景觀研究的尺度性課件

景觀研究的尺度性

在幾乎所有的生態(tài)學(xué)研究和應(yīng)用中,尺度問題都沒有明確清晰的論述和充分量化，對尺度問題的研究尚未達到成熟的程度。景觀生態(tài)學(xué)已成為闡述生態(tài)學(xué)中基本的尺度問題的主要推動力。景觀研究的尺度性在幾乎所有的生態(tài)學(xué)研究和應(yīng)用中,尺度問1景觀研究的尺度性（一）為什么尺度在通常的生態(tài)學(xué)，特別是在景觀生態(tài)學(xué)中扮演著突出的角色？（二）尺度的概念與特征尺度的概念尺度的表達尺度的特征景觀生態(tài)學(xué)的尺度研究研究尺度的意義和作用尺度性與穩(wěn)定性的關(guān)系（三）尺度分析尺度識別尺度選擇尺度效應(yīng)尺度推繹景觀研究的尺度性（一）為什么尺度在通常的生態(tài)學(xué)，特別是在景觀2（一）為什么尺度在通常的生態(tài)學(xué)，特別是在景觀生態(tài)學(xué)中扮演著突出的角色？問題的解決：與大多數(shù)環(huán)境和資源管理、生物圈相關(guān)的亟待需要解決的問題發(fā)生在大、中尺度上，都要求在較大的尺度上理解格局和過程。認識的深入：生態(tài)學(xué)家逐漸認識到尺度選擇對研究結(jié)果的影響。理論的促進：自然界的等級結(jié)構(gòu)，以及不同過程時空尺度之間的正相關(guān)，成為1980s早期生態(tài)學(xué)理論探討的重要主題，奠定了生態(tài)學(xué)上處理尺度問題的重要基礎(chǔ)。（一）為什么尺度在通常的生態(tài)學(xué)，特別是在景觀生態(tài)學(xué)中扮演著突3（二）尺度的概念與特征尺度的概念通常意義上的尺度是指在觀察或研究某一物體或現(xiàn)象時所采用的空間或時間單位，同時又可指某一物體或現(xiàn)象在空間和時間上所涉及到的范圍，即空間尺度和時間尺度。尺度本質(zhì)上是自然界所固有的特征或規(guī)律，而為有機體所感知。尺度研究的根本目的在于通過適宜的測量尺度來揭示和把握本征尺度中的規(guī)律性。本征尺度測量尺度（二）尺度的概念與特征尺度的概念本征尺度測量尺度4（二）尺度的概念與特征尺度的概念

時空尺度-組織尺度（Organizationalscale）

生態(tài)學(xué)中的尺度-地理學(xué)或地圖學(xué)中的比例尺（Scale）

絕對尺度與相對尺度

（二）尺度的概念與特征尺度的概念5（二）尺度的概念與特征尺度的表達粒度

空間粒度：指景觀中最小可辯識單元所代表的特征長度、面積或體積，如樣方、像元或柵格細胞（圖）。

時間粒度：指某一現(xiàn)象或事件發(fā)生的（或取樣的）頻率或時間間隔，如野外測量生物量的取樣時間間隔，某一干擾事件發(fā)生的頻率，模擬的時間間隔。幅度

空間幅度：所研究區(qū)域的總面積（圖）。

時間幅度：研究項目持續(xù)的時間。

（二）尺度的概念與特征尺度的表達6空間粒度和空間幅度景觀研究的尺度性課件7（二）尺度的概念與特征尺度的表達

一般地說，從個體、種群、群落、生態(tài)系統(tǒng)、景觀到全球生態(tài)學(xué)，粒度和幅度呈逐漸增加趨勢。

粒度和幅度在邏輯上互相制約。大幅度通常對應(yīng)著粗粒度，而小幅度通常對應(yīng)著細粒度。

在不具體指明是“幅度”，還是“粒度”時，“尺度”一詞的言外之意是幅度，以及與其相應(yīng)的粒度。（二）尺度的概念與特征尺度的表達8景觀研究的尺度性課件9（二）尺度的概念與特征尺度的特征多維性與二重性多維性：組織尺度，空間尺度，時間尺度，現(xiàn)象尺度，觀測尺度，分析尺度等。二重性：尺度的空間和時間兩個維度在生態(tài)學(xué)研究實踐中更受重視。

截至目前，對空間尺度的研究較多，所涉及的問題也較廣，而對時間尺度的研究相對較少。（二）尺度的概念與特征尺度的特征10（二）尺度的概念與特征尺度的特征層次復(fù)雜性

不同尺度上的生態(tài)研究（二）尺度的概念與特征尺度的特征11（二）尺度的概念與特征尺度的特征變異性

生態(tài)學(xué)的格局和過程在不同尺度上會表現(xiàn)出不同的特征。

不同尺度的現(xiàn)象和過程之間相互作用、相互影響，表現(xiàn)出復(fù)雜性特征。不同尺度間的相互作用機制正是生態(tài)學(xué)研究的重要課題。（二）尺度的概念與特征尺度的特征12（二）尺度的概念與特征景觀生態(tài)學(xué)的尺度研究景觀生態(tài)學(xué)的研究基本對應(yīng)著中尺度范圍，即從幾十公里到幾百公里，從幾年到幾百年。根據(jù)所反映尺度的不同，景觀生態(tài)學(xué)有兩類主要的研究：

闡明基質(zhì)中景觀要素（尤其是相鄰兩者）之間的相互作用，揭示整個景觀結(jié)構(gòu)與動態(tài)的相對小尺度機制；

大尺度動態(tài)與作為整體的基質(zhì)行為。人類尺度（二）尺度的概念與特征景觀生態(tài)學(xué)的尺度研究人類尺度13（二）尺度的概念與特征研究尺度的意義和作用

格局與過程的時空尺度化是當(dāng)代景觀生態(tài)學(xué)研究的熱點之一。

景觀生態(tài)學(xué)研究的重要任務(wù)之一就是了解不同時間和空間尺度的異質(zhì)信息，弄清研究內(nèi)容隨尺度發(fā)生變化的規(guī)律性。

尺度選擇對許多學(xué)科的再界定具有重要意義。

生態(tài)過程和約束因尺度不同而異。測量不同尺度上的異質(zhì)性有助于認識在哪一尺度上異質(zhì)性控制某一生態(tài)過程。

觀察異質(zhì)性景觀在不同尺度上的動態(tài)可以了解景觀的空間等級結(jié)構(gòu)。（二）尺度的概念與特征研究尺度的意義和作用14（二）尺度的概念與特征尺度性與穩(wěn)定性的關(guān)系尺度性與穩(wěn)定性有著重要的聯(lián)系。

小尺度上：生態(tài)系統(tǒng)常表現(xiàn)出非平衡特征或“瞬變特征”，可能會出現(xiàn)激烈波動；

大尺度上：生態(tài)系統(tǒng)常?？梢钥朔渲芯植可锓答伒牟环€(wěn)定性，而體現(xiàn)出較大的穩(wěn)定性。（二）尺度的概念與特征尺度性與穩(wěn)定性的關(guān)系15（三）尺度分析尺度分析主要面臨四方面的問題:尺度識別尺度選擇尺度效應(yīng)尺度推繹

雖然生態(tài)學(xué)家已經(jīng)認識到時空尺度的重要意義，但是如何選擇合適的尺度對某一生態(tài)過程進行研究，還沒有形成完整的理論和方法體系；同時，對不同尺度上生態(tài)過程相互作用機制的研究也還很不充分。（三）尺度分析尺度分析主要面臨四方面的問題:16（三）尺度分析尺度識別對于某個特定的問題，發(fā)展識別正確尺度的規(guī)則仍然是目前一個重要的研究主題。

空間統(tǒng)計學(xué)的發(fā)展為尺度的識別提供了大量有用的技術(shù)。生態(tài)學(xué)家在分析其數(shù)據(jù)時，并沒有他們所期望的單一適宜的尺度。但是，一套適宜尺度的識別，或多尺度分析，必須要進行；分析結(jié)果的解釋也有待成熟。（三）尺度分析尺度識別17（三）尺度分析尺度選擇尺度選擇是研究的起點和基礎(chǔ)，關(guān)系到尺度研究中的試驗設(shè)計、研究方法、信息收集和誤差問題。在確定本征尺度之后，可以進行尺度的選擇：1）觀測尺度：取樣2）分析尺度

（三）尺度分析尺度選擇18（三）尺度分析尺度選擇在充分考慮研究者、研究項目及研究對象因素的情況下，尺度選擇應(yīng)該具有層次性，即至少要包括核心尺度，小尺度組分和大尺度背景三個層次。景觀以下的生態(tài)系統(tǒng)和群落等小尺度資料對于景觀生態(tài)學(xué)分析仍具有重要的支撐作用。不過，最大限度地追求資料的尺度精細水平同樣是一種不可取的做法。（三）尺度分析尺度選擇19（三）尺度分析尺度效應(yīng)特征的變化當(dāng)尺度變化時，系統(tǒng)可能在“封閉”和“開放”之間轉(zhuǎn)換。當(dāng)尺度變化時，影響同一過程的變量的相對重要性、過程之間的相互關(guān)系也可能發(fā)生變化?？臻g尺度變量的相對重要性：潛在蒸散量（PET），植物凋落物的分解速率相互作用關(guān)系：不同物種多度之間的正負關(guān)系，櫟樹幼苗死亡率與降水量之間的正負關(guān)系時間尺度變量的相對重要性：土壤中有機物動態(tài)（圖）相互作用關(guān)系：浮游植物和浮游動物多度之間的相關(guān)關(guān)系當(dāng)尺度增大時，相對于原始測定值的誤差或方差也應(yīng)該被相應(yīng)地尺度化。（三）尺度分析尺度效應(yīng)20空間異質(zhì)性、斑塊性、空間格局及它們對尺度（粒度和幅度）的依賴性景觀研究的尺度性課件21土壤中有機物動態(tài)隨觀測時間尺度的變化景觀研究的尺度性課件22尺度推繹Whyscaling?（三）尺度分析1).Mostecologicalstudieshavebeendoneatsmallscales.2).Mostenvironmentalandsocietalproblemsneedtobedealtwithonbroadscales.3).Understandinghownatureworksrequiresconsiderationofmultiplescalesandtheirhierarchicallinkages.尺度推繹（三）尺度分析23（三）尺度分析尺度推繹

尺度推繹（scaling）：利用某一尺度上所獲得的信息和知識來推測其它尺度上的特征，或者通過在多尺度上的研究探討生態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)和功能跨尺度特征的過程；簡而言之，尺度推繹即為尺度信息轉(zhuǎn)換。Scalingisthetranslation(orextrapolation)ofinformationfromonescaletoanotherintimeandspaceoracrosshierarchicallevelsoforganization。

包括尺度上推（scalingup）和尺度下推（scalingdown）。將小尺度上的信息轉(zhuǎn)換到大尺度上的過程。將大尺度上的信息轉(zhuǎn)換到小尺度上的過程。（三）尺度分析尺度推繹將小尺度上的信息轉(zhuǎn)換到大尺度上的過程。24（三）尺度分析尺度推繹尺度推繹的復(fù)雜性

近來的研究表明，尺度推繹常常是復(fù)雜的，在研究時會出現(xiàn)各種各樣的問題和障礙，這使得尺度推繹成為景觀生態(tài)研究中的一個難點。

每一尺度都有其約束體系和臨界值。尺度推繹必然要超越這些約束體系和臨界值。

不同尺度上的組分之間的非線性關(guān)系和反饋作用非常普遍。

空間異質(zhì)性無所不在，而且因尺度而異，使尺度推繹過程更加復(fù)雜。

不同時空尺度的聚合會產(chǎn)生不同的估計誤差，信息總是隨著粒度或幅度的變化而喪失。尺度上推的挑戰(zhàn):1）正確地定義小尺度信息的時空異質(zhì)性；（2）將此異質(zhì)性正確地綜合或合并到大尺度上。（三）尺度分析尺度推繹25（三）尺度分析尺度推繹尺度推繹的方法TwoGeneralApproachestoScaling1.Similarity-BasedScalingApproachesY=Y0XborlogY=blogX+logY0

Simplescalingrelations——allometricrelationship2.DynamicModel-BasedScalingApproaches(upscaling)ExtrapolationbylumpingExtrapolationbyeffectiveparametersDirectextrapolationExtrapolationbyexpectedvalueExplicitintegrationSpatiallyinteractivemodeling（三）尺度分析尺度推繹26TheScalingLadderApproach

(Wu1999,Wu&David2002)TheScalingLadderApproach

(27ScalingUpwithModeling/GIS/RemoteSensing

尺度推繹的理論和方法有待發(fā)展，復(fù)雜性理論和景觀生態(tài)學(xué)理論作為其理論基礎(chǔ)，數(shù)學(xué)模型和計算機模擬作為其重要工具，現(xiàn)代技術(shù)（如遙感、GIS）作為其主要手段，都必將為此作出重要貢獻。ScalingUpwithModeling/GIS/R28（三）尺度分析尺度推繹長期生態(tài)研究中的尺度上推

可以預(yù)見，多尺度和長期生態(tài)學(xué)研究將會成為研究的主流。

現(xiàn)今社會的一些客觀問題要求生態(tài)學(xué)研究在尺度上必須與其相匹配。

生態(tài)系統(tǒng)的時間延遲效應(yīng)十分明顯，許多生態(tài)過程需要長期的觀測才可完成。（三）尺度分析尺度推繹29長期生態(tài)研究在時間尺度上的擴展及不同尺度上的有關(guān)生物及物理現(xiàn)象景觀研究的尺度性課件30長期生態(tài)研究的空間尺度擴展