杨绪红
, 金晓斌, 林忆南, 韩娟, 周寅康
南京大学地理与海洋科学学院,南京 210023
YANG Xuhong, JIN Xiaobin, LIN Yinan, HAN Juan, ZHOU Yinkang
通讯作者:
收稿日期: 2015-05-10
接受日期: 2015-08-10
网络出版日期: 2016-02-10
版权声明: 2016 地理科学进展 《地理科学进展》杂志 版权所有
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作者简介:
作者简介：杨绪红(1988-),男,湖南湘潭人,博士生,主要研究方向为土地利用与规划、空间模拟,E-mail:279538242@qq.com。
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摘要
重建长时间序列具有空间属性的土地覆被数据集,对研究历史时期土地利用/土地覆被变化及其气候和生态效应具有重要意义。近年来,国内外学者就定量重建中国区域历史土地覆被数据集进行了积极探索。但由于历史时期土地利用数据来源多元、重建方法多样、验证方式各异等原因,不同学者的重建结果迥异,其中重建方法是导致差异形成的重要原因之一。本文从重建思路、假设和方法、结果验证等方面对覆盖中国区域的主要空间数据集进行了综合评述,结果表明：①基于历史记录的还原法和基于地理空间模型的重建法是历史土地覆被空间重建的主要方法,而根据建模过程,后者又可进一步分为“自上而下”的配置模型和“自下而上”的演化模型法。②基于数量重建进行空间重建是当前历史土地覆被数据集重建的主流,在缺少充分、客观历史数据的条件下,对基础数据、分布控制因素和限制因子进行合理假设是取得合理结果的重要条件。③为提高研究成果的解释力,需要对重建结果进行检验,直接验证法虽较为准确,但受时空尺度限制,具有显著的局限性,间接验证法可作为有效的补充。
关键词：
Abstract
Constructing a spatially-explicit time series of historical land cover dataset is of upmost importance for climatic and ecological studies that make use of land use and cover change (LUCC) data. Some scholars have made efforts to simulate and reconstruct quantitatively information on China's historical land use. Due to the multiple sources of land use data, diversity of reconstruction approaches, and different methods of verification, the reconstruction results of spatially-explicit historical land cover datasets significantly differ. To better understand China's historical land cover datasets and provide effective references for future reconstruction study, it is necessary to comprehensively summarize and discuss the reconstruction methods. By comparing the characteristics of different historical land cover datasets, this research thoroughly analyzed the conceptual constructs, assumptions, reconstruction methods, and validation of the models. The main conclusions are as follows: (1) The majority of the research methods starts with reconstruction of the quantity of historical land cover and then proceeds to spatial pattern reconstruction. Given the lack of adequate and reliable historical data, making reasonable hypotheses about basic data, factors controlling distribution, and limiting factors is an important condition for attaining sound reconstruction results. (2) Methodologically, the majority of the studies uses the reduction method based on historical records and the reconstruction method based on spatial models that consist of the "top-down" method of spatial distribution and the "bottom-up" method of evolutional reconstruction models. (3) In order to improve the explanatory power of the results, it is necessary to validate the reconstruction output of historical land cover datasets in detail. While direct validation of reconstruction results is a more precise method, it is often restricted by the spatiotemporal scales of the research and data sources. Indirect validation method provides an important alternative for accuracy evaluation of the reconstruction results.
Keywords：
土地覆被是地球陆地表层系统最突出的景观标志,受人类土地利用行为和自然过程共同影响(李秀彬, 1996; 摆万奇等, 2001)。作为表征人类活动行为对地球陆地表层自然生态系统影响最直接的信号,土地覆被是理解和解释人类社会经济活动与自然生态交互过程与链接的纽带(Sterling et al, 2013; 刘纪远等, 2014)。大量研究表明：土地覆被变化通过改变地表反照率、粗糙度、蒸散发、辐射强度等生物地球物理机制和生物多样性、大气碳循环、CO2含量等生物地球化学过程而影响及干扰全球气候和全球环境,这种影响自工业革命后变得愈加明显(李巧萍等, 2006; 葛全胜等, 2008; 华文剑等, 2013)。历史时期的土地利用/覆被变化(Land Use and Cover Change, LUCC)作为全球变化研究的重要组成部分,是建立全球环境变化模型的关键因素之一。因气候、生态系统变化存在滞后效应,建立长时间序列土地覆被数据对研究土地利用时空变化,以及分析、预测由此产生的气候和生态效应具有重要作用(白淑英等, 2007; Long et al, 2014)。
20世纪90年代中期,由国际地圈生物圈计划(IGBP)和国际全球环境变化人文因素计划(IHDP)联合发起的LUCC研究强调,必须利用各种手段重建过去土地利用变化的详细历史(刘纪远等, 2009),由此开启了历史时期土地覆被变化研究的热潮。近年来,在IGBP的LUCC、BIOME300、GCTE、GLP、iLEAPS和PAGES等研究计划的共同推动下,定量重建过去环境,特别是重建过去300年全球土地覆被的工作取得积极进展。中国位于全球环境变化最为剧烈的东亚季风区,陆地面积居世界第三,具有悠久的农业文明史,其历史时期的土地利用/覆被变化过程在全球LUCC格局中占有显著地位。虽有部分学者通过空间数量配置法重建了覆盖全国的多地类、耕地和林地的空间格局(Liu et al, 2010; 冯永恒等, 2014; He et al, 2015; Li et al, 2016),但受基础数据限制,相关研究多以区域为研究对象(姜蓝齐等, 2015)。同时,由于历史时期土地利用数据来源多元、重建方法多样和验证方式各异等原因,相应的重建结果差异显著,其中重建方法是导致差异的重要原因之一。综合而言,现有研究多遵循“基于数量重建进行空间重建”的基本思路,在历史资料收集、基础数据订正、代用指标假设、空间重建方法、研究结果校验等方面都取得了积极进展。为全面了解当前国内外重建数据集和重建方法的研究进展,本文通过对覆盖中国区域的主要空间数据集进行对比分析,从研究范式的角度对相应的重建思路、假设、方法和结果验证等4个方面进行综合评述,并提出对今后研究的展望。
现有国内外研究多遵循“基于数量重建进行空间重建”的基本思路(Yang, Jin, et al, 2015)。数量重建主要通过查阅典籍、方志、税赋记录、统计资料和已有研究文献,甄别、订正数据记载后获得历史土地数量的统计信息;而空间重建一般以一定历史时期和区域范围的土地覆被空间格局重建为研究对象,借助一定的理论假设,在地理空间分析方法支持下,依据设定的转化规则、分配方法和约束条件,将历史土地数量统计数据空间化为具一定时空分辨率的空间属性数据集的过程(朱枫等, 2012; 龙瀛等, 2014; Yang, Jin, et al, 2015)(图1)。土地类型的数量重建是其空间格局重建的起点和数据基础,空间格局重建是数量重建结果的进一步深化和应用。
图1 历史土地覆被空间格局重建基本思路
Fig.1 Framework for reconstructing the spatial patterns of historical land cover
在进行历史土地覆被空间重建前,一般会根据现代空间格局和自然经济特征提出一系列重建假设(Ramankutty et al, 1999; 白淑英等, 2007; 张洁等, 2007; 林珊珊等, 2008; 李士成等, 2012; Long et al, 2014; 何凡能等, 2014)。其中,数据假设、分布控制因素假设、限制因子假设以及结果假设是历史土地覆被数据空间重建的基石和基本准则,现分述如下：
(1) 基础数据假设：①当数据缺乏时,简单回溯算法更为有效;②数据应尽量收集齐备,而不是单纯赖于模型模拟;③相邻省份耕地面积变化的趋势相似,并假定历史时期各省内府、州之间的耕地面积以大致相同的比率变化(李士成等, 2015)。
(2) 分布控制因素假设：①历史记载数据可提供控制边界;②历史时期的耕地垦殖率一般不超过现代水平;③现代耕地分布是历史耕地的最大潜在分布范围(李柯等, 2011);④行政区域内各栅格历史耕地比率固定;⑤在城市聚集区、人口密度小于0.1人/km2的地区不分配耕地;⑥靠海岸和冲积平原的土地更适宜早期人类定居;⑦年平均气温<0℃的地区没有农业活动;⑧湖泊、河流等水域不含人口;⑨可将耕地分配到县、副都统、协领设置对应的今址上,提高空间分辨率。
(3) 限制因子假设：①自然因素变化不大,可采用现代格局(Long et al, 2014);②农业发展与人口、劳动力密切相关,可用历史人口估计农业区位置;③地形、热量、气候条件是耕地分配的重要因素;④人们倾向于先选择地势平坦海拔低的土地开垦耕种;⑤距河流、公路等线性地物的远近对土地分布有影响;⑥最可能的土地利用方式和实际利用方式可作为土地变化空间模拟的参考。
(4) 研究结果假设：通过空间重建形成的结果不一定是真实的土地覆被而是潜在覆被类型(Yang, Guo, et al, 2015)。在空间分配方面,现有研究无一例外地都基于当代空间格局,并假设历史土地利用的空间格局和现代格局具有相似性,但不同方法对这种相似程度的控制不尽相同(朱枫等, 2012)。
根据所采用的数据源、研究思路及方法的不同,历史土地覆被重建在基本方法上可分为基于历史记录的还原法和基于地理空间模型的重建法。
历史记录(地方志、档案、地籍、影像、地图、花粉、沉积物、遗址等)中包含有历史时期土地利用规模以及格局变化的重要信息,为直接或间接研究过去土地利用变化提供了数据资料(Yang et al, 2014);按历史记录的介质表达形式不同,历史LUCC重建方法可以分为以下类型。
(1) 基于历史文献记录的土地利用格局重建法。人类活动对陆地表层进行各种改造的结果大多以纸介质保存或流传,包括土地税、地方志、史志、地名志、游记、个人笔记、地形图、地籍图、景观图等。直接或间接地从这些资料中提取历史时期的LUCC信息,按照时间、空间尺度进行提取、恢复、甄别、修正和空间化后,可为定性或半定量地分析历史LUCC提供有力证据。该重建方法有赖于历史文献的丰富度和可辨识性,资料整理的过程较为繁琐、耗时,其重建的时空尺度大多有限,一般集中在省级(或更小的行政单元)及地理形态较为完整的区域。例如：葛全胜等(2003)利用清代官修地方总志、调查统计数据以及统计局资料,重建了1661以来年中国传统农区内18省的耕地面积;何凡能等(2002)以《嘉庆重修一统志》、《清史稿》、《清代地理沿革表》为数据源,按府、直隶州、厅和散州、厅、县6个类别分省统计城垣周长里数,估算了1820年内地18省的城镇用地;何凡能等(2007)搜集正史、地方志、类书、游记、文人笔记、民国政府森林调查统计信息等,订正了1700年以来全国6个时段的森林面积;何凡能等(2003)利用《陕西通志》、《屯田》、《田赋》等地方志的原额数据,重建了清代关中地区土地垦殖时空特征;叶瑜, 方修琦, 任玉玉等(2009)、叶瑜, 方修琦, 张学珍等(2009)分别以方志、个人日记、年鉴、林业史、历史文献、专题图等资料和《盛京通志》、《八旗通志初集》、《清代东北史》、《吉林外纪》等历史记录为基础,重建了过去300年东北地区林草地、耕地覆被变化;曾早早等(2011)利用地名志,将聚落地名依据不同的土地开垦类型进行划分,建立了吉林省聚落体系演变与农用地开垦过程的空间格局;李为等(2005)基于《钦定盛京通志》、《盛京通志》等历史文献,重建了清代东北地区土地开发过程及耕地规模;匡文慧等(2005)综合集成TM、SPOT遥感影像、地形图、专题图,重建了1900年以来长春市土地空间扩张过程;颉耀文等(2014)利用人类遗址、地方志、古今地图、遥感影像等资料,结合实地考察,对黑河流域历史水资源利用与农业活动范围的空间格局进行重建。
(2) 基于历史自然记录的还原法。除了文献记录外,人类活动的历史记录还表现在“痕迹”上,即人类历史活动在陆地表层留下的足迹,包括孢粉、人类遗址、动植物化石、木屑炭、树轮等自然记录。通过地质测年、炭追踪、考古学等分析手段,可以了解自然记录的年代、气候、自然植被和人类活动特征,其重建的时间尺度可达103~104年。例如,丁伟等(2011)筛选了不同气候条件下人类活动的指示性和代表性花粉类型,探讨了中国东部暖温带低山丘陵区表土花粉对人类土地利用活动的指示意义;史威等(2008)采集了中坝遗址中的文化堆积物,辅之以树轮校正后结合物器推定时代,建立了该遗址的综合剖面时间序列和人类土地利用活动的阶段特征。
基于历史记录还原法重建LUCC格局时,得到的重建结果多为各土地利用类型的统计值或中宏观尺度的土地利用格局,一般缺少明确的地理空间属性信息。为更好地模拟历史土地利用的气候、生态效应,有必要进一步建立具有较高时空分辨率的土地覆被数据集(朱枫等, 2012)。
通过分析历史LUCC的变化过程,构建相应的数学模型,是分析历史LUCC空间情景的有效途径之一(胡宁科等, 2012)。朱枫等(2012)基于历史土地利用重建模型是否依赖于现代土地利用格局,按“完全依赖”、“部分依赖”和“动态依赖”对LUCC重建模型进行了分类。这一方法虽一定程度上反映了模型算法的差别,但尚无法揭示不同模型的演化机理,其本质依旧是适宜性配置模型。按模型重建的机理和特征,本文将地理空间模型重建法划分为“自上而下”的配置模型和“自下而上”的演化模型。
3.2.1 “自上而下”的配置模型
“自上而下”配置模型的一般过程是将通过数量重建获得的历史土地类型面积按照土地适宜性、人口密度或现代土地利用格局进行空间配置,将相应的用地数量分配至地理空间网格。按其配置的分配方式可进一步划分为以下类型：
(1) 按土地适宜性高低进行空间配置。首先基于史料获得的历史时期各土地利用类型面积数量,筛选并量化历史土地利用空间分布影响因子,如历史人口、地面高程、地形坡度、距河流距离、距村镇聚落点距离等,结合现代土地利用空间格局构建土地适宜性函数,依据适宜性高低从大到小配置历史土地数量,实现历史土地利用的网格化。如林珊珊等(2008)选取人口和地形坡度作为历史耕地空间分布影响因子,构建了农垦人口、地形引力模型,网格化了中国传统农区6个历史时间断面的耕地空间格局;何凡能等(2011)和李士成等(2012)沿用林珊珊等(2008)的网格化方法,在对人口和田亩数据进行订正后,分别重建了北宋中期和清代西南地区耕地空间分布格局;李柯等(2011)基于Modis土地覆被遥感数据,以地表高程和坡度作为影响因子构建宜垦适宜性函数,网格化重建了1671年和1827年云南省耕地数据集;颉耀文等(2013)基于地面坡度、海拔等自然因子和人口密度等社会经济因子,按5 km×5 km的网格单元,重建了公元2年、140年、753年和1290年黑河流域中游的耕地分布格局;李士成等(2014)和何凡能等(2014)分别遴选并量化土地宜垦性的主导因子,构建以土地宜垦性为权重的历史森林覆被网格化模型,分别网格化了中国东北地区和西南地区的森林空间格局。此外,冯永恒等(2014)、罗静等(2014)、张丽娟等(2014)以及李士成等(2015)分别选择人口、地形坡度、现代土地垦殖强度构建土地宜垦性评价模型,依据宜垦性高低分别网格化了中国全域、黑龙江省、青藏高原河湟谷地以及青海和西藏的耕地空间格局。
(2) 依据历史人口密度或现代土地利用格局,将重建土地利用类型数量配置到网格。以现代土地利用格局作为人类活动对陆地表层施加影响、进行改造的累计结果,不再考虑土地适宜性对土地利用格局分布的影响,仅将人口密度或现代土地利用格局作为历史LUCC重建的指示因子,依据其值的高低配置土地类型面积。如HYDE 1.1 (1997)和HYDE 2.0(2001)版本将现代人口密度作为土地格局分配的底图,依据历史人口数量多少在此底图内配置土地类型面积;SAGE数据集(Ramankutty et al, 1999)、Liu等(2010)、Tian等(2014)分别收集历史土地统计数据后,将当代遥感影像解译的土地利用格局作为分配底图,依据历史统计数据与遥感解译后的面积数据的比值将历史地类数量配置到底图内,生成历史土地利用格局。
3.2.2 “自下而上”的演化模型
“自上而下”的配置模型法是静态模型,多依赖计量分析方法寻找潜在的土地覆被格局。而“自下而上”的空间演化模型可在地类数量网格化时综合人类的土地利用行为,通过嵌入各种表征人类土地利用行为的规则,运用人工智能算法,采用网格单元逐次循环迭代的方式反演历史土地利用格局。例如,白淑英等(2004, 2007)、Long等(2014)和Yang, Guo等(2015)考虑到邻近耕地的非耕地块易于被人类垦殖而嵌入邻域开发密度函数,基于元胞自动机的空间演化模型,分别重建了历史时期杜尔伯特县全地类、江苏省和山东省的耕地空间格局;Ray等(2010)考虑到多期土地利用遥感数据之间暗含有土地利用转化规律,而嵌入了人工神经网络算法,结合GIS技术,采用分步土地利用转化方法,以美国密歇根马斯基根河流域为例反演了建设用地、耕地、林地的空间分布;Yang, Jin等(2015)考虑到由不同空间差异引致的耕地演化规律的空间异质性和演化速率的空间差异性,构建分区同步的约束性CA模型,模拟了中国传统农区历史耕地空间分布。采用“自下而上”空间演化模型法用于前向(预测)土地利用模拟(如城市扩展情景分析)等已较为成熟(张鸿辉等, 2008; 王丽萍等, 2012),而对后向(回溯)的研究尚处于起步阶段。该模型的难点主要表现在空间配置中,不仅要考虑土地利用约束因子的筛选、量化和标准化,更需考虑人类的土地利用行为特征,并将其用数学语言抽象成函数后嵌入模型中。
综上所述,历史土地利用格局重建研究中使用的数据源逐渐多元,相应地重建方法也日益丰富。在不同的时空尺度下,采用不同数据源及重建方法,所获得的结果在适用性和数据精度上具有显著差异。一般来说,研究的时空尺度越小,回溯时段愈近,其数据源的可获取性以及重建结果的精度和可靠性就越高。例如,文献记录的收集难度大、覆盖范围小、资料整理费力耗时,但却是历史土地类型统计数据的主要来源,是区域历史土地利用数量变化的优先选择;自然记录重建可一定程度弥补文献记录的缺失,但多针对较早的历史时期,不适宜近代研究;基于遥感影像获取的现代土地利用格局具有明确的时间和空间属性,仅可追溯至1970年代,多作为底图使用;模型模拟的时空尺度可大可小,其重建结果的精度严重依赖于模型的转化规则和历史土地利用数量重建成果(图2)。
图2 不同重建方法的时空标尺及其精度(线段愈粗表征精度和可靠性愈高)
Fig.2 Spatiotemporal scales and accuracy of results of different restructuring methods(Thicker line segments indicate higher precision and reliability of the methods used and results.)
在缺乏客观对照的情况下,应对通过历史记录还原或模型重建生成的历史时期土地覆被空间格局进行验证。根据验证方法的不同,可以分为直接验证和间接验证。
直接验证法是将重建的历史时期土地利用结果直接与同一时空背景下的遥感影像、农户调查记录、古遗址等进行点对点的比对验证,其验证结果的可信度较高。例如,Fuchs等(2012)选择欧洲1950年和1990年的73个样点遥感影像与模型重建结果进行居民点、耕地、林地和草地的点对点比对验证,得出模型反演时段越久远其模拟误差将越大的结论。受遥感影像成像时间的限制(一般不早于1980年代),国内利用遥感数据进行直接验证的应用较少。白淑英等(2007)在研究区内选择年龄较长的农户和村干部,采用访谈调查,对重建结果进行定性分析。颉耀文等(2013)将古城遗址和人类活动集中场所作为指示因子纳入重建模型中,故重建结果自然能通过直接验证。一般而言,重建结果的时空尺度越大,可资对比的数据(证据)愈加缺乏,故直接验证法多应用于历史记录尤其是空间数据丰富、涉及时段较近的微观区域研究,而较大时空尺度的重建结果多采用间接验证法。
间接验证法是在缺乏直接证据时的妥协之举,根据验证思路可进一步分为以下类型。
(1) 将重建结果与对应时期的历史文献记录或现有研究成果进行定性或定量的交叉对比。一般过程为：提取重接结果中相关的土地利用规模、格局特征后与对应时期的地方志、统计报告及现有研究,从全局定性描述和区域,甚至栅格单元尺度,进行对比分析,对重建结果进行验证。例如,李柯等(2011)从全局角度将重建的土地利用格局与历史文献记载进行定性比较,认为重建结果与史实基本吻合;张丽娟等(2014)将重建结果与《黑龙江开发史》、《黑龙江移民概要》进行人均耕地规模和移民垦殖方向对比,并从县域尺度定量分析了重建结果与叶瑜等研究成果的区别;林珊珊等(2008)将模型重建的各省府耕地比例与《嘉庆一统志》册载的田亩数据进行T检验方法检验,分析了网格化结果的合理性;李蓓蓓等(2010)和何凡能等(2012)从全局、分省、栅格尺度出发,按绝度误差和相对误差,将中国东北地区和传统农区的重建结果与HYDE、SAGE数据集进行对比分析,提出国外数据集难以客观反映中国耕地的实际变化。
(2) 利用构建的模型模拟现代土地利用格局,将现代时期的重建结果与遥感数据进行定量分析。例如,冯永恒等(2014)、罗静等(2014)利用遥感解译数据,从县域和栅格尺度分析了模型重建的1980s耕地与同期遥感数据的差异;何凡能等(2014)、李士成等(2014)、采用绝度误差和相对误差,分析了基于网格化模型重建的2000年东北三省和西南地区森林与同期遥感数据的差异。
基于文献析出法,以Web of Science和中国知网(www.cnki.net)为数据源,对以中国(或其内部区域)为研究区,具有明确地理空间属性的历史土地覆盖数据集进行整理,典型成果如表1。
表1 中国区典型历史土地覆盖格局重建数据集成果
Tab.1 Historical land cover datasets with explicit geographic information in China
| 文献 | 模型/方法 | 地类 | 影响因子 | 时段/年 | 数据结构 | 空间分辨率 | 空间尺度 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Ramankutty et al, 1999 (SAGE) | 比例修正法 | 耕地 | 现代土地利用格局 | 1700年至今 | 比例型 | 0.5° | 全球 |
| Hurtt et al, 2006 | 土地类型转化模型 | 耕地、草地 | HYDE数据集、潜在生物量 | 1700年至今 | 比例型 | 0.5° | 全球 |
| Klein Goldewijk et al, 1997(HYDE) | 基于土地适宜性的空间配置模型 | 耕地、草地 | 人口、地形坡度、与河流距离、城镇分布、林地分布、潜在植被 | 10000 BC -2000 AD | 比例型 | 5′ | 全球 |
| Pongratz et al, 2008 | 比例修正法 | 耕地、草地 | 人口、潜在植被 | 800-1700 | 比例型 | 0.5° | 全球 |
| Liu et al, 2010 | 历史土地空间配置模型 | 耕地、林地、城市用地 | 人口密度、2000年土地利用现状 | 1700-2005 | 比例型、布尔型 | 10 km | 中国 |
| Li et al, 2015 (CHCD) | 历史耕地数据网格化重建模型 | 耕地 | 坡度、高程、气候生产力潜力 | 1661、1724、1784、1820、1873、1933、1980、1996 | 比例型 | 10 km | 中国 |
| He et al, 2015 | 网格化重建模型 | 林地 | 高程、坡度、气候生产潜力 | 1700-2000,每隔20年一个断面 | 比例型 | 10 km | 中国 |
| 冯永恒等, 2014 | 分区网格化模型 | 耕地 | 坡度、高程、人口密度、现代耕地垦殖率 | 1913、1933、1950、1970、1990、2000 | 比例型 | 10 km | 中国 |
| 林珊珊等, 2008 | 网格化重建模型 | 耕地 | 海拔、坡度、人口 | 1820 | 比例型 | 60 km | 中国传统农区 |
| 何凡能等, 2011 | 网格化重建模型 | 耕地 | 海拔、坡度、人口 | 1077 | 比例型 | 60 km | 中国传统农区 |
| Yang, Jin, et al, 2015 (HCTC) | 分区同步历史耕地重建模型 | 耕地 | 坡度、高程、水系距离、降水、居民点 | 1661、1724、1820、1887、1933、1952 | 布尔型 | 1 km | 中国传统农区 |
| 张洁等, 2007 | 网格化重建模型 | 耕地、林地、水域 | 现代土地利用格局 | 1724、1784、1820、1887、1933、1955 | 比例型 | 0.5° | 中国东部 |
| 李士成等, 2014 | 网格化重建模型 | 林地 | 地形(海拔、坡度)、气候生产潜力 | 1780、1940 | 比例型 | 10 km | 东北三省 |
| 叶瑜, 方修琦, 任玉玉等, 2009 | 垦殖率重建法 | 耕地 | 人口数量 | 1683、1735、1780、1908、1914等14个断面 | 数量和垦殖率 | 分县 | 东北三省 |
| 姜蓝齐等, 2015 | 网格化重建模型 | 耕地 | 聚落、水源、地形 | 1908 | 比例型 | 1 km | 松嫩平原 |
| 张丽娟等, 2014 | 垦殖倾向指数模型 | 耕地 | 聚落、地形、水系 | 1900 s | 比例型 | 1 km | 黑龙江省 |
| 何凡能等, 2014 | 网格化重建模型 | 林地 | 地形(海拔、坡度)、气候生产潜力 | 1724、1784、1820、1873、1911 | 比例型 | 10 km | 云南、贵州、四川和重庆 |
| 李士成等, 2012 | 网格化重建模型 | 耕地 | 海拔、坡度、气候生产潜力、人口密度 | 1661、1724、1784、1820、1873、1911 | 比例型 | 10 km | 云南、贵州、四川和重庆 |
| Long et al, 2014 | 历史耕地重建模型 | 耕地 | 土壤侵蚀、pH、有机质、居民点、水体 | 1661、1820、1887、1933、1980 | 布尔型 | 1 km | 江苏 |
| 李士成等, 2012 | 历史耕地数据网格化重建模型 | 耕地 | 坡度、高程 | 1910、1960、1980、2000 | 比例型 | 1 km | 青海与西藏 |
| Yang, Guo, et al, 2015 | 历史耕地重建模型 | 耕地 | 坡度、高程、水系距离、土壤侵蚀、土壤肥力 | 1661、1685、1724、1753、1820、1873、1887、1933 | 布尔型 | 1 km | 山东 |
| 李柯等, 2011 | 网格化重建模型 | 耕地 | 海拔、坡度 | 1671、1827 | 比例型 | 90 m | 云南省 |
| 颉耀文等, 2013 | 网格化重建模型 | 耕地 | 海拔、坡度、人口 | 2、140、753、1290 | 比例型 | 5 km | 黑河流域中游 |
| 罗静等, 2014 | 基于土地适宜性的空间配置模型 | 耕地 | 海拔、坡度、气候生产潜力 | 1726 | 比例型 | 2 km | 青藏高原东北河湟谷地 |
| 白淑英等, 2007 | 土地利用数字重建模型 | 全地类 | 光、热、水、土等自然条件和人口、居民点、道路等社会经济条件 | 1950 s、1930 s | 布尔型 | 县 | 黑龙江大庆市杜尔伯特县 |
历史土地覆被空间重建类型的丰富程度主要受基础数据可取得性和重建方法复杂性的制约。中国历史典籍中关于耕地、人口的记载较为充分,同时还保存了较为丰富的赋税记录,使得历史耕地空间格局重建占据了显著地位(魏学琼等, 2014)。除耕地外,林地和牧草地的历史记载有限,虽有学者通过假定历史耕地面积的增加与森林砍伐或退化紧密联系,并据此重建了西南和东北地区的历史林地格局(何凡能等, 2014; 李士成等, 2014),但尚未形成全国尺度的研究结果;涉及建设用地(城镇用地和农村居民点)的史料更是寥寥,仅有少量基于史料的定性分析,具有时空指示意义的城镇和农居点空间重建研究尚未开展。同时,由于多地类的重建,涉及不同土地利用类型间的用地竞争及用地协调,确立相应的重建规则具有一定难度,故当前的研究仍以一、二个土地利用类型重建为主,全地类重建的研究成果尚不多见。
重建结果的数据表达形式主要包括比例型数据(如垦殖率等)和布尔型数据(逻辑数据类型,是或不是)(朱枫等, 2012)。例如,Liu等(2010)采用相同的算法生成了比例型和布尔型的中国全域数据集。尽管比例型数据仅表示网格单元内特定土地利用类型的比例,而“模糊”了具体位置,但却间接地提高了重建结果的可靠性,同时也能较为方便地转化为布尔型数据,故已成为当前主流数据集的首选。
从时间跨度来看,相关研究大多集中于近300年,国外的长时间序列研究可追溯至过去12000 年(Goldewijk, 2001),国内也有涉及千年尺度的宋、汉、唐、元等朝代的研究(何凡能等, 2011; 颉耀文等, 2013)。从重建结果来看,可进一步分为典型历史断面研究和连续时间断面研究。典型历史断面的选取多基于朝代更替、方志或统计资料的记录时段,其时间分辨率较为多样化,如叶瑜, 方修琦, 任玉玉等(2009)在过去300年东北地区耕地覆盖重建时,所选择的时间断面间隔介于6年至45年;而Lin等(2009)、何凡能等(2011)、罗静等(2014)仅选取一个历史断面进行耕地重建。而当时间分辨率达到代际甚至年际时(1~50年),通常是基于算法回溯获得,其重点关注数据的长时间序列特征,或是对不同数据源进行数量修正(2001)。
在空间尺度上,除SAGE、HYDE等全球数据集,覆盖中国范围的区域性研究成果包括：①全国尺度。如Liu等(2010)的多地类重建、冯永恒等(2014)的耕地分区重建,Li等(2015)的耕地重建以及He等(2015)的林地重建;②区域尺度。如中国传统农区耕地(林珊珊等, 2008; 何凡能等, 2011; Yang, Jin et al, 2015)、东北三省耕地(叶瑜, 方修琦, 任玉玉等, 2009)和森林(李士成等, 2014)、西南地区耕地(李士成等, 2012)和森林(何凡能等, 2014)、东部省份耕地(张洁等, 2007)、黑龙江省耕地(张丽娟等, 2014)、江苏省耕地(Long et al, 2014)、云南省耕地(李柯等, 2011)、黑河流域耕地(汪桂生等, 2013)、青藏高原河湟谷地耕地(罗静等, 2014)以及青海和西藏耕地(李士成等, 2015)重建等。③亚区域尺度。如大庆市杜尔伯特县(白淑英等, 2007)、吉林省镇赉县(吕妍等, 2010)重建等。研究的空间单元大多基于行政区划或采用空间栅格,栅格空间分辨率的设计主要考虑数据应用和与其他模型的衔接,如气候模拟、生态效应分析或土地空间特征等精细研究的需要,栅格分辨率包括0.5°×0.5°、5′×5′、60 km×60 km、10 km×10 km、5 km×5 km、1 km×1 km、90 m×90 m等。
目前,以近300年为重点的中国历史土地覆被重建取得了积极的研究成果,但由于数据源、研究方法、重建假设、验证方式等的各异,不同数据集的重建结果差异显著。本文以具有代表性的SAGE(2010)、HYDE(3.1)、CHCD和HCTC数据集为例进行对比分析,主要结果如下(图3-4)：
图3 中国区内不同数据集的历史耕地空间格局(a.为HCTC,源自文献Yang, Jin, et al, 2015,有修改;b.为CHCD,源自文献Li et al, 2015;c.为SAGE2010,源自
Fig.3 Spatial patterns of China’s historical cropland in different reconstruction datasets(a. represents HCTC inferred from Yang, Jin, et al. 2015; b. represents CHCD inferred from Li et al. 2015; c. is SAGE2010 downloaded from
图4 近300年来中国历史耕地数量对比分析
Fig.4 Comparison of cropland areas in China over the past 300 years
(1) SAGE和HYDE数据集均采用“自上而下”的空间配置法,以DIScover与GLC2000遥感数据(精度分别为66.9%、68.6%)中的耕地格局作为历史耕地的最外围边界。囿于现代耕地格局底图精度、历史耕地数量来源和采用的影响因子各异,其重建的耕地空间格局差异较大且不符合中国耕地垦殖过程。已有学者论证表明,上述数据集应用于区域模拟研究时,无论耕地数量估算,还是空间分配方法都过于粗糙,其数据只适用于全球尺度,而不能作为区域研究的依据(李蓓蓓等, 2010; 何凡能等, 2012)。
(2) SAGE数据集中1720年以来省际间耕地数量以年均增长率0.51%进行线性增加,到1950年之后又以0.34%的速度线性递减,这种线性递增、递减重建算法使得各省间耕地数量呈现统一变化规律;同时,除山东、浙江与京津冀地区外,其余各个省份耕地数量明显高于其他数据集。
(3) 相较于HCTC、CHCD等国内数据集,HYDE数据集的耕地在贵州、山西、陕西、福建、云南和浙江等省份存在偏低现象,而在山东、沪宁地区、湖南、安徽、江西等省存在偏高现象,福建、湖南、云南、贵州四省外的其余省/地区平均相对差异率均介于±45%之间;
(4) CHCD和HCTC在基础数据订正整理上采用了相似的历史资料,并均利用了刘纪远等(2003)生产的现代土地利用格局成果(精度99%以上),故两者历史耕地总量及区域变化趋势较为一致,但由于采用了不同的重建方法：CHCD以现代耕地格局为底图采用“自上而下”的配置模型法;HCTC采用“自下而上”的演化模型法,耕地格局重建考虑了农户土地利用行为和垦殖过程,因此两套数据在东北、西北和西南等历史垦殖边界区域的重建格局上存在显著差别。
(5) 即使利用相似的数据来源,由于重建方法和影响因子选择、量化的不同,其重建结果也会存在较大差异。为了融合多元数据,进一步提高模拟精度,历史土地覆被重建方法研究仍有待进一步深入。
纵观现有研究,近年来历史LUCC空间格局重建在理论方法和实践应用等方面均取得了积极进展,但在土地利用变化的过程性、研究方法的适用性、研究结果的有效性等方面尚未形成统一认识。在现有研究的基础上,综合性和集成性势必将成为今后历史LUCC空间格局重建的重要特征,具体表现在以下方面：
(1) 数据源的综合。多源数据是开展历史LUCC空间格局重建之根基,中国拥有悠久的农业耕作史和未曾中断的文明发展史,其丰富的文献记载为中国历史LUCC空间格局重建提供了充足可信的数据,综合地方志、档案、地籍、影像、地图、花粉、沉积物、遗址等历史文献和自然遗迹记录数据源,通过提取、恢复、甄别、修正和空间化等方法重建历史土地利用类型的规模和格局是今后研究的主要趋势。
(2) 重建类型的综合。历史LUCC空间格局重建的重要任务之一是对历史时期的土地利用格局进行复原,并为长时间尺度气候变化模拟、诊断气候形成机制、预测未来气候变化等科学问题提供数据基础支持。而当前以耕地为主要研究对象的单地类研究成果难以满足全球变化相关研究对土地利用与覆被变化基础数据的要求,亟需综合重建中国区域的城镇用地、林地和牧草地。
(3) 重建方法的综合。随着学科理论和研究方法的交叉融合,历史土地覆被空间格局重建在研究方法已从早期的依靠历史文献记录和自然记录还原法发展到多源数据、多学科方法的融合阶段,尤其是“自上而下”的配置模型和“自下而上”的演化模型的引入,进一步丰富了重建方法集。但目前的模型方法大多采用通用型的空间建模理论假设和规则设计,在土地利用变化机理和驱动机制控制等方面尚有进一步完善的空间,今后应进一步考虑不同区域自然资源特点和自然—人文因素交互影响,增强对历史土地利用变化影响因素和驱动机制的系统性分析。
(4) 结果验证的综合。重建结果的精度和不确定性来源于诸多方面,对验证重建结果进行有效的精度分析仍面临严峻的挑战。针对研究区域和重建方法的特征与差异,综合运用直接验证和间接验证法是提高重建结果的可能途径之一。如在省级单元,可将重建结果与历史文献中的定性描述相比较,进行分布趋势对比,如趋势基本一致,则判断重建效果初步达到要求;与历史时期行政建制设立、农村聚落发展、人口密度演化、粮食供需格局变迁、农业生产条件变化,以及沉积、泥炭、孢粉等环境气候数据等直接证据相对比,如基本一致则判断重建效果较好;与基于遥感数据解译获取的现代土地利用格局进行对比分析,分析误差产生的原因,进而修正重建方法的参数;与清代鱼鳞册、早期航拍照片、历史时期专题图件等直接证据相对比,对相应时段的重建结果进行精度分析,同时,与现有其他学者的重建成果进行间接对比分析,查找异同并分析原因也是值得研究的重要方面。
The authors have declared that no competing interests exist.
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历史时期土地利用空间信息再现方法初探 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1003-7578.2004.05.017 URL 摘要
设计了一个历史时期土地利用空间信息再现模型 ,通过对 TM、MSS影像数据和地形图、气候、地质、地貌、土壤、植被、水文等自然环境背景图件及数据 ,还有社会经济统计等多源数据进行综合 ,探讨了没有卫星遥感信息源的历史时期土地利用空间分布再现的方法
The discussion of the method of land utilization spatial information reappearance of history period [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1003-7578.2004.05.017 URL 摘要
设计了一个历史时期土地利用空间信息再现模型 ,通过对 TM、MSS影像数据和地形图、气候、地质、地貌、土壤、植被、水文等自然环境背景图件及数据 ,还有社会经济统计等多源数据进行综合 ,探讨了没有卫星遥感信息源的历史时期土地利用空间分布再现的方法
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土地利用/土地覆被时空分布100年数字重建: 以大庆市杜尔伯特蒙古族自治县为例 [J].
<p>长时间序列的土地利用/ 土地覆被数据是开展全球变化、可持续发展及生态安全等各项研究的重要基础。然而，早期的土地利用/ 土地覆被数据，特别是卫星遥感数据出现之前 的土地利用/ 土地覆被信息通常很难获取。利用TM、MSS 遥感影像数据和地形图、气候、地质、地貌、土壤、植被、水文等自然环境背景图件以及数据，社会经济统计数据等多源数 据，选择大庆市杜尔伯特蒙古族自治县作为典型案例区，在GIS 技术支持下建立了土地利用/ 土地覆被数字重建模型，再现了典型研究区20 世纪30 年代和50 年代土地利用/ 土地覆被空间分布状况。通过野外调查和历史文献资料对土地利用数字重建结果进行精度评价并初步得到以下结论：① 采用逐个图斑跟踪记录的方法对研究区各个时期土地利用/ 覆被变化的敏感 性进行分析，有利于揭示区域土地利用/ 土地覆被变化的规律；② 在定量、定位分析环境背景对土地利用/ 土地覆被分布及其变化的影响基础上，综合判断各种土地利用/ 土地覆被分布概率，其结果可为土地利用数字重建提供依据；③ 对1:10 万地形图提取土地利用信息的可行性与可信度分析表明，地形图中土地利用信息完全能够达到一级土地利用分类精度，同时疏林地、灌木林、沼泽地、盐碱地、沙地等二级分类信息也能获取。</p>
Digital rebuilding of LUCC spatial-temporal distribution of the last 100 years: Taking Dorbod Mongolian Autonomous County in Daqing city as an example [J].
<p>长时间序列的土地利用/ 土地覆被数据是开展全球变化、可持续发展及生态安全等各项研究的重要基础。然而，早期的土地利用/ 土地覆被数据，特别是卫星遥感数据出现之前 的土地利用/ 土地覆被信息通常很难获取。利用TM、MSS 遥感影像数据和地形图、气候、地质、地貌、土壤、植被、水文等自然环境背景图件以及数据，社会经济统计数据等多源数 据，选择大庆市杜尔伯特蒙古族自治县作为典型案例区，在GIS 技术支持下建立了土地利用/ 土地覆被数字重建模型，再现了典型研究区20 世纪30 年代和50 年代土地利用/ 土地覆被空间分布状况。通过野外调查和历史文献资料对土地利用数字重建结果进行精度评价并初步得到以下结论：① 采用逐个图斑跟踪记录的方法对研究区各个时期土地利用/ 覆被变化的敏感 性进行分析，有利于揭示区域土地利用/ 土地覆被变化的规律；② 在定量、定位分析环境背景对土地利用/ 土地覆被分布及其变化的影响基础上，综合判断各种土地利用/ 土地覆被分布概率，其结果可为土地利用数字重建提供依据；③ 对1:10 万地形图提取土地利用信息的可行性与可信度分析表明，地形图中土地利用信息完全能够达到一级土地利用分类精度，同时疏林地、灌木林、沼泽地、盐碱地、沙地等二级分类信息也能获取。</p>
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土地利用变化驱动力系统分析 [J].
该文应用系统论的观点和方法，对土地利用变化驱动力的整体性、层次性、动态变化和驱动力作用下的土地利用动态进行了深入分析，初步回答了土地利用变化的动力源、驱动力系统内部分力与合力的关系，以及驱动力与土地利用变化之间普遍存在的非线性反馈关系等问题，为土地利用变化动力学研究提供了新的思路。
An analysis on driving force system of land use changes [J].
该文应用系统论的观点和方法，对土地利用变化驱动力的整体性、层次性、动态变化和驱动力作用下的土地利用动态进行了深入分析，初步回答了土地利用变化的动力源、驱动力系统内部分力与合力的关系，以及驱动力与土地利用变化之间普遍存在的非线性反馈关系等问题，为土地利用变化动力学研究提供了新的思路。
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中国东部暖温带低山丘陵区表土花粉对人类活动的指示意义 [J].
<p>中国东部暖温带低山丘陵区78个表土样品花粉分析表明:不同土地利用类型的孢粉组 合存在显著差异.果园与人工林地孢粉浓度高于耕地而低于荒地,人类活动干扰强度越大,花 粉浓度越低.以松属和栎属为主的乔木花粉含量在研究区内较为稳定,耕地中草本花粉百分比 高于荒地,灌木花粉和蕨类孢子低于荒地.农作物花粉含量在相应农田及附近较高,依次向周 围递减.禾本科作物和十字花科花粉在农田中平均分别为16.7%和6.7%,邻近荒地迅速降至 3%以下和不足0.5%.主坐标和聚类分析表明,研究区内耕地与其他土地利用类型样品花粉组 合差异明显,低山丘陵区禾本科、藜科、蒿属、菊科、中华卷柏与人类活动密切相关,其含量 和在花粉组合中的排序对人类活动强度具有指示作用.栽培作物、蒿属、藜科等的空间分布可 以较好地反映自然因素和人类活动的变化,海拔降低,纬度南移,禾本科作物和十字花科花粉 增加,蒿属和藜科花粉减少.低山丘陵区花粉组合特征与历史时期平原区人类清除自然植被从 事农业耕作的初始阶段相近,可能对平原区人类活动初始阶段环境特征具有参考价值.</p>
Surface pollen assemblages as indicators of human impact in the warm temperate hilly areas of eastern China [J].
<p>中国东部暖温带低山丘陵区78个表土样品花粉分析表明:不同土地利用类型的孢粉组 合存在显著差异.果园与人工林地孢粉浓度高于耕地而低于荒地,人类活动干扰强度越大,花 粉浓度越低.以松属和栎属为主的乔木花粉含量在研究区内较为稳定,耕地中草本花粉百分比 高于荒地,灌木花粉和蕨类孢子低于荒地.农作物花粉含量在相应农田及附近较高,依次向周 围递减.禾本科作物和十字花科花粉在农田中平均分别为16.7%和6.7%,邻近荒地迅速降至 3%以下和不足0.5%.主坐标和聚类分析表明,研究区内耕地与其他土地利用类型样品花粉组 合差异明显,低山丘陵区禾本科、藜科、蒿属、菊科、中华卷柏与人类活动密切相关,其含量 和在花粉组合中的排序对人类活动强度具有指示作用.栽培作物、蒿属、藜科等的空间分布可 以较好地反映自然因素和人类活动的变化,海拔降低,纬度南移,禾本科作物和十字花科花粉 增加,蒿属和藜科花粉减少.低山丘陵区花粉组合特征与历史时期平原区人类清除自然植被从 事农业耕作的初始阶段相近,可能对平原区人类活动初始阶段环境特征具有参考价值.</p>
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20世纪中国耕地格网化数据分区重建 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2014.09.011 URL Magsci [本文引用: 3] 摘要
针对中国国家尺度层面耕地历史数据集的缺乏,提出了分区建模的方案.首先,将中国定性划分为四大区域,即传统农区、东北地区、西北地区、青藏地区;在此基础上,分别量化地形、人口要素与耕地分布之间的关系,构建空间格网化模型.利用该方案,重建了中国1913、1933、1950、1970、1990 和2000 年6 个时间断面空间分辨率为10 km的格网化耕地数据.对比1990 年的重建结果与遥感解译结果,发现无论是县域尺度,还是栅格尺度,数据集的准确性都较高.对重建的耕地数据集进行分析发现,近百年来中国的耕地面积出现先增后减的趋势,拐点大体在20 世纪后期,不仅是耕地总量的先增后减,而且垦殖强度也是先增后减,但区域之间并不一致,其中变化较大的是东北和西北地区.
Separate reconstruction of Chinese cropland grid data in the 20th century [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2014.09.011 URL Magsci [本文引用: 3] 摘要
针对中国国家尺度层面耕地历史数据集的缺乏,提出了分区建模的方案.首先,将中国定性划分为四大区域,即传统农区、东北地区、西北地区、青藏地区;在此基础上,分别量化地形、人口要素与耕地分布之间的关系,构建空间格网化模型.利用该方案,重建了中国1913、1933、1950、1970、1990 和2000 年6 个时间断面空间分辨率为10 km的格网化耕地数据.对比1990 年的重建结果与遥感解译结果,发现无论是县域尺度,还是栅格尺度,数据集的准确性都较高.对重建的耕地数据集进行分析发现,近百年来中国的耕地面积出现先增后减的趋势,拐点大体在20 世纪后期,不仅是耕地总量的先增后减,而且垦殖强度也是先增后减,但区域之间并不一致,其中变化较大的是东北和西北地区.
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过去300年中国部分省区耕地资源数量变化及驱动因素分析 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1002-008X.2003.08.008 URL 摘要
通过对清代文献资料中田亩数据 的分析,认为册载数据基本能够反映耕地面积的总体变化趋势和区域差别,但在总量上失之过低,为能更真实地反映耕地资源的变化实际,文中对其进行了相应处 理。在此基础上,研究了300余年以来我国内地18省耕地资源的时空变化特点,总体而言,过去300年间研究区的耕地资源数量呈抛物线式变化,清前期的增 长趋势明显,但至清晚期逐渐稳定下来,民国时期略有下降,新中国建立初期基本得到恢复。但是,此后又开始持续减少,过去300年间耕地资源的变化具有较为 明显的区域性特点,东部地区的垦殖活动远较西部地区剧烈,但在清前期,西部地区,如四川、甘肃、云南、贵州等省份耕地资源数量的增长趋势更加迅猛。分析表 明,这种变化的主要驱动因素是人口增长、政府政策调整、战争影响、自然原因和特定作物的引种与种植扩展等。
Analysis of cropland quantity change and driving factors of some provinces of China over the past 300 years [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1002-008X.2003.08.008 URL 摘要
通过对清代文献资料中田亩数据 的分析,认为册载数据基本能够反映耕地面积的总体变化趋势和区域差别,但在总量上失之过低,为能更真实地反映耕地资源的变化实际,文中对其进行了相应处 理。在此基础上,研究了300余年以来我国内地18省耕地资源的时空变化特点,总体而言,过去300年间研究区的耕地资源数量呈抛物线式变化,清前期的增 长趋势明显,但至清晚期逐渐稳定下来,民国时期略有下降,新中国建立初期基本得到恢复。但是,此后又开始持续减少,过去300年间耕地资源的变化具有较为 明显的区域性特点,东部地区的垦殖活动远较西部地区剧烈,但在清前期,西部地区,如四川、甘肃、云南、贵州等省份耕地资源数量的增长趋势更加迅猛。分析表 明,这种变化的主要驱动因素是人口增长、政府政策调整、战争影响、自然原因和特定作物的引种与种植扩展等。
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过去300年中国土地利用、土地覆被变化与碳循环研究 [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1005.2008.01083 URL [本文引用: 1] 摘要
历史时期的土地利用与土地覆被变化是影响陆地生态系统碳循环的重要因素。过去300年间，我国土地利用与覆被发生了较大变化，林地面积迅速减小，垦殖扩张明显，均对陆地生态系统的碳循环产生了重要的影响。采用通过第一手历史文献资料重建的历史土地数据，分析了过去300年我国土地利用变化的主要特征，研究表明：在研究时段，耕地面积持续增加，从清前期1661年的60.78×10^6hm^2增加到20世纪末的96.09×10^6hm^2；森林面积从1700年的248.13×10^6hm^2降至1949年的109.01×10^6hm^2。受土地利用与覆被变化影响，全国陆地生态系统的碳储量也随之变化。其中，地上植被破坏弓I起的碳排放大约为3.70Pg C；土壤有机碳排放介于0.80-5.84Pg C之间，最适估计为2.48Pg C；植被和土壤变化引发的碳排放总计达4.50-9.54Pg C，最适估算为6.18Pg C。这远小于国外学者估算所得的17.1-33.4Pg C的排放量。碳排放的空间分异明显，由于东北地区和西南地区的植被破坏相对较大，过去300年间这两个地区受土地利用与覆被变化影响的碳排放也较大，其余排放量从大到小依次为内蒙古地区、华南西部地区、新疆和青藏高原区；而作为历史上传统农区的华北地区和华东地区，土地利用与覆被变化对陆地生态系统碳储量影响相对较小。但是近年有关研究显示，目前全国自然植被活动增强，土地利用活动，特别是农林活动正对陆地生态系统碳储量产生比较明显的积极作用。
Land use changes and their relations with carbon cycles over the past 300 a in China [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1005.2008.01083 URL [本文引用: 1] 摘要
历史时期的土地利用与土地覆被变化是影响陆地生态系统碳循环的重要因素。过去300年间，我国土地利用与覆被发生了较大变化，林地面积迅速减小，垦殖扩张明显，均对陆地生态系统的碳循环产生了重要的影响。采用通过第一手历史文献资料重建的历史土地数据，分析了过去300年我国土地利用变化的主要特征，研究表明：在研究时段，耕地面积持续增加，从清前期1661年的60.78×10^6hm^2增加到20世纪末的96.09×10^6hm^2；森林面积从1700年的248.13×10^6hm^2降至1949年的109.01×10^6hm^2。受土地利用与覆被变化影响，全国陆地生态系统的碳储量也随之变化。其中，地上植被破坏弓I起的碳排放大约为3.70Pg C；土壤有机碳排放介于0.80-5.84Pg C之间，最适估计为2.48Pg C；植被和土壤变化引发的碳排放总计达4.50-9.54Pg C，最适估算为6.18Pg C。这远小于国外学者估算所得的17.1-33.4Pg C的排放量。碳排放的空间分异明显，由于东北地区和西南地区的植被破坏相对较大，过去300年间这两个地区受土地利用与覆被变化影响的碳排放也较大，其余排放量从大到小依次为内蒙古地区、华南西部地区、新疆和青藏高原区；而作为历史上传统农区的华北地区和华东地区，土地利用与覆被变化对陆地生态系统碳储量影响相对较小。但是近年有关研究显示，目前全国自然植被活动增强，土地利用活动，特别是农林活动正对陆地生态系统碳储量产生比较明显的积极作用。
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近300年来中国森林的变迁 [J].Magsci 摘要
<p>以清代以来史料为依据, 在现代清查统计资料和前人研究成果的基础上, 通过对森林变迁大体趋势及主要过程的客观把握, 重新校订了1949 年和1700 年前人的估算数据, 回溯估算了1750~1900 年中国各省区每50 年森林面积与森林覆被率值, 并与现代森林清查资料衔接, 分析1700~1998 年近300 年来中国森林变迁的时空特征。结果表明: 近300 年来中国现境内共减少森林面积约0.95×10<sup>8</sup> ha, 森林覆被率减少9.2 个百分点, 变化曲线呈先抑后仰; 以1960s 为界, 此前呈加速递减态势, 260 年间减少森林面积达1.66×10<sup>8</sup> hm<sup>2</sup>, 覆被率下降约17 个百分点；1960s 以后呈逐步增长态势, 近40 年间增加森林面积约0.7×10<sup>8</sup> hm<sup>2</sup>, 覆被 率提高了约8 个百分点。结果还表明: 近300 年来中国森林消长, 西部地区均小于东部地区; 在1700~1949 年的锐减期中, 东北、西南和东南三区是森林面积缩减最为严重的地方, 大部分省区覆被率下降超过20 个百分点, 其中黑龙江达50 个百分点, 吉林达36 个百分点, 川渝地区达42 个百分点, 云南达35 个百分点；在1949~1998 年的恢复期中, 西部各省区森林覆 被率增加均小于5 个百分点, 东部地区(除黑龙江、湖北和沪宁外) 均超过5 个百分点; 其中 粤琼、广西、安徽、京津冀、山东、河南、浙江、福建等省区高达10 个百分点以上。</p>
Quantitative analysis on forest dynamics of China in recent 300 years [J].Magsci 摘要
<p>以清代以来史料为依据, 在现代清查统计资料和前人研究成果的基础上, 通过对森林变迁大体趋势及主要过程的客观把握, 重新校订了1949 年和1700 年前人的估算数据, 回溯估算了1750~1900 年中国各省区每50 年森林面积与森林覆被率值, 并与现代森林清查资料衔接, 分析1700~1998 年近300 年来中国森林变迁的时空特征。结果表明: 近300 年来中国现境内共减少森林面积约0.95×10<sup>8</sup> ha, 森林覆被率减少9.2 个百分点, 变化曲线呈先抑后仰; 以1960s 为界, 此前呈加速递减态势, 260 年间减少森林面积达1.66×10<sup>8</sup> hm<sup>2</sup>, 覆被率下降约17 个百分点；1960s 以后呈逐步增长态势, 近40 年间增加森林面积约0.7×10<sup>8</sup> hm<sup>2</sup>, 覆被 率提高了约8 个百分点。结果还表明: 近300 年来中国森林消长, 西部地区均小于东部地区; 在1700~1949 年的锐减期中, 东北、西南和东南三区是森林面积缩减最为严重的地方, 大部分省区覆被率下降超过20 个百分点, 其中黑龙江达50 个百分点, 吉林达36 个百分点, 川渝地区达42 个百分点, 云南达35 个百分点；在1949~1998 年的恢复期中, 西部各省区森林覆 被率增加均小于5 个百分点, 东部地区(除黑龙江、湖北和沪宁外) 均超过5 个百分点; 其中 粤琼、广西、安徽、京津冀、山东、河南、浙江、福建等省区高达10 个百分点以上。</p>
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中国清代城镇用地面积估算及其比较 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2002.06.011 URL Magsci 摘要
<p>根据清代文献中有关城垣周长里数及政区设置的记载资料,探求估算清代城镇用地面积的可行性、估算方法、资料处理与转换方法以及偏差校正方法等,初步取得了一套反映清代嘉庆年间 (1820年) 本部18行省城镇用地面积的估算数据。在此基础上,分析该区城镇用地规模的区域差异,并与1999年调查统计资料进行对比。</p>
Reckoning the areas of urban land use and their comparison in the Qing Dynasty in China [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2002.06.011 URL Magsci 摘要
<p>根据清代文献中有关城垣周长里数及政区设置的记载资料,探求估算清代城镇用地面积的可行性、估算方法、资料处理与转换方法以及偏差校正方法等,初步取得了一套反映清代嘉庆年间 (1820年) 本部18行省城镇用地面积的估算数据。在此基础上,分析该区城镇用地规模的区域差异,并与1999年调查统计资料进行对比。</p>
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北宋中期耕地面积及其空间分布格局重建 [J].
以北宋暖期为研究时段,依据历史文献中有关“田亩”与“户额”的记载资料,通过对赋役、户籍、土地等制度的考证,订正了北宋中期各路耕地面积和府级人口数量；并以地面坡度、海拔高程和人口密度作为影响土地宜垦程度的主导因子,网格化重建了北宋中期境内耕地空间分布格局(60 km×60 km)。结果表明：(1) 北宋中期境内耕地约7.2 亿亩,北方占40.1%,南方占59.9%；人口数量为8720 万人,北方占38.7%,南方占61.3%；境内土地垦殖率为16.6%,人均耕地面积为8.2 亩。(2) 垦殖率较大的地区主要分布在黄淮海平原、长江中下游平原、关中平原、两湖平原以及四川盆地等,其垦殖率基本在40%以上；而岭南、西南(除成都平原外)、东南沿海和山陕黄土高原等地区垦殖率较低,其垦殖率大多小于20%。(3) 耕地分布在不同海拔高度和坡度上存在明显差异,其中低海拔(< 250m)、中海拔(250~1000 m) 和高海拔(1000~3500 m) 地区的耕地分别为4.43、2.15 和0.64 亿亩,其相应平均垦殖率为27.5%、12.6%和7.2%；而平耕地(≤ 2°)、缓坡耕地(2°~6°)、坡耕地(6°~15°) 和陡坡耕地(>15°) 的面积分别为1.16、4.56、1.44 和0.02 亿亩,其平均垦殖率分别为34.6%、20.7%、8.5%和2.3%。
The reconstruction of cropland area and its spatial distribution pattern in the mid-northern Song Dynasty [J].
以北宋暖期为研究时段,依据历史文献中有关“田亩”与“户额”的记载资料,通过对赋役、户籍、土地等制度的考证,订正了北宋中期各路耕地面积和府级人口数量；并以地面坡度、海拔高程和人口密度作为影响土地宜垦程度的主导因子,网格化重建了北宋中期境内耕地空间分布格局(60 km×60 km)。结果表明：(1) 北宋中期境内耕地约7.2 亿亩,北方占40.1%,南方占59.9%；人口数量为8720 万人,北方占38.7%,南方占61.3%；境内土地垦殖率为16.6%,人均耕地面积为8.2 亩。(2) 垦殖率较大的地区主要分布在黄淮海平原、长江中下游平原、关中平原、两湖平原以及四川盆地等,其垦殖率基本在40%以上；而岭南、西南(除成都平原外)、东南沿海和山陕黄土高原等地区垦殖率较低,其垦殖率大多小于20%。(3) 耕地分布在不同海拔高度和坡度上存在明显差异,其中低海拔(< 250m)、中海拔(250~1000 m) 和高海拔(1000~3500 m) 地区的耕地分别为4.43、2.15 和0.64 亿亩,其相应平均垦殖率为27.5%、12.6%和7.2%；而平耕地(≤ 2°)、缓坡耕地(2°~6°)、坡耕地(6°~15°) 和陡坡耕地(>15°) 的面积分别为1.16、4.56、1.44 和0.02 亿亩,其平均垦殖率分别为34.6%、20.7%、8.5%和2.3%。
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中国传统农区过去300年耕地重建结果的对比分析 [J].
土地覆被变化是气候与生态效应模拟研究的重要参量。SAGE和HYDE两个全球历史土地利用数据集在相关研究中得到广泛应用, 但在区域尺度上的应用, 其可靠性如何, 至今少有论及。以我国学者重建的传统农区历史耕地数据集(CHCD) 为基础, 从全区、省区和网格(60 km×60 km) 三个空间尺度, 对SAGE (2010) 和HYDE3.1 数据集中有关中国传统农区历史耕地重建结果进行对比分析, 结果表明:(1) SAGE (2010) 数据集对中国传统农区耕地数量重建是以单一线性插补而得, 其中1700-1950 年是以0.51%的年均增长率线性递增, 1950 年后是以0.34%年均速率线性递减, 这种“标准化”变化趋势不能客观反映传统农区土地垦殖的真实历史, 耕地面积也明显高估, 与CHCD数据集不具有可比性;(2) HYDE3.1 数据集吸纳了区域性研究成果, 使其在总量上与CHCD数据集较为接近, 具有较好的可比性, 但其在省区和网格尺度上与CHCD存在显著差异, 其中相对差异率超过70% (< -70%或> 70%) 的网格占比高达56%~63%, 超过90% (< -90%或> 90%) 的网格占比也高达40%~45%;而相对差异率介于-10%~10%的网格占比仅为5%~6%, 介于-30%~30%的网格占比也仅为17%左右;(3) 充分利用我国丰富的历史文献, 建立更高精度的中国区域历史土地利用数据集, 是提高区域气候与生态效应模拟研究质量的重要保障。
Comparisons of reconstructed cropland area from multiple datasets for the traditional cultivated region of China in the last 300 years [J].
土地覆被变化是气候与生态效应模拟研究的重要参量。SAGE和HYDE两个全球历史土地利用数据集在相关研究中得到广泛应用, 但在区域尺度上的应用, 其可靠性如何, 至今少有论及。以我国学者重建的传统农区历史耕地数据集(CHCD) 为基础, 从全区、省区和网格(60 km×60 km) 三个空间尺度, 对SAGE (2010) 和HYDE3.1 数据集中有关中国传统农区历史耕地重建结果进行对比分析, 结果表明:(1) SAGE (2010) 数据集对中国传统农区耕地数量重建是以单一线性插补而得, 其中1700-1950 年是以0.51%的年均增长率线性递增, 1950 年后是以0.34%年均速率线性递减, 这种“标准化”变化趋势不能客观反映传统农区土地垦殖的真实历史, 耕地面积也明显高估, 与CHCD数据集不具有可比性;(2) HYDE3.1 数据集吸纳了区域性研究成果, 使其在总量上与CHCD数据集较为接近, 具有较好的可比性, 但其在省区和网格尺度上与CHCD存在显著差异, 其中相对差异率超过70% (< -70%或> 70%) 的网格占比高达56%~63%, 超过90% (< -90%或> 90%) 的网格占比也高达40%~45%;而相对差异率介于-10%~10%的网格占比仅为5%~6%, 介于-30%~30%的网格占比也仅为17%左右;(3) 充分利用我国丰富的历史文献, 建立更高精度的中国区域历史土地利用数据集, 是提高区域气候与生态效应模拟研究质量的重要保障。
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清代西南地区森林空间格局网格化重建 [J].https://doi.org/10.11821/dlyj201402006 URL Magsci [本文引用: 3] 摘要
基于遥感土地利用数据和全球潜在植被数据，确定了中国西南地区土地垦殖前森林植被可能的分布范围，并通过量化地形（海拔、坡度）和气候生产潜力（光照、温度、水分）与农林地分布间的关系，构建了土地宜垦性评估模型和历史森林面积网格化分配模型，重建了清代西南地区5个时点、分辨率为10 km×10 km的森林空间格局。结果表明：①本文设计的森林空间格局网格化重建方法具有一定的可行性，其结果能较好地反映森林变迁历史过程的基本特征；②西南地区森林覆被率从雍正二年（1724年）的54.7%下降至宣统三年（1911年）的27.8%，其减少地区主要分布在四川盆地、云南中南部以及贵州大部；③从网格占比的变化趋势看，1724-1911年，西南地区森林覆被率小于10%的网格占比上升了约31个百分点，而覆被率大于80%的网格占比则下降了约13个百分点。
Spatially explicit reconstruction of forest cover of southwest China in the Qing Dynasty [J].https://doi.org/10.11821/dlyj201402006 URL Magsci [本文引用: 3] 摘要
基于遥感土地利用数据和全球潜在植被数据，确定了中国西南地区土地垦殖前森林植被可能的分布范围，并通过量化地形（海拔、坡度）和气候生产潜力（光照、温度、水分）与农林地分布间的关系，构建了土地宜垦性评估模型和历史森林面积网格化分配模型，重建了清代西南地区5个时点、分辨率为10 km×10 km的森林空间格局。结果表明：①本文设计的森林空间格局网格化重建方法具有一定的可行性，其结果能较好地反映森林变迁历史过程的基本特征；②西南地区森林覆被率从雍正二年（1724年）的54.7%下降至宣统三年（1911年）的27.8%，其减少地区主要分布在四川盆地、云南中南部以及贵州大部；③从网格占比的变化趋势看，1724-1911年，西南地区森林覆被率小于10%的网格占比上升了约31个百分点，而覆被率大于80%的网格占比则下降了约13个百分点。
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清代关中地区土地垦殖时空特征分析 [J].Magsci 摘要
<p>根据清代文献资料,探讨关中地区有清一代土地垦殖过程及时空特征。分析认为清代册载田亩数据不能反映本区土地垦殖的真实情况,并与实际情况有相悖之势,但在反映地域变化情况时,则具有一定的合理性。提出关中地区清代土地垦殖过程的五个阶段:即明末清初的抛荒期、顺治十年至乾隆六年的复垦期。乾隆六年至咸丰末年的拓垦期、同治元年至光绪六年的新抛荒期和光绪六年至清末的新复垦期,大致在雍、乾之际宜农土地即已复垦完毕,耕地面积可达或接近原额水平,道、咸年间出现耕地数的历史峰值。在此基础上,深入分析不同地域土地垦殖的差异性,认为关中地区清前期的复垦是以平原、原为主,中期拓垦则以山地、丘陵为主,晚期复垦与康、雍复垦相比,在地域上具有明显的类同性。</p>
Spatial-temporal characteristics of land reclamation in Guanzhong region in the Qing Dynasty [J].Magsci 摘要
<p>根据清代文献资料,探讨关中地区有清一代土地垦殖过程及时空特征。分析认为清代册载田亩数据不能反映本区土地垦殖的真实情况,并与实际情况有相悖之势,但在反映地域变化情况时,则具有一定的合理性。提出关中地区清代土地垦殖过程的五个阶段:即明末清初的抛荒期、顺治十年至乾隆六年的复垦期。乾隆六年至咸丰末年的拓垦期、同治元年至光绪六年的新抛荒期和光绪六年至清末的新复垦期,大致在雍、乾之际宜农土地即已复垦完毕,耕地面积可达或接近原额水平,道、咸年间出现耕地数的历史峰值。在此基础上,深入分析不同地域土地垦殖的差异性,认为关中地区清前期的复垦是以平原、原为主,中期拓垦则以山地、丘陵为主,晚期复垦与康、雍复垦相比,在地域上具有明显的类同性。</p>
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历史时期土地利用变化研究方法综述 [J].
<p>历史时期土地利用/覆盖变化一直是国际关注的热点问题之一。研究历史时期土地利用/覆盖变化，不但可以认识和理解陆地表层景观环境在过去的变化过程，而且对当前的土地利用方式或预测未来土地利用/覆盖变化和发展都有重要的指导意义。依据使用的主要数据源、处理方法和研究思路，从历史文档资料、古地图、考察/调查报告、模型模拟与综合多源信息和多学科知识的方法等5个方面综述国内外历史时期土地利用变化研究方法的现状。根据不同数据源的特性，探讨分析利用不同方法开展历史时期土地利用变化研究的优缺点及其不确定性：①历史文档资料种类繁多，包含的信息量巨大，但存在很多噪音和遗漏，且缺乏直观的空间信息；②古地图可以提供比较直观的空间位置信息，但是历史时期的绘图技术落后，且土地利用类别划分较粗；③过去的野外考察/调查资料记录比较规范，但时空尺度较小，难以满足较早时期的研究需要；④利用模型进行模拟研究可选择的时空尺度范围较大，但模型的选择和建立比较复杂，对驱动数据和初始值要求较高。最后，提出只有综合多源信息和多学科的知识才能比较完整地理解历史时期土地利用变化过程，融合多源信息和多学科知识的方法将是今后进行历史时期土地利用变化研究的主要思路。</p>
A review of research methods of historical land use change [J].
<p>历史时期土地利用/覆盖变化一直是国际关注的热点问题之一。研究历史时期土地利用/覆盖变化，不但可以认识和理解陆地表层景观环境在过去的变化过程，而且对当前的土地利用方式或预测未来土地利用/覆盖变化和发展都有重要的指导意义。依据使用的主要数据源、处理方法和研究思路，从历史文档资料、古地图、考察/调查报告、模型模拟与综合多源信息和多学科知识的方法等5个方面综述国内外历史时期土地利用变化研究方法的现状。根据不同数据源的特性，探讨分析利用不同方法开展历史时期土地利用变化研究的优缺点及其不确定性：①历史文档资料种类繁多，包含的信息量巨大，但存在很多噪音和遗漏，且缺乏直观的空间信息；②古地图可以提供比较直观的空间位置信息，但是历史时期的绘图技术落后，且土地利用类别划分较粗；③过去的野外考察/调查资料记录比较规范，但时空尺度较小，难以满足较早时期的研究需要；④利用模型进行模拟研究可选择的时空尺度范围较大，但模型的选择和建立比较复杂，对驱动数据和初始值要求较高。最后，提出只有综合多源信息和多学科的知识才能比较完整地理解历史时期土地利用变化过程，融合多源信息和多学科知识的方法将是今后进行历史时期土地利用变化研究的主要思路。</p>
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全球变暖背景下土地利用/土地覆盖变化气候效应的新认识 [J].
<p>温室气体排放和土地利用/土地覆盖变化(land use/land cover change, LUCC)是人类影响气候变化的两种主要活动; 在全球变暖背景下, 温度和降水是否显著增加从而导致LUCC的气候效应更加剧烈? 利用NCAR CAM4.0模式, 考虑温室气体和LUCC的年际变化情况下, 探讨不同气候背景下LUCC气候效应的重要性. 研究表明, 在1850年温室气体含量背景下, LUCC引起的气候敏感性为0.54℃/(W/m<sup>2</sup>), 而在当代温室气体含量背景下, LUCC引起的气候敏感性为-0.26℃/(W/m<sup>2</sup>). 不同气候背景场对LUCC引起的温度差异在偏高纬度显著, 全球变暖主要改变中高纬度的积雪-反照率来影响LUCC对温度的变化; 而在热带和副热带区域, 全球变暖引起的降水的区域差异是造成LUCC的气候响应存在不同的主要原因.</p>
Recognition of climatic effects of land use/land cover change under global warming [J].
<p>温室气体排放和土地利用/土地覆盖变化(land use/land cover change, LUCC)是人类影响气候变化的两种主要活动; 在全球变暖背景下, 温度和降水是否显著增加从而导致LUCC的气候效应更加剧烈? 利用NCAR CAM4.0模式, 考虑温室气体和LUCC的年际变化情况下, 探讨不同气候背景下LUCC气候效应的重要性. 研究表明, 在1850年温室气体含量背景下, LUCC引起的气候敏感性为0.54℃/(W/m<sup>2</sup>), 而在当代温室气体含量背景下, LUCC引起的气候敏感性为-0.26℃/(W/m<sup>2</sup>). 不同气候背景场对LUCC引起的温度差异在偏高纬度显著, 全球变暖主要改变中高纬度的积雪-反照率来影响LUCC对温度的变化; 而在热带和副热带区域, 全球变暖引起的降水的区域差异是造成LUCC的气候响应存在不同的主要原因.</p>
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清末耕地空间分布格局重建方法比较 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201504010 Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>揭示历史时期土地利用/覆盖变化是认识人类活动对气候和环境影响的基础。本文在耕地面积、人口数量、土地利用及森林分布等多源数据基础上,分别以近代耕地空间分布格局和历史时期耕地潜在分布区为边界条件,通过构建耕地垦殖倾向指数模型分配耕地面积,在1 km×1 km象元尺度上重建了清末（1908年）松嫩平原耕地空间格局,并对重建结果进行分析比较。结果表明：① 两种方法重建的耕地空间分布范围格局基本一致,耕地空间定位吻合率约为68%。清末（1908年）耕地集中分布在松嫩平原东部和南部地区;② 以历史时期耕地潜在分布为边界条件的重建结果,较以近代耕地空间分布格局为限制范围的重建结果更准确,更符合历史事实。</p>
Comparison of approaches of spatially explicit reconstruction of cropland in the late Qing Dynasty [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201504010 Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>揭示历史时期土地利用/覆盖变化是认识人类活动对气候和环境影响的基础。本文在耕地面积、人口数量、土地利用及森林分布等多源数据基础上,分别以近代耕地空间分布格局和历史时期耕地潜在分布区为边界条件,通过构建耕地垦殖倾向指数模型分配耕地面积,在1 km×1 km象元尺度上重建了清末（1908年）松嫩平原耕地空间格局,并对重建结果进行分析比较。结果表明：① 两种方法重建的耕地空间分布范围格局基本一致,耕地空间定位吻合率约为68%。清末（1908年）耕地集中分布在松嫩平原东部和南部地区;② 以历史时期耕地潜在分布为边界条件的重建结果,较以近代耕地空间分布格局为限制范围的重建结果更准确,更符合历史事实。</p>
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1900年以来长春市土地利用空间扩张机理分析 [J].
<p>综合集成TM、SPOT遥感影像,地形图、历史地图及其它空间数据提取长春市1900年、1930年、1954年、1976年、1990年、2004年共6期城市土地利用空间扩张信息。利用空间重心转移模型、分形模型与城市土地—人口异速增长模型分析长春市100年来城市土地利用扩张的空间变化特征,进一步研究其扩张机理。研究结果表明：长春市1900年到2004年城市土地面积扩张56.77倍,其中1990~2004年扩张速度最快;1900年以伊通河左岸的宽城子和现在的南关区北部的内城作为城市的雏形。1900~1930年日俄为进行资源掠夺修筑铁路并在周围建立商埠用地将宽城子与内城连为一体。1930~1954年城市主要沿铁路沿线的西南扩张,1954~1976年国家以发展重工业为主向南北方向填充,1976~2004年城市受高新技术开发、旅游业等的影响主要向东南方向扩张。除1976~1990年外城市向外扩张的不规则程度逐渐提高,稳定性降低。1976~1990年以边缘区填充为主,其他时段以边缘区扩张为主。1900~2004年人口增加87.57倍,人均城市用地面积有逐渐减少的趋势,城市土地利用面积与人口二次幂拟合曲线优于乘幂拟合曲线,从百年尺度上历经半殖民地半封建社会与社会主义经济建设两大社会背景的长春城市土地-人口异速增长模型并非规则变化,说明长春100年来城市演变过程中城市建设在历史时期具有不合理的现象。</p>
Analysis of urban land utilization spatial expansion mechanism in Changchun City since 1900 [J].
<p>综合集成TM、SPOT遥感影像,地形图、历史地图及其它空间数据提取长春市1900年、1930年、1954年、1976年、1990年、2004年共6期城市土地利用空间扩张信息。利用空间重心转移模型、分形模型与城市土地—人口异速增长模型分析长春市100年来城市土地利用扩张的空间变化特征,进一步研究其扩张机理。研究结果表明：长春市1900年到2004年城市土地面积扩张56.77倍,其中1990~2004年扩张速度最快;1900年以伊通河左岸的宽城子和现在的南关区北部的内城作为城市的雏形。1900~1930年日俄为进行资源掠夺修筑铁路并在周围建立商埠用地将宽城子与内城连为一体。1930~1954年城市主要沿铁路沿线的西南扩张,1954~1976年国家以发展重工业为主向南北方向填充,1976~2004年城市受高新技术开发、旅游业等的影响主要向东南方向扩张。除1976~1990年外城市向外扩张的不规则程度逐渐提高,稳定性降低。1976~1990年以边缘区填充为主,其他时段以边缘区扩张为主。1900~2004年人口增加87.57倍,人均城市用地面积有逐渐减少的趋势,城市土地利用面积与人口二次幂拟合曲线优于乘幂拟合曲线,从百年尺度上历经半殖民地半封建社会与社会主义经济建设两大社会背景的长春城市土地-人口异速增长模型并非规则变化,说明长春100年来城市演变过程中城市建设在历史时期具有不合理的现象。</p>
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全球土地利用数据集精度的区域评估: 以中国东北地区为例 [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1011.2010.01081 URL [本文引用: 2] 摘要
历史土地利用数据集是解释过去 人类活动及其影响、定量评估土地利用变化对气候变化和碳循环影响、检验模型模拟结果的基础.SAGE("全球土地利用数据集")和HYDE("全球历史环 境数据集")是国际上已被广泛应用的代表性的全球土地利用数据集,但其数据的准确性并未得到充分地评估.CNEC数据(Cropland data of Northeast China)重建的是东北三省过去300年耕地覆盖变化数据,该数据所利用的数据源为历史文献和调查、统计资料,并经过订正和归一化处理,能够较好地反映 耕地变化的实际情况.以CNEC数据为参照,分别从东北地区、分省和网格3个空间尺度对SAGE和HYDE数据集中东北地区的耕地数据精度进行了评估.结 果表明,SAGE和HYDE数据集中东北地区的耕地重建结果无论总量还是空间分布都存在显著的误差,其反映的耕地面积增长与空间变化过程也与研究区历史开 垦过程相左.其中,SAGE数据集对东北历史耕地数据的估计普遍偏高,并且没有反映出东北地区耕地面积阶段性增长的特点;HYDE数据集的耕地总量虽然具 有一定可比性,但是年代际变化和各时间断面空间分布与历史真实情形不符.全球数据集在东北地区的重建误差可能来源于两方面:一是依据现代耕地分布格局回推 历史耕地分布的方法不能反映现实开垦进程,二是遥感资料提取的现代耕地数据存在误差。
Accuracy assessment of global historical cropland datasets based on regional reconstructed historical data: A case study in Northeast China [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1011.2010.01081 URL [本文引用: 2] 摘要
历史土地利用数据集是解释过去 人类活动及其影响、定量评估土地利用变化对气候变化和碳循环影响、检验模型模拟结果的基础.SAGE("全球土地利用数据集")和HYDE("全球历史环 境数据集")是国际上已被广泛应用的代表性的全球土地利用数据集,但其数据的准确性并未得到充分地评估.CNEC数据(Cropland data of Northeast China)重建的是东北三省过去300年耕地覆盖变化数据,该数据所利用的数据源为历史文献和调查、统计资料,并经过订正和归一化处理,能够较好地反映 耕地变化的实际情况.以CNEC数据为参照,分别从东北地区、分省和网格3个空间尺度对SAGE和HYDE数据集中东北地区的耕地数据精度进行了评估.结 果表明,SAGE和HYDE数据集中东北地区的耕地重建结果无论总量还是空间分布都存在显著的误差,其反映的耕地面积增长与空间变化过程也与研究区历史开 垦过程相左.其中,SAGE数据集对东北历史耕地数据的估计普遍偏高,并且没有反映出东北地区耕地面积阶段性增长的特点;HYDE数据集的耕地总量虽然具 有一定可比性,但是年代际变化和各时间断面空间分布与历史真实情形不符.全球数据集在东北地区的重建误差可能来源于两方面:一是依据现代耕地分布格局回推 历史耕地分布的方法不能反映现实开垦进程,二是遥感资料提取的现代耕地数据存在误差。
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基于MODIS数据网格化重建历史耕地空间分布的方法: 以清代云南省为例 [J].
建立具有准确空间属性的历史时期土地覆被数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的过程及其效应。本文基于我国过去300年耕地面积总体呈持续增加的特点,提出了历史时期耕地分布范围未超出现代耕地范围的合理假设,并以地表高程和坡度为影响土地宜垦程度的主导因子,评估了MODIS土地覆被产品中现代耕地分布区域的宜垦程度,再按宜垦程度从高到低的顺序,将依据历史文献资料订正的以行政单元为统计单位的耕地面积分配至网格。利用这一方法,重建了清代云南省1671年和1827年两个时间断面空间分辨率为90m的耕地空间分布格局。结果表明:该方法可有效地将历史耕地统计数据转化为具有较高空间分辨率的网格数据,其结果基本能够反映历史耕地空间格局的变化情况。
An approach to reconstructing spatial distribution of historical cropland with grid-boxes by utilizing MODIS land cover dataset: A case study of Yunnan Province in the Qing Dynasty [J].
建立具有准确空间属性的历史时期土地覆被数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的过程及其效应。本文基于我国过去300年耕地面积总体呈持续增加的特点,提出了历史时期耕地分布范围未超出现代耕地范围的合理假设,并以地表高程和坡度为影响土地宜垦程度的主导因子,评估了MODIS土地覆被产品中现代耕地分布区域的宜垦程度,再按宜垦程度从高到低的顺序,将依据历史文献资料订正的以行政单元为统计单位的耕地面积分配至网格。利用这一方法,重建了清代云南省1671年和1827年两个时间断面空间分辨率为90m的耕地空间分布格局。结果表明:该方法可有效地将历史耕地统计数据转化为具有较高空间分辨率的网格数据,其结果基本能够反映历史耕地空间格局的变化情况。
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中国近代土地利用变化对区域气候影响的数值模拟 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0577-6619.2006.03.001 URL [本文引用: 1] 摘要
利用国家气候中心改进的高分辨 率区域气候模式(RegCM-NCC)模拟研究了中国近代历史时期土地利用/覆盖变化对中国区域气候的影响,模拟结果显示,1700年以来,以森林砍伐、 草地退化及相应耕地面积扩大为主的土地利用变化可能对中国区域降水、温度产生了显著影响。1700—1900年期间,由于土地利用的变化使华北、西南等地 区降水呈减少趋势,其他区域变化不明显,但近50年来却使长江中下游地区、西北、东北部分地区降水有所增加。1700—1800年间的土地利用变化使得除 东北及长江流域地区外的大部分地区温度呈下降趋势,1900年以后有所升高,特别是近50年来中国大部分区域平均气温升高,与这一时期由于大气中温室气体 排放浓度增加造成的温度升高相一致。另外,土地利用变化不仅使大气温度、湿度发生变化,还可引起基本流场的变化,使东亚冬、夏季风气流有所增强,这主要是 由于植被变化改变了地面温度,使海、陆温差进一步增大的结果。因此,土地利用变化对区域尺度气候变化的影响是不容忽视的。
A numerical simulation on impact of historical land-use changes on regional climate in China since 1700 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0577-6619.2006.03.001 URL [本文引用: 1] 摘要
利用国家气候中心改进的高分辨 率区域气候模式(RegCM-NCC)模拟研究了中国近代历史时期土地利用/覆盖变化对中国区域气候的影响,模拟结果显示,1700年以来,以森林砍伐、 草地退化及相应耕地面积扩大为主的土地利用变化可能对中国区域降水、温度产生了显著影响。1700—1900年期间,由于土地利用的变化使华北、西南等地 区降水呈减少趋势,其他区域变化不明显,但近50年来却使长江中下游地区、西北、东北部分地区降水有所增加。1700—1800年间的土地利用变化使得除 东北及长江流域地区外的大部分地区温度呈下降趋势,1900年以后有所升高,特别是近50年来中国大部分区域平均气温升高,与这一时期由于大气中温室气体 排放浓度增加造成的温度升高相一致。另外,土地利用变化不仅使大气温度、湿度发生变化,还可引起基本流场的变化,使东亚冬、夏季风气流有所增强,这主要是 由于植被变化改变了地面温度,使海、陆温差进一步增大的结果。因此,土地利用变化对区域尺度气候变化的影响是不容忽视的。
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清代西南地区耕地空间格局网格化重建 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.09.011 Magsci [本文引用: 2] 摘要
本文以现代耕地分布格局为基础, 通过量化地形(海拔、坡度)、气候生产潜力(光照、温度、水分)和人口密度等因子与耕地空间分布的关系, 重建了清代西南地区6 个时点分辨率为10 km×10 km的耕地数据。结果表明:①就整体而言, 清代西南地区耕地空间格局的变化表现在两个方面:一是垦殖范围的扩张, 1661-1911 年土地垦殖率在0~10%的网格占比减少了约24%, 主要分布在四川盆地和云贵高原;二是垦殖强度的提高, 1661-1911 年垦殖率大于30%的网格占比提高了10.3%, 最为显著的是四川盆地和云南中东部地区。②就清代西南地区耕地数量增减来看, 整个时段可划分为3 个阶段:前期(1661-1724 年) “复原性”垦殖, 60 多年间土地垦殖率在0~10%的网格占比减少了11.4%;中期(1724-1820 年)缓慢“拓展性”垦殖, 全区垦殖率在0~10%的网格占比下降约7%, 在30%以上的网格占比提高约7%;后期(1820-1911 年)局部抛荒与再垦, 垦殖率在0~10%的网格占比从75.0%降至72.2%, 在30%以上的网格占比从9.1%提高至10.9%。相关分析表明, 本文网格化重建的清代西南地区的耕地空间格局具有一定的合理性。
Gridding reconstruction of cropland spatial patterns in Southwest China in the Qing Dynasty [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.09.011 Magsci [本文引用: 2] 摘要
本文以现代耕地分布格局为基础, 通过量化地形(海拔、坡度)、气候生产潜力(光照、温度、水分)和人口密度等因子与耕地空间分布的关系, 重建了清代西南地区6 个时点分辨率为10 km×10 km的耕地数据。结果表明:①就整体而言, 清代西南地区耕地空间格局的变化表现在两个方面:一是垦殖范围的扩张, 1661-1911 年土地垦殖率在0~10%的网格占比减少了约24%, 主要分布在四川盆地和云贵高原;二是垦殖强度的提高, 1661-1911 年垦殖率大于30%的网格占比提高了10.3%, 最为显著的是四川盆地和云南中东部地区。②就清代西南地区耕地数量增减来看, 整个时段可划分为3 个阶段:前期(1661-1724 年) “复原性”垦殖, 60 多年间土地垦殖率在0~10%的网格占比减少了11.4%;中期(1724-1820 年)缓慢“拓展性”垦殖, 全区垦殖率在0~10%的网格占比下降约7%, 在30%以上的网格占比提高约7%;后期(1820-1911 年)局部抛荒与再垦, 垦殖率在0~10%的网格占比从75.0%降至72.2%, 在30%以上的网格占比从9.1%提高至10.9%。相关分析表明, 本文网格化重建的清代西南地区的耕地空间格局具有一定的合理性。
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中国历史时期森林空间格局网格化重建方法研究: 以东北地区为例 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201403003 Magsci [本文引用: 2] 摘要
具有空间信息的历史土地覆被数据集是研究土地覆被变化气候与生态效应的基础数据。本文在潜在植被数据和现代遥感土地利用数据的基础上，确定了土地垦殖前森林植被可能的分布范围；遴选并量化了影响我国土地宜垦性的主导因子，评估了省域尺度上土地的宜垦性；构建了以土地宜垦性为权重的历史森林覆被网格化重建模型（网格大小为10 km×10km）；重建了我国东北三省1780 年和1940 年网格化的森林覆被。结果表明：基于省域森林面积数据，该方法较好地再现了历史时期森林空间格局；与2000 年遥感有林地空间数据对比分析显示，模型重建结果与遥感数据绝对误差的单样本t 检验相伴概率（双尾）为0.12，大于显著性水平0.05，表明模型重建结果与遥感数据不存在显著性差异，网格化重建方法具有较好的可行性；同时，重建结果准确性评估也表明：1780 年重建结果在县域尺度上的相对误差在-30%~30%之间的县级政区有99个，占县级政区总数（不含无值区）的74.44%，总体误差相对较小。
An approach of spatially-explicit reconstruction of historical forest in China: A case study in Northeast China [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201403003 Magsci [本文引用: 2] 摘要
具有空间信息的历史土地覆被数据集是研究土地覆被变化气候与生态效应的基础数据。本文在潜在植被数据和现代遥感土地利用数据的基础上，确定了土地垦殖前森林植被可能的分布范围；遴选并量化了影响我国土地宜垦性的主导因子，评估了省域尺度上土地的宜垦性；构建了以土地宜垦性为权重的历史森林覆被网格化重建模型（网格大小为10 km×10km）；重建了我国东北三省1780 年和1940 年网格化的森林覆被。结果表明：基于省域森林面积数据，该方法较好地再现了历史时期森林空间格局；与2000 年遥感有林地空间数据对比分析显示，模型重建结果与遥感数据绝对误差的单样本t 检验相伴概率（双尾）为0.12，大于显著性水平0.05，表明模型重建结果与遥感数据不存在显著性差异，网格化重建方法具有较好的可行性；同时，重建结果准确性评估也表明：1780 年重建结果在县域尺度上的相对误差在-30%~30%之间的县级政区有99个，占县级政区总数（不含无值区）的74.44%，总体误差相对较小。
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过去百年青海和西藏耕地空间格局重建及其时空变化 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2015.02.008 URL Magsci [本文引用: 2] 摘要
网格化的历史土地利用/覆被数据集,可为历史气候变化和碳循环研究提供基础数据。本文估算了1910年,并订正了1950-2000年青海和西藏的省域耕地面积数据;基于现代耕地空间格局,量化了海拔高程和地面坡度与耕地空间分布之间的关系,构建了历史耕地网格化重建模型。将1910、1960、1980和2000年的省域耕地面积数据带入网格化重建模型,得到了4个时间断面的耕地空间格局。结果表明：青藏两省耕地面积1910-1950年稳定,1950-1980年快速增加,1980-2000年基本稳定,略有降低。就空间格局而言,1960-1980年,河湟谷地和“一江两河”地区土地开垦范围的扩张和垦殖强度的增长在过去百年最为明显。模型检验表明,模型重建的2000年耕地空间格局与2000年遥感数据相关系数达0.92。
Reconstruction of cropland distribution in Qinghai and Tibet for the past one hundred years and its spatiotemporal changes [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2015.02.008 URL Magsci [本文引用: 2] 摘要
网格化的历史土地利用/覆被数据集,可为历史气候变化和碳循环研究提供基础数据。本文估算了1910年,并订正了1950-2000年青海和西藏的省域耕地面积数据;基于现代耕地空间格局,量化了海拔高程和地面坡度与耕地空间分布之间的关系,构建了历史耕地网格化重建模型。将1910、1960、1980和2000年的省域耕地面积数据带入网格化重建模型,得到了4个时间断面的耕地空间格局。结果表明：青藏两省耕地面积1910-1950年稳定,1950-1980年快速增加,1980-2000年基本稳定,略有降低。就空间格局而言,1960-1980年,河湟谷地和“一江两河”地区土地开垦范围的扩张和垦殖强度的增长在过去百年最为明显。模型检验表明,模型重建的2000年耕地空间格局与2000年遥感数据相关系数达0.92。
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清代东北地区土地开发及其动因分析 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0690.2005.01.002 URL [本文引用: 1] 摘要
论述了清代东北地区土地开发过程、特点和趋动因子.指出封禁时期 土地开发主要集中于辽河流域及辽西地区,吉、黑两地只有零星开发,总的呈现一派大荒景象.开禁后,先后在奉天、吉林、黑龙江进行了大面积的放垦.大规模的 移民和高速度的土地开发世所少见.最后分析了影响东北地区土地开发的主要趋动因子,指出巨大的人口压力、连年的大灾荒以及清朝政府的土地开发政策是造成清 代晚期东北地区大规模移民和高速度土地开发的重要原因.
Analysis on land development and causes in Northeast China during Qing Dynasty [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-0690.2005.01.002 URL [本文引用: 1] 摘要
论述了清代东北地区土地开发过程、特点和趋动因子.指出封禁时期 土地开发主要集中于辽河流域及辽西地区,吉、黑两地只有零星开发,总的呈现一派大荒景象.开禁后,先后在奉天、吉林、黑龙江进行了大面积的放垦.大规模的 移民和高速度的土地开发世所少见.最后分析了影响东北地区土地开发的主要趋动因子,指出巨大的人口压力、连年的大灾荒以及清朝政府的土地开发政策是造成清 代晚期东北地区大规模移民和高速度土地开发的重要原因.
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全球环境变化研究的核心领域: 土地利用/土地覆被变化的国际研究动向 [J].https://doi.org/10.1007/BF02029074 URL [本文引用: 1] 摘要
土地利用／土地覆被变化已列为“国际地圈与生物圈计划”的核心项目，在该领域的研究工作逐渐加强。本文论述了全球环境变化中的土地利用／土地覆被变化的内涵，在全球环境变化中的作用，其主要研究内容、关键问题及研究方法，并介绍了国外有关研究项目的情况。
A review of the international research on land use/land cover change [J].https://doi.org/10.1007/BF02029074 URL [本文引用: 1] 摘要
土地利用／土地覆被变化已列为“国际地圈与生物圈计划”的核心项目，在该领域的研究工作逐渐加强。本文论述了全球环境变化中的土地利用／土地覆被变化的内涵，在全球环境变化中的作用，其主要研究内容、关键问题及研究方法，并介绍了国外有关研究项目的情况。
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中国传统农区历史耕地数据网格化方法 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2008.01.009 URL Magsci [本文引用: 3] 摘要
<p>建立具有空间属性的历史时期土地覆被数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的气候 与生态效应。根据我国历史时期土地开发利用的特点, 深入分析了影响我国历史时期土地开 发利用的主导因子, 量化了海拔高度、坡度、人口分布等自然及人文要素与耕地分布的关系, 并以此为依据设计了一套将我国传统农区历史耕地数据网格化的方法与算法模型, 计算各网 格(分辨率为60 km×60 km) 耕地面积占整个农区耕地总面积的比重、以及各网格的耕地面 积与垦殖率; 同时利用基于《嘉庆重修一统志》重建的中国传统农区历史耕地资料, 采用上 述方法与算法建立了研究区内1820 年(清嘉庆二十五年) 60 km×60 km 空间尺度的耕地数据 集, 并绘制了分布图。重建结果与册载府级田亩数据的比较分析表明: 该方法与算法可以有 效地将以行政区域为统计单元的中国历史耕地数据量化为具有统一且更高空间分辨率的网格 化数据集。</p>
The approach for gridding data derived from historical cropland records of the traditional cultivated region in China [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2008.01.009 URL Magsci [本文引用: 3] 摘要
<p>建立具有空间属性的历史时期土地覆被数据集有助于更好地模拟土地覆被变化的气候 与生态效应。根据我国历史时期土地开发利用的特点, 深入分析了影响我国历史时期土地开 发利用的主导因子, 量化了海拔高度、坡度、人口分布等自然及人文要素与耕地分布的关系, 并以此为依据设计了一套将我国传统农区历史耕地数据网格化的方法与算法模型, 计算各网 格(分辨率为60 km×60 km) 耕地面积占整个农区耕地总面积的比重、以及各网格的耕地面 积与垦殖率; 同时利用基于《嘉庆重修一统志》重建的中国传统农区历史耕地资料, 采用上 述方法与算法建立了研究区内1820 年(清嘉庆二十五年) 60 km×60 km 空间尺度的耕地数据 集, 并绘制了分布图。重建结果与册载府级田亩数据的比较分析表明: 该方法与算法可以有 效地将以行政区域为统计单元的中国历史耕地数据量化为具有统一且更高空间分辨率的网格 化数据集。</p>
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20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201401001 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
土地利用/土地覆被变化（LUCC）是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式，本文采用相同空间分辨率的卫星遥感信息源和相同的技术方法，对中国1980 年代末到2010 年土地利用变化数据进行定期更新。在此基础上，提出并发展土地利用动态区划的方法，研究土地利用变化的空间格局与时空特征。我们发现：1990-2010 年的20 年间，中国土地利用变化表现出明显的时空差异。“南减北增，总量基本持衡，新增耕地的重心逐步由东北向西北移动”是耕地变化的基本特征；“扩展提速，东部为重心，向中西部蔓延”是城乡建设用地变化的基本特征；“林地前减后增，荒漠前增后减，草地持续减少”是非人工土地利用类型变化的主要特征。20 世纪末与21 世纪初两个10 年相比，中国土地利用变化空间格局出现了一些新特征，原有的13 个土地利用变化区划单元演变为15 个单元，且部分区划单元边界发生变化。主要变化格局特征为黄淮海地区、东南部沿海地区、长江中游地区和四川盆地城镇工矿用地呈现明显的加速扩张态势；北方地区耕地开垦重心由东北地区和内蒙古东部转向西北绿洲农业区；东北地区旱作耕地持续转变为水田；内蒙古农牧交错带南部、黄土高原和西南山地退耕还林还草效果初显。近20 年间，尽管气候变化对北方地区的耕地变化有一定的影响，但政策调控和经济驱动仍然是导致我国土地利用变化及其时空差异的主要原因。2000 年后的第一个10 年，土地利用格局变化的人为驱动因素已由单向国土开发为主，转变为开发与保护并重。在空间格局变化的分析方法方面，应用“动态区划法”开展世纪之交两个10 年中国LUCC空间格局变化的分析，有效揭示了20 年来中国LUCC“格局的变化过程”，即动态区划边界的推移、区划单元内部特征的变化与单元的消长等；以及“变化过程的格局”，即土地利用变化过程与特征的分阶段区域差异，清晰刻画了LUCC动态区划中区划单元的消长，单元边界的变动，以及前后10 年的变化强度特征，揭示了土地利用“格局”与“过程”之间的交替转化规律，以及不同类型和区域的变化原因，证明了该分析方法的有效性。
Spatiotemporal characteristics, patterns and causes of land use changes in China since the late 1980s [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201401001 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
土地利用/土地覆被变化（LUCC）是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式，本文采用相同空间分辨率的卫星遥感信息源和相同的技术方法，对中国1980 年代末到2010 年土地利用变化数据进行定期更新。在此基础上，提出并发展土地利用动态区划的方法，研究土地利用变化的空间格局与时空特征。我们发现：1990-2010 年的20 年间，中国土地利用变化表现出明显的时空差异。“南减北增，总量基本持衡，新增耕地的重心逐步由东北向西北移动”是耕地变化的基本特征；“扩展提速，东部为重心，向中西部蔓延”是城乡建设用地变化的基本特征；“林地前减后增，荒漠前增后减，草地持续减少”是非人工土地利用类型变化的主要特征。20 世纪末与21 世纪初两个10 年相比，中国土地利用变化空间格局出现了一些新特征，原有的13 个土地利用变化区划单元演变为15 个单元，且部分区划单元边界发生变化。主要变化格局特征为黄淮海地区、东南部沿海地区、长江中游地区和四川盆地城镇工矿用地呈现明显的加速扩张态势；北方地区耕地开垦重心由东北地区和内蒙古东部转向西北绿洲农业区；东北地区旱作耕地持续转变为水田；内蒙古农牧交错带南部、黄土高原和西南山地退耕还林还草效果初显。近20 年间，尽管气候变化对北方地区的耕地变化有一定的影响，但政策调控和经济驱动仍然是导致我国土地利用变化及其时空差异的主要原因。2000 年后的第一个10 年，土地利用格局变化的人为驱动因素已由单向国土开发为主，转变为开发与保护并重。在空间格局变化的分析方法方面，应用“动态区划法”开展世纪之交两个10 年中国LUCC空间格局变化的分析，有效揭示了20 年来中国LUCC“格局的变化过程”，即动态区划边界的推移、区划单元内部特征的变化与单元的消长等；以及“变化过程的格局”，即土地利用变化过程与特征的分阶段区域差异，清晰刻画了LUCC动态区划中区划单元的消长，单元边界的变动，以及前后10 年的变化强度特征，揭示了土地利用“格局”与“过程”之间的交替转化规律，以及不同类型和区域的变化原因，证明了该分析方法的有效性。
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21世纪初中国土地利用变化的空间格局与驱动力分析 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2009.12.001 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>在全球环境变化研究中，以土地利用与土地覆盖动态为核心的人类－环境耦合系统研究逐渐成为土地变化科学 (LCS) 研究的新动向。基于覆盖中国21世纪初5年间隔的遥感卫星数据获取的1 km网格土地利用变化空间信息，依据近5年土地利用变化区域分异的显著特征，以及自然地理、经济发展与国家宏观政策因素综合考虑，设计针对21世纪初5年新的中国土地利用动态区划图，揭示土地利用变化的空间格局与驱动因素。总体上，21世纪初5年中国处于土地利用快速变化期，黄淮海平原、东南沿海地区与四川盆地城乡建设用地显著扩张，占用大规模优质农田，导致南方水田面积明显减少；西北绿洲农业发展与东北地区开垦导致北方旱地面积略有增加；受西部开发“生态退耕”政策的影响中西部地区林地面积显著增加，国家退耕还林还草政策成效明显，对区域土地覆盖状况的改善产生积极的影响；这一时段国土开发与区域发展战略的实施，包括“西部大开发”、“东北振兴”等国家重大政策，加之快速的经济发展是该阶段土地利用变化格局形成的主要驱动因素。</p>
Spatial patterns and driving forces of land use change in China in the early 21st century [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2009.12.001 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>在全球环境变化研究中，以土地利用与土地覆盖动态为核心的人类－环境耦合系统研究逐渐成为土地变化科学 (LCS) 研究的新动向。基于覆盖中国21世纪初5年间隔的遥感卫星数据获取的1 km网格土地利用变化空间信息，依据近5年土地利用变化区域分异的显著特征，以及自然地理、经济发展与国家宏观政策因素综合考虑，设计针对21世纪初5年新的中国土地利用动态区划图，揭示土地利用变化的空间格局与驱动因素。总体上，21世纪初5年中国处于土地利用快速变化期，黄淮海平原、东南沿海地区与四川盆地城乡建设用地显著扩张，占用大规模优质农田，导致南方水田面积明显减少；西北绿洲农业发展与东北地区开垦导致北方旱地面积略有增加；受西部开发“生态退耕”政策的影响中西部地区林地面积显著增加，国家退耕还林还草政策成效明显，对区域土地覆盖状况的改善产生积极的影响；这一时段国土开发与区域发展战略的实施，包括“西部大开发”、“东北振兴”等国家重大政策，加之快速的经济发展是该阶段土地利用变化格局形成的主要驱动因素。</p>
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20世纪90年代中国土地利用变化时空特征及其成因分析 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0585.2003.01.001 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>在土地利用变化时空信息平台的支持下,本文对我国20世纪80年代末到90年代末的土地利用变化过程进行了全面分析,揭示了我国10年来土地利用变化的时空规律,分析了这些规律形成的主要政策、经济和自然成因。研究表明,20世纪90年代,全国耕地总面积呈北增南减、总量增加的趋势,增量主要来自对北方草地和林地的开垦。林业用地面积呈现总体减少的趋势,减少的林地主要分布于传统林区,南方水热充沛区造林效果明显。中国城乡建设用地整体上表现为持续扩张的态势。90年代后5年总体增速减缓,西部增速加快。20世纪90年代我国的土地利用变化表现出明显的时空差异,政策调控和经济驱动是导致土地利用变化及其时空差异的主要原因。据此,本文提出在今后的全国土地利用规划中,应充分考虑我国现代土地利用变化的区域分异规律。同时,在生态环境恢复与建设规划中也应强调自然地理地带的针对性,同时要改变传统的资源规划与管理思路,在基础设施日益完备的条件下,最大程度地发挥跨区域土地资源优化配置的综合优势</p>
A study on the spatial-temporal dynamic changes land-use and driving forces analyses of China in the 1990s [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1000-0585.2003.01.001 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>在土地利用变化时空信息平台的支持下,本文对我国20世纪80年代末到90年代末的土地利用变化过程进行了全面分析,揭示了我国10年来土地利用变化的时空规律,分析了这些规律形成的主要政策、经济和自然成因。研究表明,20世纪90年代,全国耕地总面积呈北增南减、总量增加的趋势,增量主要来自对北方草地和林地的开垦。林业用地面积呈现总体减少的趋势,减少的林地主要分布于传统林区,南方水热充沛区造林效果明显。中国城乡建设用地整体上表现为持续扩张的态势。90年代后5年总体增速减缓,西部增速加快。20世纪90年代我国的土地利用变化表现出明显的时空差异,政策调控和经济驱动是导致土地利用变化及其时空差异的主要原因。据此,本文提出在今后的全国土地利用规划中,应充分考虑我国现代土地利用变化的区域分异规律。同时,在生态环境恢复与建设规划中也应强调自然地理地带的针对性,同时要改变传统的资源规划与管理思路,在基础设施日益完备的条件下,最大程度地发挥跨区域土地资源优化配置的综合优势</p>
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利用约束性CA重建历史时期耕地空间格局: 以江苏省为例 [J].https://doi.org/10.11821/dlyj201412003 URL Magsci [本文引用: 5] 摘要
<p>历史时期耕地空间格局重建是土地利用/土地覆被变化研究(LUCC)的重要组成部分,受到了国内外学术界的广泛关注。已有研究多采用基于总量进行空间分配的方法。考虑到耕地连续性分布及相关空间约束特点,基于约束性元胞自动机提出重建历史时期空间格局的方法,给出了模型建立、参数识别和结果验证的方法,结合数据可获得性,以江苏省为例进行了模型应用。通过与空间分配方法进行对比,结果表明该方法能较为客观地反映历史时期耕地空间格局的演变过程,可为历史耕地研究提供新的方法借鉴。</p>
A constrained cellular automata model for reconstructing historical arable land in Jiangsu Province [J].https://doi.org/10.11821/dlyj201412003 URL Magsci [本文引用: 5] 摘要
<p>历史时期耕地空间格局重建是土地利用/土地覆被变化研究(LUCC)的重要组成部分,受到了国内外学术界的广泛关注。已有研究多采用基于总量进行空间分配的方法。考虑到耕地连续性分布及相关空间约束特点,基于约束性元胞自动机提出重建历史时期空间格局的方法,给出了模型建立、参数识别和结果验证的方法,结合数据可获得性,以江苏省为例进行了模型应用。通过与空间分配方法进行对比,结果表明该方法能较为客观地反映历史时期耕地空间格局的演变过程,可为历史耕地研究提供新的方法借鉴。</p>
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青藏高原东北部河湟谷地1726年耕地格局重建 [J].https://doi.org/10.11821/dlyj201407009 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
整理、校正了1726 年（雍正四年）河湟谷地历史文献中的田亩数据，并在GIS技术的支持下建立了该区1726 年具有空间属性（2 km×2 km）的耕地分布格局。结果显示：1726 年河湟谷地耕地总面积为1.427×10<sup>3</sup> km<sup>2</sup>，其中番地占64.7%，屯科秋站垦地占35.3%。河湟谷地虽然面积较大，但受自然环境条件的限制，可耕之地较少，该区仅有47%的网格具有耕地分布，耕地集中分布在湟水河干流区及大通河中游地区和龙羊峡以下的黄河谷地。从耕地垦殖强度分析，受自然环境条件和政治格局的双重影响，1726 年该区整体垦殖率较低，全区仅有1.4%的耕地网格垦殖率在40%以上，而68.3%的耕地网格垦殖率在10%以下，正处在广泛的开荒垦殖阶段。垦殖强度在空间分布上也存在明显差异，其中西宁县整体垦殖率水平最高，其耕地网格平均垦殖率达到了13.5%。
Reconstruction of cropland spatial patterns for 1726 on Yellow River-Huangshui River Valley in northeast Qinghai-Tibet Plateau [J].https://doi.org/10.11821/dlyj201407009 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
整理、校正了1726 年（雍正四年）河湟谷地历史文献中的田亩数据，并在GIS技术的支持下建立了该区1726 年具有空间属性（2 km×2 km）的耕地分布格局。结果显示：1726 年河湟谷地耕地总面积为1.427×10<sup>3</sup> km<sup>2</sup>，其中番地占64.7%，屯科秋站垦地占35.3%。河湟谷地虽然面积较大，但受自然环境条件的限制，可耕之地较少，该区仅有47%的网格具有耕地分布，耕地集中分布在湟水河干流区及大通河中游地区和龙羊峡以下的黄河谷地。从耕地垦殖强度分析，受自然环境条件和政治格局的双重影响，1726 年该区整体垦殖率较低，全区仅有1.4%的耕地网格垦殖率在40%以上，而68.3%的耕地网格垦殖率在10%以下，正处在广泛的开荒垦殖阶段。垦殖强度在空间分布上也存在明显差异，其中西宁县整体垦殖率水平最高，其耕地网格平均垦殖率达到了13.5%。
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基于地名志的东北历史时期土地利用变化研究: 以吉林省镇赉县为例 [J].
研究历史时期的土地利用与土地覆被变化,对于人类的生产活动有着重要的借鉴意义。本文以吉林省镇赉县为例,探讨了地名志等历史资料在确定东北地区大规模开发利用初始年限研究中的应用,并结合重分类、重心转移分析、叠加分析方法,分析了镇赉县地名志等史料记载的土地开发利用特征。结果表明:在康熙年间和1853年,镇赉县先后有过有记载的定居后小范围开垦活动,而直到1875年开始持续的土地开垦利用,此前镇赉县基本上处于自然状态。在技术手段不发达的早期,村屯的演变过程与土地开发利用过程是相辅相成的,因此,从村屯演变特征来看,1907-1912年期间土地开发利用最为突出;到1975年时,镇赉县村屯格局基本形成,而此时的土地开发利用活动已由个人行为转变为集体的机械化。在开禁等政策、自然灾害,以及战争等影响下,镇赉县土地开发呈由东部和中部的平坦地区向西部地势较高地区扩展的过程。
Application of toponymy to the historical LUCC researches in Northeast China: Taking Zhenlai County of Jilin Province as an example [J].
研究历史时期的土地利用与土地覆被变化,对于人类的生产活动有着重要的借鉴意义。本文以吉林省镇赉县为例,探讨了地名志等历史资料在确定东北地区大规模开发利用初始年限研究中的应用,并结合重分类、重心转移分析、叠加分析方法,分析了镇赉县地名志等史料记载的土地开发利用特征。结果表明:在康熙年间和1853年,镇赉县先后有过有记载的定居后小范围开垦活动,而直到1875年开始持续的土地开垦利用,此前镇赉县基本上处于自然状态。在技术手段不发达的早期,村屯的演变过程与土地开发利用过程是相辅相成的,因此,从村屯演变特征来看,1907-1912年期间土地开发利用最为突出;到1975年时,镇赉县村屯格局基本形成,而此时的土地开发利用活动已由个人行为转变为集体的机械化。在开禁等政策、自然灾害,以及战争等影响下,镇赉县土地开发呈由东部和中部的平坦地区向西部地势较高地区扩展的过程。
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中坝遗址约4250a B.P.以来古气候和人类活动记录 [J].
重庆中坝遗址地层Rb、Sr、Hg及TOC研究表明:Rb、Sr和Rb/Sr值较好地反映了约4250a B.P.以来气候变化过程,主要干冷期可与敦德冰川δ<sup>18</sup>O曲线谷值、湖光岩沉积物磁化率和Ti曲线峰值、以及大气<sup>14</sup>C浓度峰值和太阳活动水平较长期变化的低谷对比,反映出地层中Rb、Sr不易受人类活动干扰的特性。结合考古遗存对比还发现,Hg、P、Ca、Mg和TOC记录了该遗址约4250a B.P.以来人类活动的三个不同演变阶段。进一步研究认为,盐业遗址的衰落可能与洪水事件、盐泉资源的过度消耗以及由此造成的利用难度加大有关
Records of paleo-climate and mankind activities since 4250a B. P. in Zhongba site, Chongqing [J].
重庆中坝遗址地层Rb、Sr、Hg及TOC研究表明:Rb、Sr和Rb/Sr值较好地反映了约4250a B.P.以来气候变化过程,主要干冷期可与敦德冰川δ<sup>18</sup>O曲线谷值、湖光岩沉积物磁化率和Ti曲线峰值、以及大气<sup>14</sup>C浓度峰值和太阳活动水平较长期变化的低谷对比,反映出地层中Rb、Sr不易受人类活动干扰的特性。结合考古遗存对比还发现,Hg、P、Ca、Mg和TOC记录了该遗址约4250a B.P.以来人类活动的三个不同演变阶段。进一步研究认为,盐业遗址的衰落可能与洪水事件、盐泉资源的过度消耗以及由此造成的利用难度加大有关
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明代以前黑河流域耕地面积重建 [J].
受人类活动变迁影响,黑河流域 作为我国西北地区重要产粮基地以及大规模绿洲农业开发最早地区之一,其境内的耕地规模自古至今变化十分频繁。由于文献记载的有限性和疏漏性,目前关于区域 内明代以前的耕地面积历史变化情况的分析十分欠缺。本文选择文献较丰富的汉、唐和元代,依据历史文献资料和前人研究成果,以人口数据为基础,运用基于人均 耕地面积和粮食产量两种途径重建了黑河流域明代以前耕地面积。前者按各时期屯田制度,结合人均垦地面积分别重建民户耕地和军屯占地情况,汇总两类耕地面积 进行重建,后者利用人均粮食消耗、耕地单产情况估算人均耕地需求,再结合人口数据重建耕地总量。重建结果表明黑河流域明代以前耕地面积以西汉时期为最大, 达(16.30～19.49)万hm2,其后总体呈下降趋势,东汉、唐代与元代的面积分别为(9.57～11.80)万hm2,(3.59～3.93)万 hm2和3.19万hm2。对比表明两种重建结果基本一致,证实了重建结果具有可靠性并在一定程度上可以反映研究时期内耕地规模的变化趋势。
Data reconstruction of Heihe River basin cultivated land area prior to the Ming Dynasty [J].
受人类活动变迁影响,黑河流域 作为我国西北地区重要产粮基地以及大规模绿洲农业开发最早地区之一,其境内的耕地规模自古至今变化十分频繁。由于文献记载的有限性和疏漏性,目前关于区域 内明代以前的耕地面积历史变化情况的分析十分欠缺。本文选择文献较丰富的汉、唐和元代,依据历史文献资料和前人研究成果,以人口数据为基础,运用基于人均 耕地面积和粮食产量两种途径重建了黑河流域明代以前耕地面积。前者按各时期屯田制度,结合人均垦地面积分别重建民户耕地和军屯占地情况,汇总两类耕地面积 进行重建,后者利用人均粮食消耗、耕地单产情况估算人均耕地需求,再结合人口数据重建耕地总量。重建结果表明黑河流域明代以前耕地面积以西汉时期为最大, 达(16.30～19.49)万hm2,其后总体呈下降趋势,东汉、唐代与元代的面积分别为(9.57～11.80)万hm2,(3.59～3.93)万 hm2和3.19万hm2。对比表明两种重建结果基本一致,证实了重建结果具有可靠性并在一定程度上可以反映研究时期内耕地规模的变化趋势。
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基于灰色模型: 元胞自动机模型的佛山市土地利用情景模拟分析 [J].
通过模拟土地利用变化情景，了解土地利用变化趋势，可为制定科学的土地利用管理策略提供支持，根据近年来建设用地扩张在佛山市土地利用类型变化中占主导地位的特点，选择灰色模型作为数量模型，元胞自动机模型作为空间模型，设定3种建设用地扩张情景：适度约束、中度约束和强力约束，结合数量模型和空间模型的优点，模拟2015年土地利用空间布局。研究结果表明：在设定的3种建设用地扩张情景下，建设用地增加的面积分别为278.3、216.5和154.6?km2，相应来源于耕地的比率分别为42.28%、48.38%和55.96%，说明耕地仍然是建设用地增加的主要来源，也即耕地保护和经济发展的矛盾将会进一步增大，可为政府和土地管理部门制定政策提供一定的参考，从而采取更有针对性的措施。
Land use scenarios simulation of Foshan city based on gray model and cellular automata model [J].
通过模拟土地利用变化情景，了解土地利用变化趋势，可为制定科学的土地利用管理策略提供支持，根据近年来建设用地扩张在佛山市土地利用类型变化中占主导地位的特点，选择灰色模型作为数量模型，元胞自动机模型作为空间模型，设定3种建设用地扩张情景：适度约束、中度约束和强力约束，结合数量模型和空间模型的优点，模拟2015年土地利用空间布局。研究结果表明：在设定的3种建设用地扩张情景下，建设用地增加的面积分别为278.3、216.5和154.6?km2，相应来源于耕地的比率分别为42.28%、48.38%和55.96%，说明耕地仍然是建设用地增加的主要来源，也即耕地保护和经济发展的矛盾将会进一步增大，可为政府和土地管理部门制定政策提供一定的参考，从而采取更有针对性的措施。
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中国历史土地覆被变化重建研究进展 [J].https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2014.09.1037 Magsci [本文引用: 1] 摘要
为对中国已有区域历史土地覆被数据集有一个综合全面的认识,并为今后的研究方向提供参考,筛选了30篇空间表达清晰的面向全球变化研究的中国历史土地覆被重建文献,从数据源选取与数字提取和订正处理、时间尺度与覆盖时段、空间范围与空间分辨率、重建的主要土地覆被类型几个方面进行总结和评述。主要结论有:历史文献是重建历史土地覆被的最主要数据源,数字提取和订正方法因数据源不同而各异;国外关于历史土地覆被研究的最长时段达过去12 000年,国内研究时段多为过去300年,时间分辨率均以几十年到百年居多;重建研究的空间范围分为中国全国、中国东部和某个行政单元或地理形态上比较完整或典型的区域3种空间尺度系列,第三系列中还存在研究空白区;在不同土地覆被类型的重建方面,现有研究集中于耕地覆被重建。充分利用不同数据源、加强研究空白区内历史土地覆被重建、改进网格化处理方法及已有数据的整合在今后研究中尤为必要。
Review of China’s historical land cover change reconstructions [J].https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2014.09.1037 Magsci [本文引用: 1] 摘要
为对中国已有区域历史土地覆被数据集有一个综合全面的认识,并为今后的研究方向提供参考,筛选了30篇空间表达清晰的面向全球变化研究的中国历史土地覆被重建文献,从数据源选取与数字提取和订正处理、时间尺度与覆盖时段、空间范围与空间分辨率、重建的主要土地覆被类型几个方面进行总结和评述。主要结论有:历史文献是重建历史土地覆被的最主要数据源,数字提取和订正方法因数据源不同而各异;国外关于历史土地覆被研究的最长时段达过去12 000年,国内研究时段多为过去300年,时间分辨率均以几十年到百年居多;重建研究的空间范围分为中国全国、中国东部和某个行政单元或地理形态上比较完整或典型的区域3种空间尺度系列,第三系列中还存在研究空白区;在不同土地覆被类型的重建方面,现有研究集中于耕地覆被重建。充分利用不同数据源、加强研究空白区内历史土地覆被重建、改进网格化处理方法及已有数据的整合在今后研究中尤为必要。
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东北地区过去300年耕地覆盖变化 [J].Cropland cover change in Northeast China during the past 300 years [J]. |
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过去300年东北地区林地和草地覆盖变化 [J].
东北地区是我国森林、草场资源最为丰富的地区之一。近300年来,耕地扩张、森林砍伐、草地退化等所导致的显著土地覆盖变化会通过对陆-气之间碳通量和地表反照率的改变,进而对气候系统产生影响。该文采用历史文献分析、原始潜在植被恢复等方法,结合驱动力分析,重建了过去300年东北地区林地和草地自然覆盖变化状况。可提供空间分辨率至县、时间分辨率约为100年的东北地区林地和草地覆盖数据,为气候模拟、碳排放估计等相关研究提供真实的历史数据;得到对过去300年,东北地区林地和草地覆盖变化特征的认识：过去300年,东北地区林地、草地所占比例分别减少了约15%、10%;18—19世纪,东北的天然植被覆盖几乎处于原始状态,林地、草地减少的地区主要集中在辽东、辽西等农垦区;1900—1950年为林地、草地减少最为迅速的时期,辽东、辽西的天然植被几乎均被破坏殆尽,鸭绿江流域、长白山地区森林减少十分显著,草地界线已明显向西退缩;20世纪后半期,林地覆盖在空间上呈扩张趋势,局部地区仍在减少,而草地覆盖在空间上则一直呈缩小趋势。
Coverage changes of forestland and grassland in Northeastern China during the past 300 years [J].
东北地区是我国森林、草场资源最为丰富的地区之一。近300年来,耕地扩张、森林砍伐、草地退化等所导致的显著土地覆盖变化会通过对陆-气之间碳通量和地表反照率的改变,进而对气候系统产生影响。该文采用历史文献分析、原始潜在植被恢复等方法,结合驱动力分析,重建了过去300年东北地区林地和草地自然覆盖变化状况。可提供空间分辨率至县、时间分辨率约为100年的东北地区林地和草地覆盖数据,为气候模拟、碳排放估计等相关研究提供真实的历史数据;得到对过去300年,东北地区林地和草地覆盖变化特征的认识：过去300年,东北地区林地、草地所占比例分别减少了约15%、10%;18—19世纪,东北的天然植被覆盖几乎处于原始状态,林地、草地减少的地区主要集中在辽东、辽西等农垦区;1900—1950年为林地、草地减少最为迅速的时期,辽东、辽西的天然植被几乎均被破坏殆尽,鸭绿江流域、长白山地区森林减少十分显著,草地界线已明显向西退缩;20世纪后半期,林地覆盖在空间上呈扩张趋势,局部地区仍在减少,而草地覆盖在空间上则一直呈缩小趋势。
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吉林省近300年来聚落格局演变 [J].URL 摘要
聚落格局演变过程研究对探讨过 去土地利用变化中人类与环境之间的关系有着重要的作用。以吉林省为研究区域,利用地名志资料建立吉林省聚落地名数据库,复原了吉林省近300 a来聚落格局的演变历程。结果表明,近300 a以来吉林省的聚落增长在时间上可识别出4个阶段,分别为缓慢增长(1644~1735年)、增长加速(1736~1820年)、高速增长 (1821~1949年)和增长放缓(1950~1990年)阶段,在空间上中部平原和丘陵台地地区在各时期都为聚落密度最大的区域,并且呈现出从中部的 平原和丘陵台地向西部的平原和东部的山地扩散的过程。影响聚落格局演变的主要因素可能与吉林省的自然地理条件、移民、驻防、以及政府所施行的政策等等相 关。
The pattern evoluation of settlements in Jilin Province over the past 300 years [J].URL 摘要
聚落格局演变过程研究对探讨过 去土地利用变化中人类与环境之间的关系有着重要的作用。以吉林省为研究区域,利用地名志资料建立吉林省聚落地名数据库,复原了吉林省近300 a来聚落格局的演变历程。结果表明,近300 a以来吉林省的聚落增长在时间上可识别出4个阶段,分别为缓慢增长(1644~1735年)、增长加速(1736~1820年)、高速增长 (1821~1949年)和增长放缓(1950~1990年)阶段,在空间上中部平原和丘陵台地地区在各时期都为聚落密度最大的区域,并且呈现出从中部的 平原和丘陵台地向西部的平原和东部的山地扩散的过程。影响聚落格局演变的主要因素可能与吉林省的自然地理条件、移民、驻防、以及政府所施行的政策等等相 关。
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多智能体城市土地扩张模型及其应用 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2008.08.008 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>传统的城市土地扩张模型多为静态模型, 无法呈现空间上每一时间点的土地利用状况, 以元胞自动机(Cellular Automata) 模型为代表的新型城市土地扩张模型虽然具有动态特性, 但其无法描述影响城市土地扩张的智能体(Agent) 之间所产生的多元变化结果。以多智能体系统(Multi-Agent System) 理论为基础, 建立城市土地资源时间和空间配置规则, 构建了动态且能描述影响城市土地扩张的智能体(Agent) 间互动关系的城市土地扩张模型, 并以长沙市 区为例, 应用所构建之模型进行了城市土地扩张的实证分析。结果表明: 该模型可以反映城市土地扩张的基本特征和规律, 对于解释城市土地扩张的成因、理解智能体行为对城市土地 扩张过程的影响是合适的。并且将模拟结果与遥感土地利用解译结果对比, 1998 年、2001 年、2005 年城市土地扩张模拟的点对点精度均达到68%以上, 从而能够为政府和城市规划者 制定用地政策提供辅助决策支持。</p>
Urban land expansion model based on multi-agent system and application [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0375-5444.2008.08.008 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>传统的城市土地扩张模型多为静态模型, 无法呈现空间上每一时间点的土地利用状况, 以元胞自动机(Cellular Automata) 模型为代表的新型城市土地扩张模型虽然具有动态特性, 但其无法描述影响城市土地扩张的智能体(Agent) 之间所产生的多元变化结果。以多智能体系统(Multi-Agent System) 理论为基础, 建立城市土地资源时间和空间配置规则, 构建了动态且能描述影响城市土地扩张的智能体(Agent) 间互动关系的城市土地扩张模型, 并以长沙市 区为例, 应用所构建之模型进行了城市土地扩张的实证分析。结果表明: 该模型可以反映城市土地扩张的基本特征和规律, 对于解释城市土地扩张的成因、理解智能体行为对城市土地 扩张过程的影响是合适的。并且将模拟结果与遥感土地利用解译结果对比, 1998 年、2001 年、2005 年城市土地扩张模拟的点对点精度均达到68%以上, 从而能够为政府和城市规划者 制定用地政策提供辅助决策支持。</p>
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中国东部地区土地利用和植被覆盖的历史演变 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0469-5097.2007.05.013 URL [本文引用: 2] 摘要
土地利用和植被覆盖变化研究,是当前国际科学研究的前沿领域之 一,是研究气候变化的重要基础.特别是如何获得过去植被覆盖变化的定量信息对于进行气候模拟至关重要.在根据文献研究恢复出的近300年来中国东部部分省 区的垦殖率分布的基础上,通过对清代、民国期间各地史志记载的分析以及现代土地利用类型分布图的比较,得出了空间分辨率为0.5°×0.5°的近300年 来中国东部部分省区土地利用和植被覆盖变化分布图.结果显示,近300年来,长江中下游、华北地区的土地类型以耕地为主,其余省则主要为森林覆盖,并因地 理因素等原因可分为不同的森林类型.此外,草地、交通居住用地等所占土地面积比例较低,因此在植被类型变化上尚处于次要地位.这一定量化结果为区域气候模 拟提供了必需的植被场.
The historical land use and vegetation cover change in eastern China [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:0469-5097.2007.05.013 URL [本文引用: 2] 摘要
土地利用和植被覆盖变化研究,是当前国际科学研究的前沿领域之 一,是研究气候变化的重要基础.特别是如何获得过去植被覆盖变化的定量信息对于进行气候模拟至关重要.在根据文献研究恢复出的近300年来中国东部部分省 区的垦殖率分布的基础上,通过对清代、民国期间各地史志记载的分析以及现代土地利用类型分布图的比较,得出了空间分辨率为0.5°×0.5°的近300年 来中国东部部分省区土地利用和植被覆盖变化分布图.结果显示,近300年来,长江中下游、华北地区的土地类型以耕地为主,其余省则主要为森林覆盖,并因地 理因素等原因可分为不同的森林类型.此外,草地、交通居住用地等所占土地面积比例较低,因此在植被类型变化上尚处于次要地位.这一定量化结果为区域气候模 拟提供了必需的植被场.
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19世纪末黑龙江省的耕地覆盖重建 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201404002 URL Magsci [本文引用: 2] 摘要
揭示过去100年尺度上的土地利用/覆盖变化是认识人类活动对气候和环境影响的基础。本文在充分吸收既有成果的基础上，利用历史文献中的县（府、州、厅） 级耕地面积记录，通过构建综合聚落、地形和水系信息的垦殖倾向指数模型，在1 km×1 km像元尺度上重建了黑龙江省19 世纪末的耕地覆盖，并与基于卫星遥感反演的2009年的耕地覆盖进行了对比。结果表明，黑龙江省19世纪末的耕地总面积为25397.00 km<sup>2</sup>，主要分布于中南部，其中在海伦市、巴彦县、五常市、呼兰区、双城市、望奎县有集中分布；2009年的耕地面积为163808.70 km<sup>2</sup>，广布于西南部、中南部和东北部。20 世纪期间，黑龙江省耕地面积增加了138411.70 km<sup>2</sup>，与之对应，垦殖率由5.60%增加至36.20%，增幅为30.6%。这意味着，20世纪农业开垦改变了黑龙江省30.6%的自然地表性质，其中，大约60962.00 km<sup>2</sup> （约占新增耕地的44.00%） 来自对森林的开垦，这部分新增耕地主要出现在东北部和西部边缘地区。本文的重建结果为进一步研究20世纪农业垦殖的气候、生态和环境效应提供了高分辨率的基础数据。
Reconstruction of cropland over Heilongjiang Province in the late 19th century [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201404002 URL Magsci [本文引用: 2] 摘要
揭示过去100年尺度上的土地利用/覆盖变化是认识人类活动对气候和环境影响的基础。本文在充分吸收既有成果的基础上，利用历史文献中的县（府、州、厅） 级耕地面积记录，通过构建综合聚落、地形和水系信息的垦殖倾向指数模型，在1 km×1 km像元尺度上重建了黑龙江省19 世纪末的耕地覆盖，并与基于卫星遥感反演的2009年的耕地覆盖进行了对比。结果表明，黑龙江省19世纪末的耕地总面积为25397.00 km<sup>2</sup>，主要分布于中南部，其中在海伦市、巴彦县、五常市、呼兰区、双城市、望奎县有集中分布；2009年的耕地面积为163808.70 km<sup>2</sup>，广布于西南部、中南部和东北部。20 世纪期间，黑龙江省耕地面积增加了138411.70 km<sup>2</sup>，与之对应，垦殖率由5.60%增加至36.20%，增幅为30.6%。这意味着，20世纪农业开垦改变了黑龙江省30.6%的自然地表性质，其中，大约60962.00 km<sup>2</sup> （约占新增耕地的44.00%） 来自对森林的开垦，这部分新增耕地主要出现在东北部和西部边缘地区。本文的重建结果为进一步研究20世纪农业垦殖的气候、生态和环境效应提供了高分辨率的基础数据。
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中国历史时期土地利用数据集的重建方法述评 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.12.001 Magsci [本文引用: 4] 摘要
重建长时间序列的历史时期土地利用数据对研究土地利用的时空变化及其产生的气候和生态效应至关重要。相关学者就定量重建中国历史土地利用信息进行了探索, 但重建结果通常是以行政区划为单位的统计性数据, 缺乏地理空间属性信息, 从而限制了其在气候和生态模型中的应用, 因此有必要探讨如何利用有限的历史资料来重建较高分辨率的具有空间属性信息的历史数据。本文针对诸如HYDE、SAGE等具有明确地理空间属性信息的历史土地利用数据集, 从方法的角度对中国历史土地利用空间化数据进行了综合评述, 以期寻求更加合理有效的方法重建具有空间属性的中国历史土地利用数据, 为未来更好地模拟土地利用变化的气候和生态效应提供数据支持。本文论述了不同资料在历史重建中的关系和作用;强调了人口数据在数量重建和空间分配中的双重作用及其局限性;重点分析了空间分配过程的假设条件和不同方法的历史重建对当代土地利用空间格局的依赖程度。本文认为, 需要加强林地空间化数据的重建以服务历史时期的陆地碳循环研究;在未来的研究中, 建议以典型年份控制的方法处理难以量化的社会经济因素对历史土地利用格局的影响;建议进行分区重建, 加强区域集成研究。
China’s spatially-explicit historical land-use data and its reconstruction methodology [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2012.12.001 Magsci [本文引用: 4] 摘要
重建长时间序列的历史时期土地利用数据对研究土地利用的时空变化及其产生的气候和生态效应至关重要。相关学者就定量重建中国历史土地利用信息进行了探索, 但重建结果通常是以行政区划为单位的统计性数据, 缺乏地理空间属性信息, 从而限制了其在气候和生态模型中的应用, 因此有必要探讨如何利用有限的历史资料来重建较高分辨率的具有空间属性信息的历史数据。本文针对诸如HYDE、SAGE等具有明确地理空间属性信息的历史土地利用数据集, 从方法的角度对中国历史土地利用空间化数据进行了综合评述, 以期寻求更加合理有效的方法重建具有空间属性的中国历史土地利用数据, 为未来更好地模拟土地利用变化的气候和生态效应提供数据支持。本文论述了不同资料在历史重建中的关系和作用;强调了人口数据在数量重建和空间分配中的双重作用及其局限性;重点分析了空间分配过程的假设条件和不同方法的历史重建对当代土地利用空间格局的依赖程度。本文认为, 需要加强林地空间化数据的重建以服务历史时期的陆地碳循环研究;在未来的研究中, 建议以典型年份控制的方法处理难以量化的社会经济因素对历史土地利用格局的影响;建议进行分区重建, 加强区域集成研究。
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黑河流域历史时期水资源利用空间格局重建 [J].https://doi.org/10.11821/dlyj201410017 URL Magsci 摘要
黑河流域水资源开发利用的空间格局历史演变在中国西北干旱区具有典型性和代表性,对其进行复原并总结经验教训,对现代水资源开发具有宝贵的借鉴意义。利用历史文献、古今地图、遥感影像等资料,结合实地考察,在地理信息系统技术的支持下,对黑河流域历史时期水资源利用的空间格局进行重建,并分析其演变过程。结果表明: 该区域大规模的农业水资源利用开始于汉代,其范围覆盖流域中下游沿河平原和三角洲的大部分地区。魏晋南北朝时期虽然总体上承袭了汉代的格局,但局部地区萎缩明显。隋唐时期,中游地区灌区规模较大,但随着唐中叶吐蕃的入侵而遭破坏。宋元时期,水资源开发利用仅在主要绿洲的核心区有所分布。明、清直至民国时期,中游地区渠系增加,密度增大,灌区出现沿河向上的溯源扩展和由近岸向两侧的外延扩展,一些地势较高的山前绿洲也被开垦,水资源利用强度持续增加、规模扩大,最终奠定了现代水资源开发利用的空间格局。但是,此时的下游却处于游牧状态,无大规模开发活动。可以发现,明代以前水资源开发利用波动频繁,兴废不定;而明代以来,中游灌区规模稳定扩大和下游萧条情况形成鲜明对比。水资源利用引起尾闾湖萎缩、土地盐渍化、沙漠化等生态问题逐渐显现。
Reconstruction of historic spatial pattern for water resources utilization in the Heihe River basin [J].https://doi.org/10.11821/dlyj201410017 URL Magsci 摘要
黑河流域水资源开发利用的空间格局历史演变在中国西北干旱区具有典型性和代表性,对其进行复原并总结经验教训,对现代水资源开发具有宝贵的借鉴意义。利用历史文献、古今地图、遥感影像等资料,结合实地考察,在地理信息系统技术的支持下,对黑河流域历史时期水资源利用的空间格局进行重建,并分析其演变过程。结果表明: 该区域大规模的农业水资源利用开始于汉代,其范围覆盖流域中下游沿河平原和三角洲的大部分地区。魏晋南北朝时期虽然总体上承袭了汉代的格局,但局部地区萎缩明显。隋唐时期,中游地区灌区规模较大,但随着唐中叶吐蕃的入侵而遭破坏。宋元时期,水资源开发利用仅在主要绿洲的核心区有所分布。明、清直至民国时期,中游地区渠系增加,密度增大,灌区出现沿河向上的溯源扩展和由近岸向两侧的外延扩展,一些地势较高的山前绿洲也被开垦,水资源利用强度持续增加、规模扩大,最终奠定了现代水资源开发利用的空间格局。但是,此时的下游却处于游牧状态,无大规模开发活动。可以发现,明代以前水资源开发利用波动频繁,兴废不定;而明代以来,中游灌区规模稳定扩大和下游萧条情况形成鲜明对比。水资源利用引起尾闾湖萎缩、土地盐渍化、沙漠化等生态问题逐渐显现。
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基于网格化模型的黑河流域中游历史时期耕地分布模拟 [J].https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2013.01.0071 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>黑河流域悠久的农业开发史和历史文献为研究历史时期耕地空间分布格局变化提供了有利条件。根据黑河流域历史时期土地开发利用的特点，深入分析了海拔、坡度、土壤、人口等自然及人文主导因子与耕地分布的关系，遴选出对耕地分布具有明显作用且易量化的影响因子，并以此为依据设计了一套历史耕地数据网格化模型，模拟了黑河流域历史时期耕地分布趋势。采用人均耕地面积与粮食单产2种途径，估算了明代以前黑河中游耕地面积总量。基于该模型并结合古遗址、遥感影像判别的结果，重建了黑河流域中游地区明代以前耕地的空间分布。</p>
Cultivated land distribution simulation based on grid in middle reaches of Heihe River basin in the historical periods [J].https://doi.org/10.11867/j.issn.1001-8166.2013.01.0071 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>黑河流域悠久的农业开发史和历史文献为研究历史时期耕地空间分布格局变化提供了有利条件。根据黑河流域历史时期土地开发利用的特点，深入分析了海拔、坡度、土壤、人口等自然及人文主导因子与耕地分布的关系，遴选出对耕地分布具有明显作用且易量化的影响因子，并以此为依据设计了一套历史耕地数据网格化模型，模拟了黑河流域历史时期耕地分布趋势。采用人均耕地面积与粮食单产2种途径，估算了明代以前黑河中游耕地面积总量。基于该模型并结合古遗址、遥感影像判别的结果，重建了黑河流域中游地区明代以前耕地的空间分布。</p>
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A high-resolution and harmonized model approach for reconstructing and analyzing historic land changes in Europe [J].https://doi.org/10.5194/bgd-9-14823-2012 URL [本文引用: 1] 摘要
Currently, up to 30% of global carbon emission is estimated to originate from land use and land changes. Existing historic land change reconstructions on the European scale do not sufficiently meet the requirements of greenhouse gas (GHG) and climate assessments, due to insufficient spatial and thematic detail and the consideration of various land change types. This paper investigates if the combination of different data sources, more detailed modeling techniques and the integration of land conversion types allow us to create accurate, high resolution historic land change data for Europe suited for the needs of GHG and climate assessments. We validated our reconstruction with historic aerial photographs from 1950 and 1990 for 73 sample sites across Europe and compared it with other land reconstructions like Klein Goldewijk et al. (2010, 2011), Ramankutty and Foley (1999), Pongratz et al. (2008) and Hurtt et al. (2006). The results indicate that almost 700 000 km2 (15.5%) of land cover in Europe changes over the period 1950 to 2010, an area similar to France. In Southern Europe the relative amount was almost 3.5% higher than average (19%). Based on the results the specific types of conversion, hot-spots of change and their relation to political decisions and socio-economic transitions were studied. The analysis indicate that the main drivers of land change over the studied period were urbanization, the reforestation program after the timber shortage since the Second World War, the fall of the Iron Curtain, Common Agricultural Policy and accompanying afforestation actions of the EU. Compared to existing land cover reconstructions, the new method takes stock of the harmonization of different datasets by achieving a high spatial resolution and regional detail with a full coverage of different land categories. These characteristic allow the data to be used to support and improve ongoing GHG inventories and climate research.
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Estimating global land use change over the past 300 years: The HYDE database [J].https://doi.org/10.1029/1999GB001232 URL [本文引用: 1] 摘要
ABSTRACT
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A spatially explicit reconstruction of forest cover in China over 1700-2000 [J].https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2015.05.008 URL [本文引用: 1] 摘要
The spatially explicit reconstruction of historical forest plays an important role in understanding human modifications of land surfaces and its environmental effects. Based on an analysis of the forest change history of China, we devised a reconstruction method for the historical forest cover in China. The core idea of the method is that the lands with high suitability for cultivation will be cultivated and deforested first, spreading to marginal lands with lower suitability for cultivation. By determining the possible maximum distribution extent of the forest, as well as devising the land suitability for cultivation assessment model and provincial forest area allocation model, we created 10聽km forest cover maps of China for the years 1700 to 2000 with 10聽year intervals. By comparison with satellite-based data in 2000, we found that the grids within 25% differences account for as much as 66.07% of all grids. The comparison with the historical documents-based data in northeast China indicated that the number of counties within 30% relative differences is 99, accounting for 74.44% of all counties. Therefore, the forest area allocation model we devised can accurately reproduce the spatial patterns of historical forest cover in China. Our reconstruction indicates that from 1700 to the 1960s, the deforestation mainly occurred in southwest China, the hilly regions of south China, the southeast of Gansu province, and northeast China; from the 1960s to 2000, the reforestation occurred in most traditional forested regions of China, particularly in the Tibet Plateau, hilly regions of south China and the Greater Khingan Mountains. The spatially explicit forest cover data sets we reconstructed can be used in global or regional climatic models to study the impact of land cover change on climate change.
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The underpinnings of land-use history: Three centuries of global gridded land-use transitions, wood-harvest activity, and resulting secondary lands [J].https://doi.org/10.1111/j.1365-2486.2006.01150.x URL 摘要
Abstract To accurately assess the impacts of human land use on the Earth system, information is needed on the current and historical patterns of land-use activities. Previous global studies have focused on developing reconstructions of the spatial patterns of agriculture. Here, we provide the first global gridded estimates of the underlying land conversions (land-use transitions), wood harvesting, and resulting secondary lands annually, for the period 1700–2000. Using data-based historical cases, our results suggest that 42–68% of the land surface was impacted by land-use activities (crop, pasture, wood harvest) during this period, some multiple times. Secondary land area increased 10–44 × 10 6 65km 2 ; about half of this was forested. Wood harvest and shifting cultivation generated 70–90% of the secondary land by 2000; permanent abandonment and relocation of agricultural land accounted for the rest. This study provides important new estimates of globally gridded land-use activities for studies attempting to assess the consequences of anthropogenic changes to the Earth's surface over time.
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A hundred year (1890-1990) database for integrated environmental assessment (HYDE, version 1.1) [M].
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A spatially explicit reconstruction of cropland cover in China from 1661 to 1996 [J].https://doi.org/10.1007/s10113-014-0751-4 URL [本文引用: 1] 摘要
Reconstruction of cropland cover is crucial for assessing human impact on the environment. In this study, based on existing studies concerning historical cropland, population data and government inventories, we obtained a provincial cropland area dataset of China for 1661–1996 via collection, revision and reconstruction. Then, the provincial cropland area was allocated into grid cells of 10×10km depending on the land suitability for cultivation. Our reconstruction indicates that cropland increased from ~55.5×10 4 km 2 in 1661 to ~130.0×10 4 km 2 in 1996. From 1661 to 1873, cropland expanded tremendously in the Sichuan Basin, and land reclamation was greatly enhanced in North China Plain. For 1873–1980, agricultural development occurred primarily in northeastern China. After 1980, most provinces in the traditionally cultivated region of China experienced decreases in cropland area. In comparison with satellite-based data for 2000, we found that our reconstruction generally captures the spatial distribution of cropland. Also, differences are mostly <20% (6120 to 20%). Compared with HYDE 3.1 dataset, which is designed for the global scale, our model is more suitable for reconstructing the historical crop cover of China at 10×10km grid scale. Our reconstruction can be used in climate models to study the impact of crop cover change on the climate and carbon cycle.
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Gridding cropland data reconstruction over the agricultural region of China in 1820 [J].https://doi.org/10.1007/s11442-009-0036-x Magsci 摘要
<a name="Abs1"></a>Recent studies have demonstrated the importance of LUCC change with climate and ecosystem simulation, but the result could only be determined precisely if a high-resolution underlying land cover map is used. While the efforts based satellites have provided a good baseline for present land cover, what the next advancement in the research about LUCC change required is the development of reconstruction of historical LUCC change, especially spatially-explicit historical dataset. Being different from other similar studies, this study is based on the analysis of historical land use patterns in the traditional cultivated region of China. Taking no account of the less important factors, altitude, slope and population patterns are selected as the major drivers of reclamation in ancient China, and used to design the HCGM (Historical Cropland Gridding Model, at a 60 km×60 km resolution), which is an empirical model for allocating the historical cropland inventory data spatially to grid cells in each political unit. Then we use this model to reconstruct cropland distribution of the study area in 1820, and verify the result by prefectural cropland data of 1820, which is from the historical documents. The statistical analyzing result shows that the model can simulate the patterns of the cropland distribution in the historical period in the traditional cultivated region efficiently.
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China's land cover and land use change from 1700 to 2005: Estimations from high-resolution satellite data and historical archives [J].
One of the major limitations in assessing the impacts of human activities on global biogeochemical cycles and climate is a shortage of reliable data on historical land cover and land use change (LCLUC). China had extreme discrepancies in estimating contemporary and historical patterns of LCLUC over the last 3 centuries because of its geographical complexity, long history of land use, and limite...
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Reconstruction of historical arable land use patterns using constrained cellular automata: a case study of Jiangsu, China [J].https://doi.org/10.1016/j.apgeog.2014.05.001 URL 摘要
The reconstruction of arable land patterns over historical periods is one of critical research issues in the study of land use and land cover change (LUCC). Taking into account the continuous distribution of arable land and spatial constraints, this paper proposes a constrained cellular automata model to reconstruct historical arable land patterns. The paper describes model establishment, parameter calibration, and results validation in detail. The model was applied to Jiangsu Province, China, and was compared with a conventional spatial allocation method. The results showed that the methodology developed in this study can more objectively reflect the evolution of the pattern of arable land over historical periods, in terms of similarity with contemporary pattern, than the spatial allocation methods and can provide an effective basis for the historical study of arable land.
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A reconstruction of global agricultural areas and land cover for the last millennium [J].URL 摘要
[1] Humans have substantially modified the Earth's land cover, especially by transforming natural ecosystems to agricultural areas. In preindustrial times, the expansion of agriculture was probably the dominant process by which humankind altered the Earth system, but little is known about its extent, timing, and spatial pattern. This study presents an approach to reconstruct spatially explicit changes in global agricultural areas (cropland and pasture) and the resulting changes in land cover over the last millennium. The reconstruction is based on published maps of agricultural areas for the last three centuries. For earlier times, a country-based method is developed that uses population data as a proxy for agricultural activity. With this approach, the extent of cropland and pasture is consistently estimated since AD 800. The resulting reconstruction of agricultural areas is combined with a map of potential vegetation to estimate the resulting historical changes in land cover. Uncertainties associated with this approach, in particular owing to technological progress in agriculture and uncertainties in population estimates, are quantified. About 5 million km 2 of natural vegetation are found to be transformed to agriculture between AD 800 and 1700, slightly more to cropland (mainly at the expense of forested area) than to pasture (mainly at the expense of natural grasslands). Historical events such as the Black Death in Europe led to considerable dynamics in land cover change on a regional scale. The reconstruction can be used with global climate and ecosystem models to assess the impact of human activities on the Earth system in preindustrial times.
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Estimating historical changes in global land cover: croplands from 1700 to 1992 [J].https://doi.org/10.1029/1999GB900046 URL [本文引用: 2] 摘要
Human activities over the last three centuries have significantly transformed the Earth's environment, primarily through the conversion of natural ecosystems to agriculture. This study presents a simple approach to derive geographically explicit changes in global croplands from 1700 to 1992. By calibrating a remotely sensed land cover classification data set against cropland inventory data, we derived a global representation of permanent croplands in 1992, at 5 min spatial resolution [Ramankutty and Foley, 1998]. To reconstruct historical croplands, we first compile an extensive database of historical cropland inventory data, at the national and subnational level, from a variety of sources. Then we use our 1992 cropland data within a simple land cover change model, along with the historical inventory data, to reconstruct global 5 min resolution data on permanent cropland areas from 1992 back to 1700. The reconstructed changes in historical croplands are consistent with the history of human settlement and patterns of economic development. By overlaying our historical cropland data set over a newly derived potential vegetation data set, we analyze our results in terms of the extent to which different natural vegetation types have been converted for agriculture. We further examine the extent to which croplands have been abandoned in different parts of the world. Our data sets could be used within global climate models and global ecosystem models to understand the impacts of land cover change on climate and on the cycling of carbon and water. Such an analysis is a crucial aid to sharpen our thinking about a sustainable future.
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A backcast land use change model to generate past land use maps: application and validation at the Muskegon River watershed of Michigan, USA [J].https://doi.org/10.1080/17474230903150799 URL 摘要
We developed a GIS and neural network-based land use/land cover change model for backcasting land use change and applied it to the Muskegon River watershed, a typical upper midwestern watershed in the USA. We developed 12 variants of the model, based on different structural assumptions, to simulate urban, forest, agriculture, and shrubland transitions. We compared the model variants against 12,598 land use interpreted locations from 235 aerial photographs acquired from the study region between the late 1930s through to the early 1970s. The model variants produced around 41鈥70% accuracy (integrating both omission and commission errors) in simulating the spatial locations of the dominant land use category, forests and agriculture, and lower accuracy for the shrub and urban land use categories. We describe the assumptions made in developing the model and discuss the implications of the assumptions to model goodness-of-fit analysis and to forecasting land use. The Windows executable version of the model and data sets are available for download from
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The impact of global land-cover change on the terrestrial water cycle [J].https://doi.org/10.1038/NCLIMATE1690 Magsci [本文引用: 1] 摘要
Floods and droughts cause perhaps the most human suffering of all climate-related events; a major goal is to understand how humans alter the incidence and severity of these events by changing the terrestrial water cycle. Here we use over 1,500 estimates of annual evapotranspiration and a database of global land-cover change(1) to project alterations of global scale terrestrial evapotranspiration (TET) from current anthropogenic land-cover change. Geographic modelling reveals that land-cover change reduces annual TET by approximately 3,500 km(3) yr(-1) (5%) and that the largest changes in evapotranspiration are associated with wetlands and reservoirs. Land surface model simulations support these evapotranspiration changes, and project increased runoff (7.6%) as a result of land-cover changes. Next we create a synthesis of the major anthropogenic impacts on annual runoff and find that the net result is an increase in annual runoff, although this is uncertain. The results demonstrate that land-cover change alters annual global runoff to a similar or greater extent than other major drivers, affirming the important role of land-cover change in the Earth System(2-4). Last, we identify which major anthropogenic drivers to runoff change have a mean global change statistic that masks large regional increases and decreases: land-cover change, changes in meteorological forcing, and direct CO2 effects on plants.
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History of land use in India during 1880-2010: large-scale land transformations reconstructed from satellite data and historical archives [J].https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2014.07.005 URL 摘要
ABSTRACT In India, human population has increased six folds from 200 million to 1200 million that coupled with economic growth has resulted in significant land use and land cover (LULC) changes during 1880–2010. However, large discrepancies in the existing LULC datasets have hindered our efforts to better understand interactions among human activities, climate systems, and ecosystem in India. In this study, we incorporated high-resolution remote sensing datasets from Resourcesat-1 and historical archives at district (N=590) and state (N=30) level to generate LULC datasets at 5 arc minute resolution during 1880–2010 in India. Results have shown that a significant loss of forests (from 89 million ha to 63 million ha) has occurred during the study period. Interestingly, the deforestation rate was relatively greater under the British rule (1880–1950’s) and early decades after independence, then decreased after the 1980s due to government policies to protect the forests. In contrast to forests, cropland area has increased from 92 million ha to 140.1 million ha during 1880–2010. Greater cropland expansion has occurred during 1940–1980’s that coincided with the period of farm mechanization, electrification, and introduction of high yielding crop varieties as a result of government policies to achieve self-sufficiency in food production. The rate of urbanization was slower during 1880–1940 but significantly increased after 1950’s probably due to rapid increase in population and economic growth in India. Our study provides the most reliable estimations of historical LULC at regional scale in India. This is the first attempt to incorporate newly developed high-resolution remote sensing datasets and inventory archives to reconstruct the time series of LULC records for such a long period in India. The spatial and temporal information on LULC derived from this study could be used by ecosystem, hydrological, and climate modeling as well as by policy makers for assessing the impacts of LULC on regional climate, water resources, and biogeochemical cycles in terrestrial ecosystems.
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Research on reconstructing spatial distribution of historical cropland over 300 years in traditional cultivated regions of China [J].https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2015.02.007 URL [本文引用: 4] 摘要
Constructing a spatially explicit time series of historical cultivated land is of upmost importance for climatic and ecological studies that make use of Land Use and Cover Change (LUCC) data. Some scholars have made efforts to simulate and reconstruct the quantitative information on historical land use at the global or regional level based on “top–down” decision–making behaviors to match overall cropland area to land parcels using land arability and universal parameters. Considering the concentrated distribution of cultivated land and various factors influencing cropland distribution, including environmental and human factors, this study developed a “bottom–up” model of historical cropland based on constrained Cellular Automaton (CA). Our model takes a historical cropland area as an external variable and the cropland distribution in 1980 as the maximum potential scope of historical cropland. We selected elevation, slope, water availability, average annual precipitation, and distance to the nearest rural settlement as the main influencing factors of land use suitability. Then, an available labor force index is used as a proxy for the amount of cropland to inspect and calibrate these spatial patterns. This paper applies the model to a traditional cultivated region in China and reconstructs its spatial distribution of cropland during 6 periods. The results are shown as follows: (1) A constrained CA is well suited for simulating and reconstructing the spatial distribution of cropland in China’s traditional cultivated region. (2) Taking the different factors affecting spatial pattern of cropland into consideration, the partitioning of the research area effectively reflected the spatial differences in cropland evolution rules and rates. (3) Compared with “HYDE datasets”, this research has formed higher–resolution Boolean spatial distribution datasets of historical cropland with a more definitive concept of spatial pattern in terms of fractional format. We conclude that our reconstruction is closer to the actual change pattern of the traditional cultivated region in China.
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Reconstructing spatial distribution of historical cropland in China’s traditional cultivated region: methods and case study [J].https://doi.org/10.1007/s11769-015-0753-2 URL 摘要
As an important part of land use/cover change(LUCC), historical LUCC in long time series attracts much more attention from scholars. Currently, based on the view of combining the overall control of cropland area and ′top-down′ decision-making behaviors, here are two global historical land-use datasets, generally referred as the Sustainability and the Global Environment datasets(SAGE datasets) and History Database of the Global Environment datasets(HYDE datasets). However, at the regional level, these global datasets have coarse resolutions and inevitable errors. Considering various factors that influenced cropland distribution, including cropland connectivity and the limitation of natural and human factors, this study developed a reconstruction model of historical cropland based on constrained Cellular Automaton(CA) of ′bottom-up′. Then, an available labor force index is used as a proxy for the amount of cropland to inspect and calibrate these spatial patterns. Applied the reconstruction model to Shandong Province, we reconstructed its spatial distribution of cropland during 8 periods. The reconstructed results show that: 1) it is properly suitable for constrained CA to simulate and reconstruct the spatial distribution of cropland in traditional cultivated region of China; 2) compared with ′SAGE datasets′ and ′HYDE datasets′, this study have formed higher-resolution Boolean spatial distribution datasets of historical cropland with a more definitive concept of spatial pattern in terms of fractional format.
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A review of historical reconstruction methods of land use/land cover [J].https://doi.org/10.1007/s11442-014-1117-z Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>Understanding long-term human-environment interactions requires historical reconstruction of past land-use and land-cover changes. Most reconstructions have been based primarily on consistently available and relatively standardized information from historical sources. Based on available data sources and a retrospective research, in this paper we review the approaches and methods of the digital reconstruction and analyze their advantages and possible constraints in the following aspects: (1) Historical documents contain qualitative or semi-quantitative information about past land use, which also usually include land-cover data, but preparation of archival documents is very time-consuming. (2) Historical maps and pictures offer visual and spatial quantitative land-cover information. (3) Natural archive has significant advantages as a method for reconstructing past vegetation and has its unique possibilities especially when historical records are missing or lacking, but it has great limits of rebuilding certain land-cover types. (4) Historical reconstruction models have been gradually developed from empirical models to mechanistic ones. The method does not only reconstruct the quantity of land use/cover in historical periods, but it also reproduces the spatial distribution. Yet there are still few historical land-cover datasets with high spatial resolution. (5) Reconstruction method based on multiple-source data and multidisciplinary research could build historical land-cover from multiple perspectives, complement the missing data, verify reconstruction results and thus improve reconstruction accuracy. However, there are challenges that make the method still in the exploratory stage. This method can be a long-term development goal for the historical land-cover reconstruction. Researchers should focus on rebuilding historical land-cover dataset with high spatial resolution by developing new models so that the study results could be effectively applied in simulations of climatic and ecological effects.</p>
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