劉世梁

北京師范大學環(huán)境學院 水環(huán)境模擬國家重點實驗室，北京 100875

數(shù)據(jù)與技術(shù)驅(qū)動下的人類活動對生態(tài)系統(tǒng)的影響及評價研究
——“人類活動的數(shù)量化表征與生態(tài)效應”?？蜓?/p>

劉世梁

北京師范大學環(huán)境學院 水環(huán)境模擬國家重點實驗室，北京 100875

本期《科研信息化技術(shù)與應用》的“人類活動的數(shù)量化表征與生態(tài)效應”?？橇?11 篇文章，涉及了不同的主題，其中綜述性論文 2 篇，研究性論文 9 篇。綜述文章分別對城市研究中多源地理大數(shù)據(jù)的應用和大數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測評價中的應用進行了總結(jié)和熱點論述。研究性論文方向之一是針對人類活動的數(shù)量化表達開展分析，主要是利用燈光數(shù)據(jù)刻畫建設(shè)用地的擴展、衛(wèi)星數(shù)據(jù)提取干擾特征、無人機刻畫公路建設(shè)與災害監(jiān)測方面的應用和通過構(gòu)建人類活動強度指數(shù)分析對自然遺產(chǎn)地的影響。其二是生態(tài)評價和管理信息化方面的研究，主要包括自然保護區(qū)與濕地公園的信息化數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，可以體現(xiàn)人類活動與景觀服務(wù)的數(shù)據(jù)化框架；河岸帶緩沖區(qū)的地理信息圖譜方法，可以較好地反應生態(tài)空間格局與土壤侵蝕之間的關(guān)系，基于 MODIS 影像和模型分析的方法能夠揭示生物多樣性的空間分布，用于生態(tài)保護紅線的劃定；城市遙感地表能量的反演與定量分級，也能很好地揭示城市開敞空間的特征與影響，為城市規(guī)劃提供科學依據(jù)。

人類活動；生態(tài)干擾；生態(tài)效應；遙感影像；生態(tài)環(huán)境

人類活動塑造了不同的景觀，也對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成了巨大影響，全球生態(tài)環(huán)境問題日趨嚴重。人類活動的生態(tài)環(huán)境效應一直是地理學和生態(tài)學的重點研究內(nèi)容 (UNDP, 1995；Douglas, 2006；Li et al., 2017)，傳統(tǒng)生態(tài)效應的研究往往集中在對生態(tài)系統(tǒng)本身的刻畫，而人類活動的信息化表達更為關(guān)鍵，人類活動強度的定量化及其空間化可以更好地描述其時空動態(tài)，也為理解其生態(tài)環(huán)境效應提供支撐，而如何耦合兩者之間的關(guān)系是目前研究的重點和難點 (Roth et al., 2016; Schroeder et al., 2017)。

人類活動作為生態(tài)環(huán)境變化的驅(qū)動力之一，其定量化和空間化的方法過去主要是以統(tǒng)計學的方法為主。而近 10 多年以來，空間化技術(shù)的發(fā)展，越來越多的信息化技術(shù)方法被用到具體的研究中，以地理空間自相關(guān)為基礎(chǔ)的模擬，往往也難以很好地表達空間化差異，時序遙感數(shù)據(jù)、高分辨率影像數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)分析方法在近些年越來越受到關(guān)注 (張翠云和王昭，2004；孫永光等，2012; Gandomi and Haider, 2017)。

本?？珍浟?1篇文章，重點反映了我國近年來在人類活動的數(shù)據(jù)化表征與生態(tài)環(huán)境效應方面的進展。近 10年來，生態(tài)學研究中的城市化生態(tài)環(huán)境效應是最受關(guān)注的話題，朱遞和劉瑜 (2017) 歸納了目前城市研究中常見地理大數(shù)據(jù)的優(yōu)缺點和應用場景，提出了基于地理大數(shù)據(jù)感知城市動態(tài)的思路，強調(diào)了時空模式挖掘方法與多源地理大數(shù)據(jù)的集成，從聚合層面分析城市社會經(jīng)濟現(xiàn)象的分布、聯(lián)系和過程規(guī)律。董玉紅等 (2017) 綜述了目前和生態(tài)環(huán)境相關(guān)的大數(shù)據(jù)的研究與應用情況，特別是大數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測與評價中的應用。目前，在數(shù)據(jù)的獲取中，長期定位觀測、衛(wèi)星遙感技術(shù)、無人機技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應用受到廣泛關(guān)注，而大數(shù)據(jù)在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量、生態(tài)脆弱性、生態(tài)安全和生物多樣性評價中的應用也越來越多，文章還給出了目前在數(shù)據(jù)應用中的問題，歸納總結(jié)了應用中的發(fā)展趨勢。

對于遙感數(shù)據(jù)的應用，基于 DMSP/OLS 燈光數(shù)據(jù)的應用一直受到關(guān)注，劉蘆萌等 (2017) 利用燈光數(shù)據(jù)分析了我國西南地區(qū)建設(shè)用地擴展的空間分布特征，并利用景觀生態(tài)學的方法研究了建設(shè)用地的空間擴展模式，從時間和空間上揭示了人類建設(shè)活動的強度與規(guī)模，為未來區(qū)域生態(tài)環(huán)境評價研究奠定了較好的基礎(chǔ)。吳偉和武瑞東 (2017) 分析了利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)提取生態(tài)干擾信息的方法研究，系統(tǒng)總結(jié)了國內(nèi)外相關(guān)進展，闡述了基于高分一號、Landsat 和 MODIS等三種遙感影像的生態(tài)干擾信息提取方法，并討論了不同方法的適用性和局限性。而無人機技術(shù)近兩年的大發(fā)展已經(jīng)在各行各業(yè)中體現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，公路建設(shè)是地表的強烈干擾因素，粗分辨率的遙感影像往往對其無能為力。田冀等 (2017) 論述了無人機遙感技術(shù)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測研究中的應用，系統(tǒng)地介紹了無人機在公路建設(shè)及引起的塌方監(jiān)測和評估的進展與技術(shù)方法。

章侃豐等 (2017) 針對哈尼梯田遺產(chǎn)開展了人類活動強度的定量化研究，基于地理信息系統(tǒng)方法建立了元陽縣不同土地利用類型的人類影響強度系數(shù)，明確了人類活動強度的大小和空間分異。自然保護區(qū)作為一類特殊的生態(tài)系統(tǒng)，是全球保護生物多樣性與維護自然資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵，人類活動的影響尤為敏感，其信息化管理受到重視，胡佩君和武瑞東(2017) 系統(tǒng)分析了目前自然保護區(qū)網(wǎng)絡(luò)空間信息庫的構(gòu)建技術(shù)，針對我國西南的 7 個省份，利用 GIS 技術(shù)構(gòu)建了較為全面的自然保護區(qū)屬性信息與空間信息庫。而人工生態(tài)系統(tǒng)研究中，濕地公園數(shù)據(jù)庫建設(shè)在濕地保護、管理與景觀服務(wù)定量研究方面具有重要意義，陳凡和角媛梅 (2017) 利用景觀服務(wù)來耦合人類活動與生態(tài)系統(tǒng)之間的關(guān)系，并提出了構(gòu)建景觀服務(wù)數(shù)據(jù)庫的概念模型與邏輯結(jié)構(gòu)，并對濕地公園數(shù)據(jù)庫中各子庫進行詳細設(shè)計，探討滇池湖濱濕地公園景觀服務(wù)數(shù)據(jù)庫的潛在應用。

對于生態(tài)效應評價來說，利用遙感和大數(shù)據(jù)的方法可以揭示其生態(tài)效應的范圍和強度，而地學信息圖譜的思維方式可以反映生態(tài)空間格局與關(guān)鍵過程之間的關(guān)系。趙清賀等 (2017) 通過構(gòu)建滲透指數(shù)，分析了不同植被格局下水土保持功能的變化，對坡面植被格局的水土保持功能進行景觀圖譜表達，提出斑塊方向和聚集程度是控制水土流失的有效格局，為有效控制河岸帶緩沖區(qū)的水土流失提供了較好的思路。侯笑云 (2017) 基于 MODIS 遙感影像，通過 NPP 的計算開展了市域尺度的生物多樣性保護重要性評價并對比分析了模型方法的結(jié)果，結(jié)果為市域生態(tài)保護紅線的劃定提供了科學依據(jù)，為生物多樣性重要性評價及其生態(tài)保護紅線的劃分技術(shù)提供理論支撐與依據(jù)。姚武韜(2017) 利用 Landsat 和 QuickBird 識別了宜居城市開敞空間地表能量的綜合響應特征、作用與影響關(guān)系特征，從其屬性、體量、結(jié)構(gòu)方面對城市地表能量空間分布的格局、狀態(tài)、質(zhì)量及其時空變化的作用與影響作出探索。

[1] Douglas I.The Human Impact on the Natural Environment: Past, Present and Future, 6th Edition - Andrew Goudie[J].Geographical Research, 2006, 44(2): 223-224.

[2] Gandomi A, Haider M.Beyond the hype: Big data concepts, methods, and analytics[J].International Journal of Information Management, 2015, 35: 137-144.

[3] Roth D, Moreno-Sanchez R, Torres-Rojo J M, et al.Estimation of human induced disturbance of the environment associated with 2002, 2008 and 2013 land use/cover patterns in Mexico[J].Applied Geography, 2016, 66:22-34.

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Impacts and the Assessment of Human Activities on Ecosystem Driven by Data and Technology Development: Preface of the Special Feature on “Quantitative Characterization and the Ecological Effects of Human Activities”

Liu Shiliang
State Key Laboratory of Water Environment Simulation, School of Environment, Beijing Normal University, Beijing, 100875, China

There are 11 articles in the special issue of "Quantitative characterization and the ecological effects of human activities"involving different topics, of which two are review articles and nine are research articles.The review articles summarize and discuss the application of multi-source geographic big data in urban research and the application of big data in ecological environment monitoring and evaluation.One research direction is the quantitative characterization of human activities.In this research field, night light data were used to depict the expansion of construction land, satellite data were used to extract human disturbance characteristics, and UAV method was used to characterize highway construction and monitor disaster, also, human activity intensity index was constructed to analyze the in fluence of human activities on natural heritage.The second research field is ecological evaluation and management.In this field, the information databases of nature reserve and wetland park were constructed to re flect human activities and landscape services.Geographic information mapping method in riparian buffer can re flect the relationship between ecological spatial pattern and soil erosion.Based on MODIS image and model analysis, the spatial distribution of biodiversity can be revealed forthe delineation of ecological red line.The inversion and quantitative classi fication of urban remote sensing surface energy can reveal the characteristics and in fluence of urban open space, and provide scienti fic basis for urban planning.

human activity; ecological disturbance; ecological effect; remote sensing image; ecological environment

國家重點研發(fā)計劃項目 (2016YFC0502103)，國家自然科學基金 (41571173)

10.11871/j.issn.1674-9480.2017.03.001

2017年2月10日

劉世梁：北京師范大學環(huán)境學院，教授，主要研究方向為景觀生態(tài)學、恢復生態(tài)學、環(huán)境影響評價與規(guī)劃等。

E-mail:shiliangliu@bnu.edu.cn