土地利用时空信息平台,首次提出了LUCC 研究中"格局的变化过程和变化过程的格局"的理论,创建了中国LUCC 动态区划体系,创建并发展了"以LUCC 信息平台为核心,整合地面生态联网观测和遥感生态参数反演信息,经尺度转换和相互验证实现集成研究"的LUCC 宏观生态效应研究框架;对LUCC 和气候变化双重驱动下中国生态地理环境的基本状况和未来趋势进行了分析。本人对推荐书《主要发现点》核心发现点第1、2、3、4发现点和核心方法第1支持点做出了创造性贡献,本人在该项研究中的工作量占本人工作量的60%。

岳天祥

实施并参加项目主要过程,撰写了重要科学论文和专著。建立和发展了高精度曲面建模方法,解决自二十世纪六十年代后期以来困扰土地利用变化模拟的误差问题;发展了高精度曲面建模的多重网格法,解决了多分辨率数据融合问题;发展了曲面建模的格点生成方法,解决了多尺度问题和跨尺度问题;建立了环境变化探测模型、生态阈值模型、多尺度生态多样性模型和斑块连通性模型,为土地利用变化及其对生态地理环境影响的模拟研究奠定了模型基础。本人对推荐书《主要发现点》核心发现点第3、4发现点和核心方法第2支持点做出了创造性贡献,本人在该项研究中的工作量占本人工作量的60%。

王绍强

实施并参加项目主要过程,撰写了重要科学论文。首次详细分析了中国陆地土壤有机碳库的蓄积量和空间格局;在景观尺度上精确估算土地利用变化--生态恢复(植树造林)对陆地碳汇的贡献,深入探讨了1960s-1980s 土地利用变化和20世纪90年代土壤侵蚀对中国陆地土壤有机碳库的影响;改进了土地利用变化对陆地碳储量影响的薄记法;模拟了1901-2001年土地利用变化对中国森林碳汇源时空格局的影响。本人对推荐书《主要发现点》核心发现点第5发现点做出了创造性贡献,本人在该项研究中的工作量占本人工作量的60%。

李秀彬

实施并参加项目主要过程,撰写了重要科学论文,参加撰写了科学专著,是《中国西部生态系统评估》副主编之一。对九十年代中国土地利用变化的分析,发现优质耕地减少而劣质耕地增加的现象,指出了当时政府土地管理部门推行的行政区"耕地总量平衡"政策存在的严峻问题;开辟了土地集约度变化的系统研究,定义了测度土地集约度的实物形态指标和价值形态指标。根据用地类型转移和集约度变化两类土地利用变化,评估中国粮食安全前景;对华北和西南地区若干流域土地覆被变化的水文水资源效应研究,发现了土地覆被变化对水文过程的影响规律。本人对推荐书《主要发现点》核心发现点第4发现点做出了创造性贡献,本人在该项研究中的工作量占本人工作量的60%。

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