鄭榮寶， 盧潤開， 唐曉蓮， 李爽， 張雅琪， 黃婷

(廣東工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院， 廣東 廣州 510520)

1998-2016年全球LUCC研究進(jìn)展與熱點(diǎn)分析

鄭榮寶， 盧潤開， 唐曉蓮， 李爽， 張雅琪， 黃婷

(廣東工業(yè)大學(xué) 管理學(xué)院， 廣東 廣州 510520)

以Web of Science為數(shù)據(jù)源，運(yùn)用文獻(xiàn)計量方法與可視化分析工具，從文獻(xiàn)時間分布、研究機(jī)構(gòu)、科學(xué)領(lǐng)域分布、文獻(xiàn)作者和研究熱點(diǎn)等維度，對1998-2016年全球土地利用/覆蓋變化(LUCC)研究進(jìn)展進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘.研究結(jié)果表明：目前LUCC研究日益成熟，文獻(xiàn)逐年穩(wěn)定增長，發(fā)展前景依然廣闊；機(jī)構(gòu)和作者合作網(wǎng)絡(luò)還相對松散，LUCC全球合作有待進(jìn)一步加強(qiáng)；LUCC研究學(xué)科交叉性強(qiáng)，綜合集成了環(huán)境科學(xué)、生態(tài)學(xué)、地理學(xué)等多個自然與社會學(xué)科；LUCC研究熱點(diǎn)眾多，氣候變化、生態(tài)系統(tǒng)、地表景觀、城鎮(zhèn)化、森林砍伐等熱點(diǎn)受到高度關(guān)注；綜合性研究是未來LUCC的發(fā)展趨勢，體現(xiàn)在多學(xué)科、多時空、多尺度、多方法的交叉.未來LUCC要在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化、大尺度遙感圖像融合、歷史地圖資料不準(zhǔn)確性與當(dāng)代資料整合，以及LUCC全球分類體系和LUCC成果應(yīng)用等方面加強(qiáng)研究.

土地利用/覆蓋變化； 文獻(xiàn)計量； 可視化分析； 數(shù)據(jù)挖掘

Abstract： Using the Web of Science database as data source， the literature measurement method and visual analysis tool have been used to analyze the research situation of LUCC (land-use and land-cover change) during 1998 to 2016 in the literature time distribution， research institutes， scientific field distribution， literature authors and research hot-spots， etc.. The results show that: at present， the LUCC research is becoming more and more mature， but the literature is still growing steadily and the prospect is broad； the cooperative network of institutions and authors is relatively loose， suggesting that the global cooperation of LUCC needs to be further strengthened； the study of LUCC is a highly interdisciplinary research， covering environmental science， ecology， geography and many other disciplines. LUCC has many research hot-spots， including climate change， ecosystem， surface landscape， urbanization， deforestation and so on； synthesis is the future development trend of LUCC， embodied in multidisciplinary， multi-temporal scale， multi-level， theory and methods and so on.Next， data standardization， large-scale remote sensing image pixel mixing， inaccurate processing and integration of historical map data， establishment of LUCC global classification system and results application should be strengthened in LUCC.

Keywords： land-use and land-cover change； bibliometrics； visual analysis； data mining

土地利用/覆蓋變化(land-use and land-cover change，LUCC)由國際地圈生物圈計劃(IGBP)和全球變化人文因素計劃(IHDP)聯(lián)合于1998年正式提出[1-2].土地利用是指人類依據(jù)一定的技術(shù)和手段對土地實(shí)施開發(fā)利用以實(shí)現(xiàn)社會經(jīng)濟(jì)目的的過程和活動.土地覆蓋被IGBP和IHDP官方定義為在自然社會雙因素共同作用下近地面表層的自然狀態(tài)[2].工業(yè)革命以來，人類經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和人口的急劇膨脹對地球環(huán)境產(chǎn)生了深刻影響，氣候異常、溫室效應(yīng)、生態(tài)破壞、環(huán)境污染、資源消耗和生物性銳減等環(huán)境問題不斷凸顯，對人類的生存和發(fā)展產(chǎn)生了直接威脅.在此背景下，全球變化科學(xué)誕生并成為研究焦點(diǎn)[3-5].自1998年IGBP和IHDP提出了LUCC研究計劃以來，LUCC在國內(nèi)外的研究成果日益豐碩[6]，我國許多學(xué)者對LUCC國內(nèi)外不同時期的研究現(xiàn)狀和進(jìn)展進(jìn)行探究[7-11]，為國內(nèi)LUCC發(fā)展奠定基礎(chǔ).LUCC研究涉及范圍較大和研究成果很多，使用傳統(tǒng)綜述手段難以對所有的內(nèi)容和材料進(jìn)行完整、直觀的描述，而新興的文獻(xiàn)計量和可視化分析方法則可以有效地克服這一困難.鑒于此，本文使用文獻(xiàn)計量和可視化分析工具，以定量、客觀、多元和動態(tài)的視角和方法對全球LUCC研究進(jìn)行文獻(xiàn)信息數(shù)據(jù)挖掘與分析，從中梳理發(fā)展概況，剖析研究熱點(diǎn).

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1研究方法

CiteSpace是一款在科學(xué)計量學(xué)背景下逐漸發(fā)展起來的引文可視化分析軟件[12]，通過知識單元之間的共現(xiàn)分析和引文空間挖掘可以將某一科學(xué)領(lǐng)域的知識特征和信息以美化直觀的網(wǎng)絡(luò)知識圖譜展現(xiàn)出來.通過可視化分析，可以從海量的文獻(xiàn)信息中找到最為關(guān)鍵和重要的有效信息，識別出其中的研究前沿、演變歷程和發(fā)展趨勢.

此外,文中還將運(yùn)用普萊斯定律及系列評價指標(biāo)，對LUCC研究領(lǐng)域內(nèi)的研究概況進(jìn)行文獻(xiàn)定量計量與評價分析.指標(biāo)評價主要來源于美國科技信息所(ISI)推出的基本科學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(ESI)，包括頻次、被引頻次、IF影響因子、H指數(shù)和ESI排名等系列評價因子.普萊斯定律可以判斷某一主題研究領(lǐng)域的核心作者群是否已經(jīng)形成[13-15]，其計算公式為

上式中:nmax為最高產(chǎn)作者論文數(shù)；x(1，nmax)為論文總數(shù).

1.2數(shù)據(jù)來源

以Web of Science為數(shù)據(jù)源，使用文獻(xiàn)計量方法和可視化分析工具對1998-2016年全球LUCC科學(xué)研究領(lǐng)域的樣本文獻(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和計量分析.具體來說，以科學(xué)性、全面性和合理性為導(dǎo)向，在Web of Science以SCI-EXPANDED和SSCI索引為數(shù)據(jù)來源，對1998-2016年期間的LUCC文獻(xiàn)進(jìn)行檢索，檢索條件為“主題：(“l(fā)and-use$” and “l(fā)and-cover$”) OR 主題:(“LUCC”) OR 主題:(“LULC”) AND 文獻(xiàn)類型: (Article)”.

從文獻(xiàn)信息的完整性和參考價值出發(fā)，僅保留ARTICLE，PROCEEDINGS PAPER和REVIEW三種文獻(xiàn)類型，最終命中文獻(xiàn)8 239篇，經(jīng)篩選剔除剩余8 208篇樣本文獻(xiàn).同時，為了對LUCC國際學(xué)術(shù)圈中國內(nèi)研究進(jìn)展做出研究，以國家/地區(qū)為PEOPLE R CHINA為條件篩選出WOS數(shù)據(jù)庫樣本文獻(xiàn)中源于中國的文獻(xiàn)，共計1 250篇.

提取樣本數(shù)據(jù)關(guān)鍵信息繪制網(wǎng)絡(luò)合作及網(wǎng)絡(luò)共現(xiàn)科學(xué)知識圖譜，對全球LUCC研究進(jìn)行系統(tǒng)梳理.將數(shù)據(jù)導(dǎo)入CiteSpace軟件后，主要操作步驟及參數(shù)設(shè)置如下：1) 時間切片為1 a；2) 數(shù)據(jù)分析閥值為TOP30；3) 圖譜裁剪方式為Minimum Spanning Tree，可得到各節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)圖譜.

2 研究維度分析

2.1時間維度

從時間維度出發(fā)，發(fā)文量與被引頻次等指標(biāo)可以很大程度上反映該研究領(lǐng)域的發(fā)展階段、趨勢與受關(guān)注程度.樣本文獻(xiàn)數(shù)量年度分布，如圖1所示.由圖1可知：在1998-2016年期間，LUCC主題研究文獻(xiàn)基本呈現(xiàn)穩(wěn)定增長態(tài)勢，年平均發(fā)表論文410篇，平均增長率為19%，2016年達(dá)到頂峰的1 006篇，占文獻(xiàn)總數(shù)的12.3%.由此可知，在當(dāng)前全球環(huán)境嚴(yán)峻的大背景下，LUCC研究熱度持續(xù)升溫，研究成果逐年增多，可以預(yù)見未來LUCC研究文獻(xiàn)成果將保持穩(wěn)定發(fā)展態(tài)勢.

文獻(xiàn)引文數(shù)量年度分布，如圖2所示.由圖2可知：在文獻(xiàn)引文頻次分布狀況方面，樣本文獻(xiàn)總被引頻次170 834次，除去自引的引文次數(shù)共計145 420次，文獻(xiàn)平均被引用次數(shù)20.81.同時，被引次數(shù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增長態(tài)勢，并在2016年達(dá)到了頂峰30 552次，表明該領(lǐng)域的論文質(zhì)量和傳播范圍不斷提高擴(kuò)大.H-index指數(shù)為153，同樣驗(yàn)證了LUCC在國際研究的高關(guān)注度，未來研究具有廣闊的空間.

圖1 樣本文獻(xiàn)數(shù)量年度分布 圖2 文獻(xiàn)引文數(shù)量年度分布Fig.1 Published items distribution in each year Fig.2 Citations distribution in each year

由圖1可知：和國外的研究相比，來源于中國的文獻(xiàn)晚出現(xiàn)了1 a，此后發(fā)文量逐年穩(wěn)步上升，年遞增率接近35%，文獻(xiàn)年均發(fā)表66篇，并在2015年達(dá)到了202篇的頂峰.文獻(xiàn)被引方面，1 250篇樣本文獻(xiàn)在1998-2016年期間引文次數(shù)共計16 855次，除去自引頻次后余計15 162次.但需要注意的是，數(shù)據(jù)顯示2003年之前被引頻次處于空白狀態(tài)，這也與我國LUCC研究起步晚于西方國家的事實(shí)相符合；2003年之后呈現(xiàn)平穩(wěn)增加，并于2016年達(dá)到最高值的3 908次，年均遞增率為43%，每項(xiàng)平均被引13.48次，與文獻(xiàn)國際總體平均被引水平-20.81次具有一定的距離.

此外，H-index指數(shù)為54，遠(yuǎn)小于國際水平總體值的153.這表明盡管我國LUCC研究在國際上已經(jīng)開始嶄露頭角，研究成果和影響力不斷提升，但受限于起步晚等原因，我國LUCC研究的學(xué)術(shù)影響力在國際上仍然有較大的提升空間.

圖3 研究機(jī)構(gòu)共現(xiàn)圖譜Fig.3 Map of institution cooperation network

2.2研究機(jī)構(gòu)維度

研究機(jī)構(gòu)是推動某一科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)步和發(fā)展的重要力量，利用CiteSpace可以快速辨識出某一研究領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)主要力量分布及其合作狀況.選擇節(jié)點(diǎn)“insitiution”進(jìn)行研究機(jī)構(gòu)信息挖掘與分析，如圖3所示.各研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計一覽表，如表1所示.

由表1的計量結(jié)果可知：中國科學(xué)院在WOS數(shù)據(jù)庫中共發(fā)表了816篇相關(guān)論文，位居全球眾多研究機(jī)構(gòu)榜首；由ESI指標(biāo)可知，中國科學(xué)院在學(xué)科領(lǐng)域全球機(jī)構(gòu)排名中位列第3，被引頻次達(dá)到了201 821次，平均引用次數(shù)為11.2次.中國科學(xué)院的科研實(shí)力雄厚，包括地理科學(xué)與資源研究所、遙感與數(shù)字地球研究所、地質(zhì)與地球物理研究所在內(nèi)的研究單位在LUCC領(lǐng)域具有舉足輕重的地位，代表著我國研究機(jī)構(gòu)的最高學(xué)術(shù)水平.排名2,3名的分別是美國地質(zhì)調(diào)查局、威斯康斯大學(xué)，總被引頻次分別為120 459和71 904次，平均被引次數(shù)為17.81和25.05次，ESI學(xué)科排名分別位列第8和18名.

表1 研究機(jī)構(gòu)統(tǒng)計一覽表Tab.1 Frequency of institutions

值得注意的是，排名前20名的研究機(jī)構(gòu)中，美國占14個，占比為70%，論文平均被引用次數(shù)為21次，類型涵蓋政府機(jī)構(gòu)、研究所和高校等.相比之下，中國只占據(jù)3個席位，論文平均被引用次數(shù)僅9.03次.這表明：以中國科學(xué)院、北京師范大學(xué)等為代表的中國研究機(jī)構(gòu)在WOS數(shù)據(jù)庫發(fā)文量不斷增多，影響力凸顯.與美國研究機(jī)構(gòu)相比，文獻(xiàn)質(zhì)量和影響力仍然有待提升.此外，美國作為LUCC領(lǐng)域研究的主要國家，研究機(jī)構(gòu)具有數(shù)量多、實(shí)力強(qiáng)、學(xué)術(shù)影響力大的特征.與中國機(jī)構(gòu)力量集中態(tài)勢不同，美國研究機(jī)構(gòu)在分布上呈現(xiàn)出層次化、體系化、均衡化的格局.

由圖3可知:LUCC研究領(lǐng)域合作網(wǎng)絡(luò)的核心鏈條初步形成.其中，國內(nèi)以中國科學(xué)院為核心形成“中國科學(xué)院-中國科學(xué)院大學(xué)-中國地質(zhì)大學(xué)-墨西哥自治大學(xué)-美國俄勒岡州立大學(xué)”合作鏈條；國際以NASA和美國地質(zhì)調(diào)查局為核心形成“美國地質(zhì)調(diào)查局-NASA-威斯康斯大學(xué)-密歇根州立大學(xué)-科羅拉多州立大學(xué)”合作鏈條，組成LUCC研究領(lǐng)域的兩大核心體系.

圖4 科學(xué)領(lǐng)域共現(xiàn)圖譜Fig.4 Map of science field network

值得注意的是，根據(jù)節(jié)點(diǎn)中心性定理分析發(fā)現(xiàn)，合作網(wǎng)絡(luò)圖譜中出現(xiàn)4個中心性值較高的節(jié)點(diǎn)(表1)，依次為科羅拉多州立大學(xué)(0.52)，NASA(0.51)，美國地質(zhì)調(diào)查局(0.31)和威斯康斯大學(xué)(0.19).由此可見，4所研究機(jī)構(gòu)在整個合作網(wǎng)絡(luò)中處于關(guān)鍵地位，對于整個網(wǎng)絡(luò)的相互聯(lián)結(jié)起著重要作用.從全球范圍來看，LUCC領(lǐng)域研究機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)仍處于完善階段，與當(dāng)前LUCC研究發(fā)展階段相吻合，國際間的機(jī)構(gòu)合作有待加強(qiáng).

2.3研究領(lǐng)域維度

利用CiteSpace對樣本文獻(xiàn)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行提取分析，可以辨識出某一主題領(lǐng)域所涉及的科學(xué)領(lǐng)域狀況.選擇節(jié)點(diǎn)“catalog”進(jìn)行研究領(lǐng)域信息挖掘與分析，如圖4所示.由圖4的分析結(jié)果可知：LUCC研究在科學(xué)領(lǐng)域方面表現(xiàn)出以下兩個主要特征.

1) 研究內(nèi)容上，LUCC研究領(lǐng)域以Environment Science(環(huán)境科學(xué))，Ecology(生態(tài)學(xué))，Geoscience(地球科學(xué))等學(xué)科為主導(dǎo)方向，涵蓋Geography Chemistry(地球化學(xué))，Geography Physical(地球物理)，Geography(地質(zhì)學(xué))，Water Resources(水資源)，Remote Sensing(遙感技術(shù))和Soil(土壤研究)等諸多領(lǐng)域.

2) 研究性質(zhì)上，LUCC研究是一門跨越社會科學(xué)和自然科學(xué)的綜合性研究.也恰恰驗(yàn)證了LUCC的本質(zhì)——這是一門圍繞“人類-環(huán)境”耦合關(guān)系研究而展開的科學(xué)，具有集成綜合特征，也是未來LUCC進(jìn)一步發(fā)展的方向和必經(jīng)途徑.

圖5 作者共被引圖譜Fig.5 Map of co-cited authors

2.4作者維度

作者是科學(xué)研究發(fā)展進(jìn)步的根本推動力量，通過科學(xué)計量和數(shù)據(jù)挖掘可以快速識別某一研究領(lǐng)域的核心作者分布與作者合作狀況，辨識出該研究領(lǐng)域具有重要影響的學(xué)者.選擇節(jié)點(diǎn)“cited author”進(jìn)行研究作者信息挖掘與分析，結(jié)果如圖5所示.相應(yīng)的被引作者統(tǒng)計結(jié)果，如表2所示.

由表2可知：在樣本文獻(xiàn)數(shù)據(jù)集中，被引頻次最高的是Lambin E F的880次，緊隨其后的是Foley J A和Congalton R G的567和517次.此外，中心性較高的學(xué)者包括Houghton R A(0.97)，F(xiàn)AO(0.79)，Loveland T R(0.76)和Turner B L(0.71)，均超過0.5，根據(jù)中心性定理，以上幾位學(xué)者在LUCC研究進(jìn)程中發(fā)揮了重要作用.

表2 被引作者統(tǒng)計一覽表Tab.2 Frequency of cited-authors

此外，發(fā)表論文最多的是Verburg的47篇，依據(jù)普萊斯定律(47的平方根再乘以0.749，取整就是5篇)，發(fā)文量達(dá)到5篇以上的作者共計79位，論文合計749篇，總量占比不到10%，這也進(jìn)一步從文獻(xiàn)計量角度證明了LUCC研究領(lǐng)域的核心作者群體沒有形成.

圖6 研究領(lǐng)域關(guān)鍵詞分析圖譜Fig.6 Map of co-occurring keywords

3 研究熱點(diǎn)分析

是一篇文獻(xiàn)的集中概況，是論文研究主題的集中體現(xiàn)和精髓所在.利用CiteSpace對某研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞信息集進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和可視化分析，可以達(dá)到快速挖掘該研究領(lǐng)域熱點(diǎn)與知識結(jié)構(gòu)的目的.選擇節(jié)點(diǎn)“keyword”進(jìn)行關(guān)鍵詞數(shù)據(jù)挖掘與分析，如圖6所示.列舉出頻次排名前40的關(guān)鍵詞，如表3所示.

由表3可知：頻次最高的關(guān)鍵詞是land use change，達(dá)到2 886次；位列2，3位的分別是2 316次的land cover change和1 366次的climate change；頻次在500以上的有21個，在100～499之間的有59個，小于100次有330個.根據(jù)圖譜生成結(jié)果顯示：land cover change和climate change處于關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)中心位置，其他頻次較高的詞匯涵蓋了該研究領(lǐng)域的研究內(nèi)容、區(qū)域、對象和方法.結(jié)合文獻(xiàn)分析，表明過去近20年期間LUCC研究主要以土地利用和土地覆蓋變化兩個主題為核心，以中國、美國、亞馬遜區(qū)域等地區(qū)為研究區(qū)域，圍繞climate change，landscape，ecosystem，urbanization，model，impact，remote sensing，deforestation，classification，vegetation，pattern，biodiversity，management，scale，water，simulation，rainfall，carbon，agriculture，soil，driving force，sustainability，boundary layer等眾多研究熱點(diǎn)展開.研究內(nèi)容主要涉及宏觀和微觀、自然和社會經(jīng)濟(jì)、理論和應(yīng)用、原因和影響等諸多維度，內(nèi)容之廣、范圍之大、學(xué)科之多可見一斑.

表3 LUCC高頻關(guān)鍵詞一覽表Tab.3 High frequency of key-words

此外，在節(jié)點(diǎn)中心性方面，排名較高的關(guān)鍵詞包括：boundary layer(1.19)，catchment(1.16)，agriculture(1.07)，united states(1.02)，index(1.02)，water quality(0.87)，phosphorus(0.86)，surface parameterization sib2(0.77)，carbon(0.64)，bioma(0.47)，sustainability(0.4)，land use change(0.3)，land cover change(0.22)，biodiversity(0.28).以上節(jié)點(diǎn)在關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中處于關(guān)鍵位置，根據(jù)節(jié)點(diǎn)中心性原理，在LUCC研究熱點(diǎn)演化過程中扮演著關(guān)鍵的轉(zhuǎn)駁和樞紐角色.

此外，依據(jù)關(guān)鍵詞內(nèi)涵和屬性可以進(jìn)一步對LUCC研究領(lǐng)域的知識結(jié)構(gòu)進(jìn)行剖析，歸納現(xiàn)有的知識模塊.通過抽取部分具有代表性的關(guān)鍵詞信息，結(jié)合實(shí)際研究現(xiàn)狀，將LUCC研究領(lǐng)域分成數(shù)據(jù)與工具、研究方法、研究區(qū)域、現(xiàn)狀研究、驅(qū)動力分析、效應(yīng)及機(jī)制研究、研究與應(yīng)用等7個模塊，如表4所示.

表4 關(guān)鍵詞屬性分類表Tab.4 Attribute classification of keywords

1) 數(shù)據(jù)與工具.工具方面，LUCC研究前期主要通過高空航拍或者衛(wèi)星遙感來獲取監(jiān)測影像，而后期則通過地理信息系統(tǒng)(GIS)進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存、處理與輸出[16-18]；數(shù)據(jù)方面，按時間可以分為歷史來源數(shù)據(jù)和當(dāng)代監(jiān)測統(tǒng)計數(shù)據(jù).歷史統(tǒng)計數(shù)據(jù)為歷史土地利用和土地覆蓋變化研究提供了可能，而當(dāng)代遙感數(shù)據(jù)則具有即時性、大面積、連續(xù)性、高分辨率等諸多優(yōu)勢.由于LUCC研究具有很強(qiáng)的時間和空間依賴性，因而遙感技術(shù)的不斷進(jìn)步和高精度遙感圖像的出現(xiàn)為更深入的研究提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，比如，精確記錄土地覆蓋類型的變化、土地覆蓋類型邊界的識別，以及土地利用變化的定量估算等研究.

2) 研究方法.以某一研究區(qū)域?yàn)檠芯勘尘?，使用定量的?shù)理研究方法對其進(jìn)行描述、解釋、預(yù)測和決策是當(dāng)前LUCC研究的主流方向[19].由表4可知：回歸、仿真、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、情景分析、系統(tǒng)動力學(xué)、元胞自動機(jī)、支持向量機(jī)、代理模型、循環(huán)模型、SWAT水文評價、生物群落及sib2生物圈模型等都是應(yīng)用比較廣泛的研究框架和研究模型[20-25].模型使用的最終目的是為了提高人類對于“人-環(huán)境”耦合系統(tǒng)的認(rèn)識，掌握變化的規(guī)律，為人類更好地做出決策和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供可能.

3) 研究區(qū)域.LUCC研究必須從區(qū)域研究出發(fā)，以區(qū)域研究為基本單元，在“全球-區(qū)域-全球”的研究過程中，實(shí)現(xiàn)不同尺度、不同層次研究成果的嵌套和歸整.放眼全球，自然和經(jīng)濟(jì)發(fā)展上具有典型和獨(dú)特特征的區(qū)域成為關(guān)注的熱點(diǎn).森林覆蓋方面，熱帶雨林因其在生態(tài)服務(wù)和生物地球化學(xué)過程中的顯著作用而備受關(guān)注，如非洲中部剛果盆地和東南部的馬達(dá)加斯加區(qū)域、亞洲的東南亞、南美洲的亞馬遜等熱帶雨林區(qū)域都成為LUCC研究的熱點(diǎn)區(qū)域，研究成果眾多[26-28].草原研究主要分為熱帶稀樹草原和畜牧草地兩種，典型研究區(qū)域主要包括非洲大部、亞洲中部、澳大利亞的北部與東部、南美洲等區(qū)域[29-30].農(nóng)用地分為密集型和粗放型農(nóng)用地，中國、印度和東南亞等發(fā)展中國家和地區(qū)成為粗放型農(nóng)業(yè)用地的典型區(qū)域[31-33]，而歐洲、美國和澳大利亞等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域則成為密集型農(nóng)業(yè)用地研究的理性區(qū)域[34-35].

4) LUCC現(xiàn)狀研究.主要針對土地利用變化和土地覆蓋變化的數(shù)量、質(zhì)量、空間分布、分類、變化速率和過程進(jìn)行描述、評估、解釋和預(yù)測分析[30,36-39].科學(xué)、合理、正確的LUCC分類方法是開展LUCC現(xiàn)狀研究的前提之一，也是LUCC從全球視角實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一和整合的重要保障[25].當(dāng)然，隨著技術(shù)的進(jìn)步和研究方法的不斷創(chuàng)新，也可能反過來使得研究者重新去審視和修正原來的分類方法.在未來，尺度規(guī)模的協(xié)同、質(zhì)量的精確評估、動態(tài)變化過程的描述、分類標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一都是LUCC現(xiàn)狀研究領(lǐng)域的重點(diǎn).

5) 驅(qū)動力分析.驅(qū)動力分析是LUCC研究較為成熟的方向之一，特別是在自然驅(qū)動因素，包括水文、地形地貌、氣候等因子[40-42].經(jīng)濟(jì)社會方面的研究也日益成熟，主要包括經(jīng)濟(jì)、人口、科技、制度、政治、價值觀念等因子.在未來的研究中，首先，要進(jìn)一步加深自然維度和社會經(jīng)濟(jì)維度影響因子的統(tǒng)一融合，同時，解決部分社會影響因子難以量化的難題；其次，是要在驅(qū)動機(jī)制研究中充分考慮反饋機(jī)制和關(guān)聯(lián)機(jī)制，系統(tǒng)、完整、科學(xué)地對LUCC驅(qū)動力進(jìn)行描述解釋分析.

6) 效應(yīng)及機(jī)制研究.效應(yīng)研究可以說是LUCC未來研究的重點(diǎn)方向之一，特別區(qū)域土地利用變化對生態(tài)系統(tǒng)及服務(wù)功能、生物地球化學(xué)及氣候的影響.生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)包括食品供應(yīng)、水資源、大氣、森林資源，乃至生物多樣性、污染防治、土地荒漠化防治等，與人類的生存息息相關(guān).生物地球化學(xué)則針對地球表層各個圈層之中的元素及其循環(huán)運(yùn)動的關(guān)系進(jìn)行研究，包括水循環(huán)、能量循環(huán)和大氣循環(huán)等，具體可以深入到carbon(碳)，phosphor(磷)，nitrogen(氮)，methane(甲烷)等微觀通量的研究評估[35,43-45].氣候則是針對氣溫、降雨、濕度等指標(biāo)或者厄爾尼諾和拉尼娜現(xiàn)象等特殊氣候變化做出研究[44，46].可以預(yù)見，未來的研究會針對LUCC效應(yīng)的過程、機(jī)制及反作用做出更加深入微觀的研究.

7) 研究與應(yīng)用.LUCC研究的最終目的是為了提高人類對于“人類-環(huán)境”耦合系統(tǒng)的認(rèn)識.通過數(shù)理化范式加深對土地利用與覆蓋的現(xiàn)狀、驅(qū)動力與驅(qū)動過程、影響與作用過程等各方面的認(rèn)識和了解，提高預(yù)測能力，為經(jīng)濟(jì)社會決策提供參考依據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)人類-環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展[47-49].

4 總結(jié)與展望

文中運(yùn)用文獻(xiàn)計量和可視化分析工具，對全球自1998年以來的LUCC研究科學(xué)進(jìn)行文獻(xiàn)信息挖掘與可視化分析.首先，通過指標(biāo)評價分析，得出國內(nèi)外LUCC研究領(lǐng)域重要研究機(jī)構(gòu)；其次，通過科學(xué)領(lǐng)域共現(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，LUCC研究領(lǐng)域一門跨越社會科學(xué)和自然科學(xué)的綜合性研究，覆蓋多個科學(xué)領(lǐng)域；再次，通過作者共被引分析，辨析出LUCC研究領(lǐng)域內(nèi)具有重大影響力的學(xué)者；最后，繪制關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析圖譜，解譯出1998年以來LUCC研究熱點(diǎn)所在，同時進(jìn)一步解譯關(guān)鍵詞，將LUCC研究分為7大知識模塊.

在全球環(huán)境問題凸顯和可持續(xù)發(fā)展思想指導(dǎo)的背景下，LUCC科學(xué)研究價值突出，目前處于穩(wěn)定發(fā)展的階段，未來仍有巨大的發(fā)展空間，可以預(yù)見走向綜合必定是LUCC的未來研究方向.1) 研究學(xué)科上，自然科學(xué)和社會科學(xué)的交叉融合不斷加深.LUCC處于自然環(huán)境系統(tǒng)和人類經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)的交匯面，任何單一的科學(xué)研究方法或者理論都難以對其進(jìn)行完整的闡述與解釋.2) 空間尺度上，LUCC研究須以區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)不同尺度下的研究成果有效整合與嵌套，特別是加強(qiáng)洲際或者全球大區(qū)域尺度的研究，形成完整的LUCC成果體系.3) 研究層面上，宏觀層面和微觀層面的研究結(jié)合更加緊密，更加注重機(jī)制、過程及單因子等微觀層面的研究.4) 時間尺度上，靜態(tài)研究與動態(tài)研究相結(jié)合、歷史研究與當(dāng)代研究相結(jié)合，更加動態(tài)地展現(xiàn)過去、現(xiàn)在和未來；5) 研究理論上，將逐步建立普適性的理論框架用于指導(dǎo)LUCC研究的開展.

目前，全球環(huán)境問題依然嚴(yán)峻，而LUCC研究依然存在著諸多難點(diǎn)和重點(diǎn)有待去進(jìn)一步的解決，主要體現(xiàn)以下5個主要方面.

1) 數(shù)據(jù)與工具.目前，數(shù)據(jù)處理與轉(zhuǎn)化仍然缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，這既不利于全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)庫的建立，也一定程度上阻礙了區(qū)域研究成果的推廣.遙感影像監(jiān)測面積與分辨率之間的矛盾是另一個需要解決的挑戰(zhàn).隨著遙感技術(shù)的進(jìn)步，超高分辨率的遙感圖像已經(jīng)得到應(yīng)用，并且為許多微觀層面的研究提供了可能，不過這類遙感圖像存在監(jiān)測空間范圍有限的弊端；而大空間尺度遙感影響雖然克服了上述弊端，卻存在分辨率低、像素混合等問題，容易導(dǎo)致信息失真、土地覆蓋邊界混合模糊等問題，對研究造成了很大的影響.此外，隨著時間推移，學(xué)術(shù)界對于歷史土地利用與土地覆蓋還原研究的成果不斷增多，但與當(dāng)代對于衛(wèi)星圖像準(zhǔn)確性改進(jìn)的大量努力不同，檢驗(yàn)LUCC研究中歷史地圖等資料的不確定性的嘗試并不多.歷史地圖與目前衛(wèi)星遙感影像的整合問題，如兩個數(shù)據(jù)集之間土地覆蓋類別的位置誤差或語義操作性，都是今后LUCC研究的重要問題.

2) 分類準(zhǔn)確性與統(tǒng)一問題.在LUCC土地利用/覆蓋研究中，科學(xué)、合理、正確的分類是開展LUCC現(xiàn)狀研究的前提之一，也是LUCC可以從全球視角實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一和整合的重要保障.然而，在實(shí)際操作中各區(qū)域的自然環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會實(shí)際發(fā)展?fàn)顩r不同而導(dǎo)致LUCC分類各異，統(tǒng)一整合面存在一定的難題.如何在保留各個區(qū)域特征的前提下建立全球統(tǒng)一的LUCC分類體系，既實(shí)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)又保留區(qū)域空間異質(zhì)性是值得思究的.當(dāng)然，另一方面，技術(shù)的進(jìn)步和研究方法的改進(jìn)，也可能反過來使得研究者重新去審視和修正原有的分類方法，這是一個動態(tài)發(fā)展的過程.

3) 繼續(xù)加強(qiáng)土地覆蓋內(nèi)部變化的研究.土地覆蓋的變化分為兩種，一種是土地覆蓋類型的轉(zhuǎn)變，例如，從森林用地轉(zhuǎn)化為耕地.這種變化通常以離散屬性呈現(xiàn)，一般只需要對不同時間點(diǎn)的遙感圖像進(jìn)行對比即可；還有一種是土地覆蓋類型內(nèi)部屬性的變化，這種變化通常是連續(xù)的、微妙的，比如，生物量、森林密度、植被群落結(jié)構(gòu)、表層水分等屬性的變化.由于通常短時間內(nèi)不明顯，因而必須使用高精度的遙感對其相關(guān)屬性進(jìn)行時間、空間上不間斷的監(jiān)測.在未來的研究中，需要繼續(xù)加強(qiáng)土地覆蓋類型內(nèi)部變化研究，一些更微妙的變化仍然需要在全球范圍內(nèi)更好地量化.

4) 效應(yīng)及機(jī)制研究.未來LUCC將繼續(xù)以實(shí)現(xiàn)人類可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，以“人類-環(huán)境”耦合系統(tǒng)為研究框架，深入了解土地利用、土地覆蓋、生態(tài)系統(tǒng)、生物地球化學(xué)過程，乃至整個人類經(jīng)濟(jì)社會系統(tǒng)及地球環(huán)境中各個因子相互作用關(guān)系、影響過程、機(jī)制與原理.未來的研究中要加強(qiáng)對于LUCC影響反饋?zhàn)饔眉捌錂C(jī)制的研究，繼而進(jìn)行完整的描述與解釋.

5) 預(yù)測決策指導(dǎo)應(yīng)用.如前文所述，LUCC研究是為人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的遠(yuǎn)景而服務(wù)的.通過遙感實(shí)時掌握LUCC的現(xiàn)狀和變化趨勢，通過驅(qū)動力分析剖析LUCC變化的動因以實(shí)施對策，通過模型模擬仿真預(yù)測LUCC未來的變化，通過優(yōu)化決策模型輔助規(guī)劃制定及政策實(shí)施，這是全球特別是矛盾突出的熱點(diǎn)地區(qū)下一步研究的重點(diǎn).我國由于其特殊的自然區(qū)位和獨(dú)特的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展軌跡，成為了 全球眾多LUCC研究典型區(qū)域代表之一.對于我國來說，一方面，自然環(huán)境具有復(fù)雜、多樣、敏感、脆弱、變化速率高等特征；另一方面，經(jīng)濟(jì)社會上處于高速發(fā)展和轉(zhuǎn)型階段，面臨人口、環(huán)境污染、資源消耗、耕地減少、水土流失、土地荒漠化等諸多環(huán)境問題，進(jìn)一步加強(qiáng)LUCC研究用于指導(dǎo)環(huán)境保護(hù)和經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展顯得更為重要.

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(責(zé)任編輯： 黃仲一英文審校： 吳逢鐵)

ResearchesProgressandHotspotsAnalysisofGlobalLUCCResearchDuring1998to2016

ZHENG Rongbao， LU Runkai， TANG Xiaolian， LI Shuang， ZHANG Yaqi， HUANG Ting

(College of Management， Guangdong University of Technology， Guangzhou 510520， China)

10.11830/ISSN.1000-5013.201706068

2017-06-23

鄭榮寶(1975-)，教授，博士，主要從事土地利用規(guī)劃、土地整理與復(fù)墾、3S技術(shù)在土地中應(yīng)用的研究.E-mail：zhengrongbao@gdut.edu.cn.

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41001054); 教育部人文社會科學(xué)基金資助項(xiàng)目(13YJCZH016，13YJA840009， 14YJA630053)

P 208； F 311.24

A

1000-5013(2017)05-0591-11