新书推荐 : 《未来土地利用模拟模型及资源环境应用》

学术   2024-12-15 07:50   广东  

来源:赛杰奥(2024年11月25日)


土地利用/土地覆盖变化是人类社会经济活动与自然生态过程相互作用的纽带,对区域生态环境产生重要且广泛的影响,并以累积的方式作用于全球环境变化。它涉及人类活动与自然环境两方面复杂的驱动力机制与多样的驱动力因子,与陆地表层物质循环和生命过程密切相关,也直接影响着生物多样性、生物地球化学循环以及资源环境的可持续利用。近几十年来,随着人口的快速增长与全球社会经济的快速发展,人类对生态环境的影响引发了地球表面土地利用和土地覆盖的巨大变化,土地资源的日益紧张,人地矛盾的迅速加剧。随着近几十年来中国社会经济的高速发展,中国已经成为世界上土地利用变化的热点区域,同时也可能是未来全球土地利用变化最受关注的地区。国家实施的“退耕还林”“退耕还草”等土地利用变化政策表明了中国政府对土地利用变化的关注。并且,中国已采取了相应的措施阻止生态用地的退化。同时,一系列城市规划政策,如城市增长边界、生态控制线、基本农田控制线也随之制定并用于控制城市的增长、管理城市的扩张、保护优质的生态用地与优质的农田以及严守“18亿亩耕地红线”。可见,合理的土地政策在未来中国的土地利用变化中也将会起到十分关键的作用。土地利用变化研究逐渐成为保护环境、维持可持续发展等方面不可忽视的重要课题。


▲ 全球多类土地利用/土地覆盖模拟流程示意图

在这个背景下,从宏观层面把握土地利用空间格局的变化是探索人地关系协调发展的重要途径;了解和预测未来土地利用变化的趋势也可以为实施合理的土地政策提供有效的辅助信息。地理模拟与过程建模能够为地理空间复杂系统中人–地关系的研究提供理论与方法支撑,同时也能够为管理城市增长制定长远的土地政策和土地战略,发现未来生态敏感地区,并预防这些地区耕地、生态用地的退化等提供有效的决策支持。其中,元胞自动机(Cellular Automata,CA)是土地利用变化模拟的有效工具,在环境变化和气候变化评估、生物多样性评估、生态系统评估、探索政策规划对城市发展的影响以及划定城市增长边界等许多方面都有广泛的应用。在已有的基于CA的大尺度模拟研究中,现有的模型大多只考虑人类活动的作用,而无法模拟自然效应(气候背景)对土地利用变化的影响,这些影响包括来自宏观和微观尺度的作用,以及空间和非空间的效应。不仅如此,传统模型的转化机制忽略了复杂土地利用变化系统中的突变、弹性与恢复的效应,因而不能很好地模拟多类别土地利用类型间的动态竞争。另外,现有模型的分辨率普遍较低,不能满足局部微观尺度的景观特征变化模拟的需求。较粗的空间分辨率也使得现有的大尺度土地利用变化模拟模型不能充分模拟局部地区的地理格局信息和非线性特征。

▲ GeoSOS-FLUS 软件主界面


针对以上问题,未来土地利用模拟模型及资源环境应用一书提出了一个耦合人类活动与自然效应的未来土地利用模拟(Future Land Use Simulation,FLUS)模型。该模型引入了多种土地利用类型之间的动态竞争,把“自顶向下”的系统动力学(System Dynamics,SD)与“自底向上”的CA结合起来,通过输入多源空间数据、历史统计数据和规划数据,耦合各种社会经济、自然环境以及气候变化因素对多类别土地利用/土地覆盖变化进行模拟。在此基础上,本书用分块并行、多线程的方式改进FLUS模型,并加入考虑规划的驱动作用机制,来模拟规划政策驱动下的城市以及城市群的土地发展变化,评估规划政策对城市发展的影响作用。目前,FLUS 模型已被应用于全球土地利用变化、耦合联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)共享社会经济路径(Shared Socioeconomic Pathways,SSPs)和典型浓度路径(Representative Concentration Pathways,RCPs)的未来长时间序列土地利用变化模拟、多尺度城市演变模拟、精细化城市增长边界划定、“三区三线”智能识别、国土空间规划等地理模拟与空间优化,并为地理国情分析、“三规合一”等方面提供理论与技术基础,以及为城市规划、国土管理与生态建设等提供可靠的定量决策支撑。


本书共10章,主要介绍FLUS模型的理论、方法、应用以及操作方法。

  • 第1章简单介绍了土地利用变化模拟模型与其应用研究进展,阐述了土地利用变化模拟在当前国家发展与战略实现方面的应用价值与前景;
  • 第2章详细介绍了耦合人类活动与自然效应的未来土地利用模拟模型;
  • 第3章主要介绍了基于并行FLUS模型的大尺度高分辨率土地利用变化模拟;
  • 第4章主要介绍了基于SSPs情景的未来全球城市扩张模拟;
  • 第5章进一步讨论了SSPs情景下城市扩张对粮食产量的影响;
  • 第6章阐述了基于SSPs-RCPs耦合情景的未来全球LUCC模拟;
  • 第7章进一步讨论分析了SSPs-RCPs耦合情景下未来全球陆地碳储量;
  • 第8章介绍了基于FLUS模型划定多种规划情景下的城市增长边界;
  • 第9章介绍了耦合FLUS模型和“双评价”的城市开发边界划定研究;
  • 第10章介绍了FLUS 软件及其具体应用案例,还详细介绍了该软件操作过程。



主要作者简介

刘小平

中山大学地理科学与规划学院教授、博士生导师,国家级人才项目获得者。担任广东省城市化与地理环境空间模拟重点实验室主任、中国地理信息产业协会教育与科普工作委员会副主任等。长期致力于土地利用模拟理论、方法与应用研究,先后以第一作者或通讯作者在Nature Sustainability、Nature Communications发表论文4篇。在中科院一区期刊发表SCI/SSCI论文40多篇,成果被评为2020年度中国百篇最具影响国际学术论文。入选科睿唯安“全球高被引科学家”、爱思维尔“中国高被引学者”及全球前2%顶尖科学家榜单。构建和开发自主知识产权的系列模型和软件GeoSOS、FLUS,被国内外同行广泛使用,并应用服务于全国五十多个城市国土空间规划,先后获得广东省自然科学奖一等奖和广东省科技进步奖二等奖。




▋ 本书目录

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ISBN:978-7-03-073734-2



本文摘自《未来土地利用模拟模型及资源环境应用》(刘小平等著. 北京:科学出版社,2024.10)一书“前言”,有删减修改,标题为编者所加。


中国科学院院士朱永官带领一群“土壤高级玩家”,一同创作出了本部集科学性、趣味性和前瞻性于一体的科普著作——《鲜活的土壤》,以科研者的视角和深入浅出的笔触,向大众讲述了土壤的本质、功能、土壤污染问题以及由此带来的粮食安全问题等人们关心和感兴趣的话题。

书中不仅涵盖了土壤的形成、分类、功能等基础内容,还深入探讨了土壤与生态环境、人类健康、文明演变进程等方面的紧密联系。用丰富的科研数据与成果揭示了土壤作为农业生产之基、生态系统之本的不可替代作用,更强调了在当前全球环境变化与资源约束加剧的背景下,科学合理地利用土地资源,对于维护国家粮食安全、促进生态平衡、实现经济社会可持续发展乃至推动人与自然和谐共生的战略价值。


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《土壤盐渍化的诊断、评估、减缓与适应技术指南》由联合国粮农组织 / 国际原子能机构粮食和农业核技术联合中心水土管理和作物营养科专家穆罕默德·扎曼、李恒所著。著者长期致力于改善土壤、水资源与肥料管理的生产实践,为促进国际社会农业积极适应气候变化做出了贡献。



该书回顾了全球土壤盐渍化的历史和治理成败经验,旨在制定盐度和钠化度的评估技术规程,完善盐渍化土壤的缓解和适应措施,创新和推进核技术和同位素技术等的应用,为可持续地利用盐碱地提供可行性方案。该书具有先进性、指导性和实用性,能够切实解决生物盐碱农业所遇到的实际问题。该书可为进行景观和农田土壤盐渍化评估和诊断,利用核技术和同位素技术制定边际土壤可持续利用战略的技术研究人员、一线管理人员提供参考和借鉴。


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Rainer Horn 博士,德国基尔大学教授,世界著名土壤物理学家。现任中-欧土地和土壤合作专家组委员,曾任世界土壤联合会(IUSS)主席,IUSS土壤物理委员会、土壤技术委员会以及第三工作组主席、土壤耕作研究组织主席、德国土壤学会主席等土壤学术组织重要职位。Horn教授在不饱和土壤力学理论创新和应用、土壤物理多尺度过程、土壤力学与水力学、物理化学和生物学等多学科交叉研究等方面取得巨大成就,并成功应用于指导固废处理、地质工程安全以及电缆地下埋藏等社会经济多方面。发表100余篇期刊论文,数十部土壤学专著以及数百篇技术报告,荣获美国土壤学会、美国农学会会士,罗马尼亚、波兰、德国土壤学会以及国际土壤耕作研究组织等学术团体先后授予Horn教授荣誉会员称号。


该书由赵英博士和张斌博士组织,邀请了诸多从事土壤物理研究的中青年工作者共同翻译。他们花费很大精力把该教材引进国内,可使更多的科研人员系统了解土壤物理学,对推动我国土壤物理学的发展意义重大。


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