佳文赏析 | 《地球信息科学学报》：中国土地利用变化遥感研究的回顾与展望——基于陈述彭学术思想的引领...

土地利用变化是导致全球变化的重要诱因和结果，探测与模拟土地系统的动态变化是理解人类活动的环境效应的关键环节。改革开放以来，经济和工业化的快速发展以及城市化进程的加快对中国土地利用空间格局变化产生了显著影响，成为影响国家生态与环境状况，以及影响区域气候变化的关键原因。为支持国家资源环境可持续发展的科学决策，地理工作者必须及时准确地掌握国家土地利用变化和生态系统退化的态势和区域差异规律，指导人们正确开发利用自然资源，保护生态环境，并向国家决策部门提供科学有效的科学咨询。

在陈述彭先生指导下，1992年以来中国科学院建立起了完整的土地利用/覆盖变化遥感监测与数据分析技术路线，以及独特的分类体系和动态区划体系，奠定了中国LUCC信息平台的基础。在整个研究工作的论证与执行过程中，陈述彭院士给予了全过程的学术指导，同时，在各阶段成果凝练与下一步项目设计中，高瞻远瞩地把握国际遥感科学技术前沿，指明重大应用需求方向，使我国的土地利用变化遥感科学事业不断创新发展。

中国LUCC团队和LUCC数据介绍

在“八五”期间（1991—1995），中国科学院启动了国家资源环境遥感宏观调查与动态研究项目，完成了全国范围的资源环境遥感调查并建立了相应的技术系统。项目设计了以30m空间分辨率卫星遥感信息源为基础的遥感监测与数据分析技术路线，以及土地利用类型-生态环境背景单元组合的分类系统，进行了大量艰苦细致的遥感图像解译和多层属性地理信息空间分析，完成了国家尺度土地利用-生态环境背景组合信息数据库，分析了国家土地资源及其生态环境背景的区域分异特征，以及国家耕地资源和典型区城市、沙漠、水域、土壤侵蚀的动态变化规律。

陈述彭院士指导了项目的设计与成果总结工作，他提出的运行体制、高科技转化为生产能力、地面台站网络观测数据共享以及国产资源环境卫星数据实时供应等问题，成为遥感科技界持续努力的方向。

1996年经陈述彭院士、童庆禧院士建议科技部设立的科技攻关项目，以及中国科学院于1999年启动的知识创新工程重大项目的支持下，中国科学院发展了基于遥感的时间-空间土地利用数据库建设技术方法，建立了20世纪80年代末期、1995年和2000年共3期覆盖全国的卫星影像库和土地利用空间数据库，完成了我国国土资源遥感时空数据系列，为国家开展土地利用动态监测与科学研究奠定了技术和数据基础，进而对我国20世纪80年代末期到2000年的土地利用变化过程进行了全面分析。

陈述彭院士认为该项成果“它标志着我国土地利用研究与时俱进，跨进了全新的一代；跻身于新世纪空间时代、信息社会土地覆盖与土地利用研究领域的国际先进行列”。

陈述彭先生指导LUCC团队土地利用遥感监测业务工作

在全国LUCC遥感监测的规范化和业务化运行的基础上，完成了21世纪以来的每隔5年的土地利用变化监测，在此基础上分析揭示了21世纪初10年土地利用变化的时空规律及其主要政策、经济和自然归因。在此阶段，长时间序列的LUCC遥感监测成果在各个领域得到了广泛应用，相关成果的中英文引用达到上万次。这一时期，关于土地利用变化背后的自然和人为驱动力的研究更加深入，对于农业开垦、生态退耕等过程开展了深入的驱动机制剖析，并就土地利用变化带来的生态和气候效应进行了研究，为国家生态保护和可持续发展战略提供了科学支持。在对此成果的指导中，陈述彭院士将LUCC遥感监测成果的应用明确指向国家资源保护和区域可持续发展战略，为今后的学科领域拓展与应用做出了前瞻性的展望与预判。

LUCC团队土地利用遥感监测专著

在陈述彭院士学术思想的指引下，众多学者分析LUCC科学领域的国家需求与国际科技前沿，并结合实现国家可持续发展战略的需求，提出了土地利用变化研究的核心科学问题。

01 进入工业化时代以来，中国乃至全球LUCC变化的时空过程的基本规律是什么？全球变化和人类社会活动如何驱动这一宏观过程的形成与演化？

02 LUCC与全球变化的共同作用对生态系统结构和功能已经产生或将在未来产生什么影响？LUCC变化导致生态系统退化的机理是什么？人类如何通过自身行为的调整实现对生态系统的保护和修复？

03 如何集成并发展陆地系统探测与模拟研究的技术手段，实现地理信息学研究和自然、人文地理学研究的学科交叉，进而发展陆地系统变化研究的方法体系？

在陈述彭院士学术思路指引下，中国科学院LUCC研究团队围绕国家需求和国际研究前沿科学问题，在LUCC时空表征与分析模型、LUCC过程及驱动机制、基于大数据和云计算的LUCC探测方法、城市土地利用变化的区域气候/生态效应、气候变化与土地利用变化对农田生态系统的影响、林业活动的区域气候/生态效应等方面取得了一系列研究进展。

在土地利用/覆盖动态时空表征与分析模型方面，研究团队开展了高精度的国家尺度长时间序列土地利用/覆盖变化遥感监测，以卫星影像作为主要数据源，建成了国家尺度土地利用变化数据库，实现了每隔5年的连续变化监测并形成了全国范围的土地利用数据更新。截止目前已完成20世纪80年代末、1995、2000、2005、2010和2015年共6期的全国土地利用1:10万比例尺矢量数据库和1 km比例成分栅格数据库。完成了多个资源环境时空规律模型的构建，包括土地利用动态度模型、土地利用程度评价模型、土地资源空间分布模型、土地资源的生态环境背景评价模型等，揭示了改革开放以来经济快速发展过程中土地利用变化的现代过程。

1995—2015年中国土地利用数据  

在土地利用/覆盖变化过程及驱动机制方面，研究团队开展自20世纪80年代末以来的中国土地利用/覆盖变化空间格局变化的分析，以LUCC时空模式的提炼为主线，实现了LUCC过程与格局的集成研究，揭示了20世纪80年代至2015年中国土地利用动态区划边界、动态区划中的区划单元的变迁、消长等的“格局的变化过程”以及“变化过程的格局”，刻画了LUCC动态区划中区划单元的消长、边界变动以及土地利用变化强度的时空特征，揭示了土地利用“格局”与“过程”之间的交替转化规律及在不同类型和区域的驱动机制。阐明了全国土地资源时空分布规律及影响因子，实现了模型分析结果的高分辨率图形表达。

1990-2000年中国土地利用动态变化区划

2000—2010年中国土地利用动态变化区划

在此基础上本文也对未来LUCC研究进行了展望，提出了新时期LUCC研究的新目标和使命。

一方面，在地理学思维指导下从基于遥感影像的“地理图斑”概念出发，发展遵循“粒化-重组-关联”计算思维的遥感信息提取的新方法，充分挖掘遥感数据的空间、时间与属性等多维度信息。另一方面，利用当前迅速发展的大数据（包括社交媒体数据、电子地图POI 数据、开源数据、手机APP数据、出行轨迹数据、物联网传感器数据等）为刻画土地系统的社会经济数据提供了可能。

土地覆盖和土地利用产品是地球系统模式中陆表下垫面数据的重要数据源，但目前的LUCC产品难以与地球系统模式或生态模型无缝衔接。比如对于光合作用模拟至关重要的植物光合作用途径（C3 或C4 植物类型）等类型信息在现有的LUCC 产品中仍是空白。土地管理措施的变化如农业灌溉具有重要的区域生态和气候效应，但灌溉等在目前的LUCC产品中尚十分缺乏。

土地利用变化既是全球环境变化的原因和结果，又是缓解和适应全球环境变化的强大手段。未来，我们需要利用获得的土地系统知识来发展和建立可持续土地管理做法和政策的原型，从而利用调整土地利用实现可持续发展目标。通过土地系统科学的角度服务于联合国可持续发展目标（SDGs）的实现，从关注探索性的研究转向对土地系统的功能及其动态的理解，与利益相关者（stakeholders）一起寻找适应和缓解全球环境变化和社会风险的方法。

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转载自地球信息科学学报

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