英文题目：Human-earth system dynamics in China's land use pattern transformation amidst climate fluctuations and human activities
中文译名：气候变化与人类活动背景下中国土地利用格局转型的人地系统动力学
发表时间：2024年
发表期刊：Science of The Total Environment
第一作者：Xinxin Huang et al
第一单位：中国科学院地理科学与资源研究所
DOI：10.1016/j.scitotenv.2024.176013
精选理由：本文从人地系统理论出发，分析了1996年至2022年间气候变化与人类活动对中国土地利用格局转型的影响。研究结合多种分析方法，包括地理探测器、随机森林模型等，揭示了区域性土地利用变化的复杂动态，如快速城市化导致耕地减少，而北方地区建设用地大幅增加。气候因素在耕地扩展和森林变化中起到了关键作用。该研究强调了人地系统动力学在可持续土地管理和气候适应策略中的重要性，为政策制定提供了科学依据，有助于应对未来环境与社会挑战。
在快速的环境变化中，气候变化与人类活动的相互作用正在重塑土地利用格局，凸显了人地系统动力学的重要性。本研究基于人地系统理论，探讨了1996年至2022年间中国土地利用模式、气候变化和人类活动之间的复杂关系。我们使用了结合地理探测器（GeoDetector）、随机森林（RF）模型、数据包络分析（DEA）、Spearman秩相关分析和k-means聚类的综合分析框架，对国家土地调查、气候记录和夜间灯光观测数据进行了分析。研究结果表明，土地利用发生了显著但区域性不同的变化：耕地面积减少了1.67%，其主要原因是快速城市化和政策变化，尤其是在城市化迅速的江苏省，耕地面积减少了19.19%。相比之下，北方地区的建设用地增加了2.2591亿公顷。气候变化的影响也十分明显，气温上升与东北和西北地区耕地扩张呈正相关，江苏省的城市用地增加了35.51%。降水模式的变化则与森林覆盖区域的变化相关联。该研究强调了人地系统内的动态与复杂互动，强调了亟需可持续的土地管理和气候适应策略，以提高土地利用效率和韧性。我们的研究为土地管理和气候适应的政策制定提供了坚实的基础，倡导通过人地系统科学的方式应对未来的环境和社会挑战。
中国占全球陆地面积的6.4%，具有复杂的地理特征。中国的地理和环境特征，中国是一个跨越各种气候带和地貌的国家。
该研究采用了一种综合的方法，将土地利用、气候和人类活动数据结合起来，以探索它们对中国土地利用模式演变的总体影响。
【人地系统理论】
人地系统理论构成了本研究的基本框架，提供了一种结构化的方法来分析和解释自然环境与人类社会之间的相互作用。该理论植根于地理学和生态学的基本原理，强调自然系统和社会系统之间的相互依赖性和复杂的反馈机制。
【相关系数分析】
利用相关系数来判断两个变数间的线性关系强度与方向。
【多变量影响分析】
①利用GeoDetector这一有效的统计工具来阐明环境因子与响应变量之间的关系。
②随机森林（RF）模型通过集成多个决策树来增强预测精度和稳定性。
我们采用了四重交叉验证来彻底评估模型的预测能力。该模型在独立测试集上的有效性使用决定系数（R2）进行测量，决定系数是量化预测值与实际观察值之间对齐的关键统计量。
【聚类特征识别】
这项研究应用了k-means聚类分析，这是一种流行的非监督机器学习技术。
为了进一步验证聚类的有效性，我们探索了其他方法：斜率变化法，轮廓系数和Davies-Bouldin指数（DBI）。
1996年至2022年间，中国耕地面积减少了1.67%，尤以江苏省为甚，减少幅度达到19.19%，而北方地区建设用地大幅增加了225.91万公顷。
气温升高与东北和西北地区耕地扩展呈正相关，而江苏省的城市用地在气温升高背景下增加了35.51%。降水模式的变化与某些地区的森林面积波动密切相关。
研究提出了多项土地管理和气候适应策略，旨在提升土地利用效率和可持续性，加强社会与生态系统应对未来气候变化的韧性。
研究揭示了气候变化和人类活动共同驱动下的土地利用格局显著变化，耕地减少，城市和草地面积增加，尤其是在快速城市化的省份如江苏省。
温度和降水等气候因素与土地利用类型的变化密切相关，不同区域的气候波动影响了耕地、城市和森林等土地类型的动态变化。
通过结合多种数据与分析方法，研究为未来的土地管理政策提供了科学依据，并呼吁结合遥感数据与机器学习技术来应对数据不足的问题，为进一步精准预测土地利用趋势奠定基础。
图3. FNLS、SNLS和TNLS土地使用分类区概览。
图4. 1996 - 2022年土地利用变化的时间动态。
图5. 2010-2022年中国各省人口动态及其与土地利用的相关性分析。
图6. 2010-2022年中国各省作物产量动态及其与土地利用的相关性分析。
图7. 2010-2022年中国各省夜间光照动态及其与土地利用的相关性分析。
图8. 使用耦合GeoDetector和RF模型进行多变量影响分析。
图9. 基于第七次人口普查数据的气候变化影响下中国人口外流趋势分析。
图10. 基于k-means聚类法的人类活动影响下生活服务设施数量分析。
