Наука о земельных изменениях
Наука об изменении земель относится к междисциплинарному изучению изменений климата , землепользования и земного покрова . [1] Наука о земельных изменениях специально стремится оценить закономерности, процессы и последствия изменений в землепользовании и покрове с течением времени. Цель науки об изменении земель – внести вклад в существующие знания об изменении климата и в разработку политики устойчивого управления ресурсами и землепользования. В этой области используется ряд смежных дисциплин, таких как дистанционное зондирование , ландшафтная экология и политическая экология , и используется широкий спектр методов для оценки закономерностей и процессов, лежащих в основе изменения земного покрова. Наука о земельных изменениях рассматривает землепользование как взаимосвязанную систему человека и окружающей среды, чтобы понять влияние взаимосвязанных экологических и социальных проблем, включая вырубку лесов и урбанизацию .
История
[ редактировать ]Источник
[ редактировать ]На протяжении веков документально подтверждено, что антропогенные изменения поверхности суши оказывают значительное воздействие как на земные системы , так и на благополучие человека. Изменение ландшафтов для удовлетворения потребностей человека, такое как вырубка лесов под сельскохозяйственные угодья , может иметь долгосрочные последствия для земных систем и усугублять причины изменения климата. [2] Хотя сжигание ископаемого топлива является основной движущей силой современного изменения климата, до революции промышленной вырубка лесов и ирригация были крупнейшими источниками антропогенных выбросов парниковых газов . [2] Даже сегодня 35% антропогенного выброса углекислого газа можно отнести на счет землепользования или изменений растительного покрова. [2] В настоящее время почти 50% неледяной поверхности Земли преобразовано в результате деятельности человека, причем примерно 40% этой земли используется для сельского хозяйства , что превосходит естественные системы в качестве основного источника выбросов азота. [2]
Наука об изменении земель — это недавно разработанная область, которая возникла в связи с развитием исследований в области изменения климата и глобального изменения окружающей среды и играет важную роль в развитии науки об изменении климата и адаптации. Оно одновременно проблемно-ориентированное и междисциплинарное. [3] В середине 20-го века отношения человека и окружающей среды стали возникать в таких областях исследования, как антропология и география . [4] Некоторые ученые утверждают, что дисциплина, изучающая изменение земель, во многом заимствована из немецких концепций ландшафта как общей суммы объектов на данной территории. [4] Во второй половине 20-го века ученые, изучающие культурную экологию и экологию оценки рисков , работали над развитием науки об изменении земель как средства рассмотрения земли как системы человека и окружающей среды, которую можно понимать как основу глобальной науки об окружающей среде. [4]
До сих пор целью науки о земельных изменениях было: [2]
- Наблюдайте и контролируйте изменения земель, происходящие по всему миру
- Понимать изменение земель как систему «человек-окружающая среда».
- Модель изменения земель
- Оцените результаты системы, такие как уязвимость, устойчивость и устойчивость.
Влияния
[ редактировать ]Наука об изменении земель является междисциплинарной областью и, таким образом, находится под влиянием ряда смежных областей исследования, включая дистанционное зондирование , политическую экологию , экономику ресурсов , ландшафтную экологию и биогеографию . [2] Он призван дополнить изучение изменения климата , а благодаря изучению изменений земного покрова и землепользования в сочетании с климатическими изменениями за тот же период времени ученые смогут лучше понять, как практика землепользования человеком способствует изменению климата. [4] Учитывая ее тесную связь с изучением изменения климата, наука об изменении земель по своей сути является исследованием устойчивости , и научные знания, которые она производит, используются для влияния на развитие устойчивого сельского хозяйства , а также практики и политики устойчивого землепользования. [3]
Размеры
[ редактировать ]Наука о земельных изменениях в основном работает в рамках международных научных исследований, на основе которых были разработаны ее фундаментальные вопросы. [4] Хотя эта область связана с социальными и культурными исследованиями в понимании земли и ее изменения как системы человека и окружающей среды, наука об изменении земель также фокусируется на экосистем и земных систем структуре, функциях и влиянии на изменение земель, независимо от человеческой деятельности. . Наука о земельных изменениях охватывает широкий спектр измерений: от количественной оценки экологических последствий изменения земного покрова до понимания социально-экологических факторов, способствующих принятию решений о землепользовании на институциональном уровне. [5] В результате наука об изменении земель в значительной степени опирается на синтез широкого спектра данных и разнообразных методов сбора данных, некоторые из которых подробно описаны ниже. [5]
Мониторинг и оценка земельного покрова
[ редактировать ]Основная функция науки об изменении земель заключается в документировании и моделировании долгосрочных закономерностей изменения ландшафта, которые могут быть результатом как человеческой деятельности, так и природных процессов. [6] В ходе мониторинга и оценки изменений земного покрова и землепользования ученые обращают внимание на несколько факторов, в том числе на то, где меняются земной покров и землепользование, степень и временные рамки изменений, а также то, как изменения меняются с течением времени. [7] С этой целью ученые используют различные инструменты, включая спутниковые изображения и другие источники данных дистанционного зондирования (например, изображения с самолетов), полевые наблюдения, исторические отчеты и реконструкционное моделирование. [6] Эти инструменты, особенно спутниковые снимки, позволяют ученым, занимающимся изменением земель, точно отслеживать темпы изменения земель и создавать последовательные долгосрочные записи для количественной оценки изменчивости изменений с течением времени. [7] Наблюдая за закономерностями изменений земного покрова, ученые могут определить последствия этих изменений, предсказать влияние будущих изменений и использовать эту информацию для стратегического управления земельными ресурсами .
Исследование Моря
[ редактировать ]Быстрое сокращение Аральского моря является примером того, как землепользование и изменение земель в местном масштабе могут иметь комплексное воздействие на региональные климатические системы, особенно когда деятельность человека серьезно нарушает естественные климатические циклы, как наука об изменении земель может быть использована для картирования и изучения таких явлений. изменения. [2] В 1960 году Аральское море, расположенное в Средней Азии, было четвертым по величине озером в мире. [8] Однако проект водозабора, предпринятый Советским Союзом для орошения засушливых равнин на территории нынешнего Казахстана , Узбекистана и Туркменистана , привел к тому, что Аральское море потеряло 85% своего земельного покрова и 90% своего объема. [8] Утрата Аральского моря оказала значительное влияние на взаимодействие человека и окружающей среды в регионе, включая уничтожение морской рыбной промышленности и засоление сельскохозяйственных земель из-за распространения ветром залежей высохшей морской соли. [2] [8] Кроме того, ученые смогли использовать такие технологии, как спектрорадиометр НАСА для получения изображений среднего разрешения (MODIS) , чтобы отслеживать изменения в Аральском море и окружающем его климате с течением времени. [9] Такое использование моделирования и спутниковых изображений для отслеживания антропогенных изменений земного покрова характерно для сферы науки об изменении земель.
Риск и уязвимость
[ редактировать ]Моделирование риска и уязвимости также является одним из практических приложений науки об изменении земель. Точные прогнозы того, как человеческая деятельность повлияет на изменение земного покрова с течением времени, а также влияние, которое такие изменения окажут на устойчивость экологических и человеческих систем, могут помочь в разработке политики, направленной на устранение этих изменений. [10]
Изучение рисков и уязвимости в контексте науки об изменении земель влечет за собой разработку количественных , качественных и геопространственных моделей, методов и вспомогательных инструментов. [11] Целью этих инструментов является информирование об уязвимости как человеческих сообществ, так и природных экосистем к опасным событиям или долгосрочным изменениям земель. Моделирование риска и уязвимости требует анализа чувствительности сообщества к опасностям, понимания географического распределения людей и инфраструктуры, а также точного расчета вероятности возникновения конкретных нарушений . [11]
Моделирование изменения земель
[ редактировать ]Ключевым методом изучения риска и уязвимости в контексте науки об изменении земель является моделирование изменений земель (LCM), которое можно использовать для моделирования изменений, а также землепользования и земного покрова. [12] LCM можно использовать для прогнозирования того, как землепользование и земельный покров могут измениться при различных обстоятельствах, что полезно для оценки рисков, поскольку позволяет прогнозировать потенциальные воздействия и может использоваться для обоснования политических решений, хотя и с некоторой неопределенностью. [12]
Влияние человека и наука об изменении земель
[ редактировать ]Хотя наука о земельных изменениях включает в себя количественную оценку местоположения, масштабов и изменчивости земельного покрова, а также анализ возникающих закономерностей, она остается фундаментально междисциплинарной, включая социальные и экономические компоненты. [7] Человеческая деятельность является не только наиболее значимой причиной изменения земного покрова, но и люди также напрямую страдают от экологических последствий этих изменений. [7] Коллективное землепользование и изменения земного покрова фундаментально изменили функционирование ключевых систем Земли . [13] Например, антропогенные изменения в землепользовании и растительном покрове оказывают глубокое воздействие на климат на местном и региональном уровне, что, в свою очередь, способствует глобальному потеплению. [13] В более общем смысле, максимизация природных ресурсов и экосистемных услуг ради краткосрочных выгод часто препятствует долгосрочной устойчивости экосистем и, в свою очередь, их способности поддерживать потребности человека. [13]
Учитывая важную роль, которую люди играют в изменении растительного покрова, а также для понимания закономерностей изменения земель и их влияния на климат, ученые, занимающиеся изменением земель, должны определить социальные и экономические движущие силы исторических изменений земель. Ниже приведены некоторые примеры землепользования и изменения земного покрова, которые играют ключевую роль в социальных и экономических аспектах науки об изменении земель.
Тропическая вырубка лесов
[ редактировать ]Обезлесение в контексте науки об изменении земель — это систематическое и постоянное преобразование ранее покрытых лесом земель для других целей. [14] Исторически он был основным фактором, способствующим изменению землепользования и растительного покрова, и находится в центре внимания науки об изменении земель. [10] Леса являются жизненно важной частью глобальной экосистемы и необходимы для улавливания углерода , экологических процессов и биоразнообразия . [10] Однако с момента изобретения сельского хозяйства глобальный лесной покров сократился на 35%. [10] Кроме того, тропические леса, в частности, поддерживают по меньшей мере две трети мирового биоразнообразия , и считается, что устойчивые изменения растительного покрова в этих регионах способствуют массовому вымиранию видов . [15] Учитывая серьезные экологические последствия, возникающие в результате антропогенного преобразования лесных угодий, а также продолжающуюся тенденцию к снижению лесного покрова, для эффективного моделирования и оценки закономерностей изменения землепользования ученые должны также изучить социальные и экономические факторы самого обезлесения.
Изменение землепользования и земного покрова в результате вырубки лесов является, прежде всего, следствием крупномасштабных социально-экономических процессов. Важно отметить, что редко бывает одна прямая или основная причина вырубки лесов. [16] Скорее, вырубка лесов является результатом переплетения системных сил, работающих одновременно или последовательно над изменением растительного покрова. [16] Например, массовая вырубка лесов часто рассматривается как продукт промышленного сельского хозяйства, однако значительная часть вырубки старых лесов является результатом мелкомасштабного миграционного фермерства. [17] По мере удаления лесного покрова лесные ресурсы истощаются, а рост населения приводит к их нехватке, что побуждает людей снова переселяться в ранее нетронутые леса, возобновляя процесс вырубки лесов. [17] Этот процесс называется миграцией из сельской местности в деревню. [17] За этой продолжающейся миграцией стоит несколько причин: вызванная бедностью нехватка доступных сельскохозяйственных угодий и высокие затраты могут привести к увеличению интенсивности ведения сельского хозяйства на существующих сельскохозяйственных землях. [17] Это приводит к чрезмерной эксплуатации сельскохозяйственных угодий и, в конечном итоге, к опустыниванию — еще одному изменению земного покрова, которое делает почву непригодной для использования и нерентабельной, заставляя фермеров искать нетронутые и незаселенные старые леса. [17]
Помимо сельской миграции и натурального хозяйства, экономическое развитие также может сыграть существенную роль в вырубке лесов. [16] Например, расширение автомобильных и железных дорог, направленное на повышение качества жизни, привело к значительному вырубке лесов в бассейне Амазонки и Центральной Америке . [16] Более того, основные движущие силы экономического развития часто связаны с глобальным экономическим взаимодействием, а не с бедностью, и варьируются от увеличения экспорта до внешнего долга . [16] Вырубка лесов происходит по многим взаимосвязанным причинам, и поэтому ученым, занимающимся изменением земель, важно отслеживать ее, чтобы выявить закономерности, которые могут пролить свет на то, почему и когда это происходит. Такие явления, как экономическая нестабильность и сельская миграция, не обязательно носят количественный характер, но, тем не менее, они предоставляют ценную информацию для научных моделей изменения земель, которые пытаются предсказать будущие изменения земного покрова и их последствия.
Урбанизация
[ редактировать ]В широком смысле урбанизация – это увеличение числа людей, живущих в городских районах. В контексте науки о земельных изменениях под урбанизацией понимаются как рост городского населения, так и физический рост городских территорий. [18] По данным Организации Объединенных Наций , городское население мира быстро росло с 1950 года: с 751 миллиона до 4,2 миллиарда в 2018 году, и текущие тенденции предсказывают, что это число будет продолжать расти. [19] Этому переселению населения сопутствуют значительные изменения в экономических потоках, культуре и образе жизни, а также в пространственном распределении населения. [19] Хотя урбанизированные территории занимают всего 3% поверхности Земли, они, тем не менее, оказывают значительное влияние на землепользование и изменение земного покрова. [20]
Урбанизация важна для землепользования и изменения растительного покрова, а, следовательно, и для науки об изменении земель по ряду причин. В частности, урбанизация влияет на изменение земель в других местах посредством изменения связей между городом и деревней или экологического следа перемещения товаров и услуг между городскими и сельскими районами. [13] Рост урбанизации приводит к увеличению потребления, что оказывает повышенное давление на окружающие сельские земли. [13] Распространение городских территорий за пределы территории может также захватить прилегающие земли, ранее использовавшиеся для выращивания сельскохозяйственных культур. [13]
Городские острова тепла
[ редактировать ]Урбанизация дополнительно влияет на растительный покров за счет эффекта городского острова тепла. Острова тепла возникают, когда из-за высокой концентрации структур, таких как здания и дороги, которые поглощают и повторно излучают солнечную радиацию, а также низкой концентрации растительного покрова, в городских районах наблюдаются более высокие температуры, чем в прилегающих районах. [21] Острова тепла могут вызвать повышенное потребление энергии, что приводит к увеличению выбросов парниковых газов. [21] Высокие температуры, связанные с островами тепла, также могут поставить под угрозу здоровье человека, особенно в районах с низким уровнем дохода. [21] Влияние городских территорий на климат указывает на то, что урбанизация может стать важным компонентом науки об изменении земель.
Препятствия
[ редактировать ]Наука о земельных изменениях как дисциплина сталкивается с рядом проблем, многие из которых связаны с ее междисциплинарными качествами или проблемами с выработкой выводов с использованием совокупных данных. [22] Например, наука о земельных изменениях ограничена из-за нехватки данных и отсутствия понимания основных проблем, связанных с изменением земель. [23] В частности, пространственные модели, часто используемые для изучения изменения земель, могут быть ограничены из-за отсутствия доступа к общедоступным данным об изменении земель, неисправных датчиков и высокого уровня неопределенности переменных. [23] Таким образом, модели часто способны делать только краткосрочные прогнозы, что серьезно ограничивает уровень прогнозов, которые они могут обеспечить. [23] Кроме того, трудно синтезировать и объединить тематические исследования социально-экологических систем, которые необходимы для изучения изменения земель в глобальном масштабе. [24] Таким образом, эти неудачи создают фундаментальные проблемы для связи сообществ и окружающей среды, которых стремится достичь наука о земельных изменениях. [22]
См. также
[ редактировать ]- Научная программа по изменению климата - Организация США по изменению климата
- Землепользование, изменения в землепользовании и лесное хозяйство – сектор инвентаризации парниковых газов
- Землеустройство – Изменение ландшафта
- Деградация земель – постепенное разрушение земель.
- Деградация почвы – два процесса, связанных с потерей устойчивого равновесия почвы.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ «Научная программа по изменению земель – Наука» . www.usgs.gov . Архивировано из оригинала 10 февраля 2021 г. Проверено 9 февраля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Тернер, БЛ; Ламбин, Эрик Ф.; Реенберг, Анетт (26 декабря 2007 г.). «Появление науки об изменении земель для глобального изменения окружающей среды и устойчивости» . Труды Национальной академии наук . 104 (52): 20666–20671. дои : 10.1073/pnas.0704119104 . ISSN 0027-8424 . ПМК 2409212 . ПМИД 18093934 .
- ^ Jump up to: а б Мессерли, Питер; Хайниманн, Андреас; Гигер, Маркус; Бреу, Томас; Шенвегер, Оливер (1 октября 2013 г.). «От захвата земель к устойчивым инвестициям в землю: потенциальный вклад науки об изменении земель» . Текущее мнение об экологической устойчивости . 5 (5): 528–534. Бибкод : 2013COES....5..528M . дои : 10.1016/j.cosust.2013.03.004 . ISSN 1877-3435 .
- ^ Jump up to: а б с д и Тернер, БЛ; Роббинс, Пол (ноябрь 2008 г.). «Наука об изменении земель и политическая экология: сходства, различия и последствия для науки об устойчивом развитии» . Ежегодный обзор окружающей среды и ресурсов . 33 (1): 295–316. дои : 10.1146/annurev.environ.33.022207.104943 . ISSN 1543-5938 .
- ^ Jump up to: а б Мальокка, Николас Р.; Рудель, Томас К.; Вербург, Питер Х.; МакКоннелл, Уильям Дж.; Мерц, Оле; Герстнер, Катарина; Хайниманн, Андреас; Эллис, Эрл К. (февраль 2015 г.). «Синтез в науке об изменении земель: методологические модели, проблемы и рекомендации» . Региональные экологические изменения . 15 (2): 211–226. Бибкод : 2015REnvC..15..211M . дои : 10.1007/s10113-014-0626-8 . ISSN 1436-3798 . ПМЦ 4372122 . ПМИД 25821402 .
- ^ Jump up to: а б «Мониторинг и оценка земельного покрова | USGS.gov» . www.usgs.gov . Архивировано из оригинала 10 февраля 2021 г. Проверено 9 февраля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Наука LCLUC | LCLUC» . lcluc.umd.edu . Архивировано из оригинала 17 января 2021 г. Проверено 08 марта 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с Миддлтон, Ник (2019). Глобальное казино: введение в проблемы окружающей среды . Лондон и Нью-Йорк: Рутледж. стр. 179–182. ISBN 978-1-315-15840-2 .
- ^ «Мир перемен: высыхание Аральского моря» . Earthobservatory.nasa.gov . 24 сентября 2014 г. Архивировано из оригинала 20 марта 2021 г. Проверено 08 марта 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д Майер, Одри Л.; Бума, Брайан; Дэвис, Амели; Ганье, Сара А.; Лаудермилк, Э. Луиза; Шеллер, Роберт М.; Шмигелоу, Фиона К.А.; Виерсма, Иоланда Ф.; Франклин, Джанет (27 апреля 2016 г.). «Как ландшафтная экология влияет на глобальную науку и политику в области изменения земель» . Бионаука . 66 (6): 458–469. doi : 10.1093/biosci/biw035 . hdl : 11122/8174 . ISSN 0006-3568 .
- ^ Jump up to: а б «Риск и уязвимость | USGS.gov» . www.usgs.gov . Архивировано из оригинала 25 января 2021 г. Проверено 9 февраля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Ван Влит, Джаспер; Брегт, Арнольд К.; Браун, Дэниел Г.; Ван Делден, Хедвиг; Хекберт, Скотт; Вербург, Питер Х. (01 августа 2016 г.). «Обзор текущих практик калибровки и проверки при моделировании изменений земель» . Экологическое моделирование и программное обеспечение . 82 : 174–182. Бибкод : 2016EnvMS..82..174V . дои : 10.1016/j.envsoft.2016.04.017 . ISSN 1364-8152 . Архивировано из оригинала 18 апреля 2021 г. Проверено 9 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж Ламбин, Эрик Ф.; Тернер, БЛ; Гейст, Хельмут Дж.; Агбола, Сэмюэл Б.; Ангелсен, Арильд; Брюс, Джон В.; Кумс, Оливер Т.; Дирзо, Родольфо; Фишер, Гюнтер; Фольке, Карл; Джордж, PS; Хомвуд, Кэтрин; Имбернон, Жак; Лиманс, Рик; Ли, Сюбин; Моран, Эмилио Ф.; Мортимор, Майкл; Рамакришнан, PS; Ричардс, Джон Ф.; Сконес, Хелле; Штеффен, Уилл; Стоун, Гленн Д.; Сведин, Уно; Вельдкамп, Том А.; Фогель, Колин ; Сюй, Цзяньчу (01 декабря 2001 г.). «Причины изменения землепользования и растительного покрова: выход за рамки мифов» . Глобальное изменение окружающей среды . 11 (4): 261–269. дои : 10.1016/S0959-3780(01)00007-3 . ISSN 0959-3780 . Архивировано из оригинала 5 июля 2020 г. Проверено 9 апреля 2021 г.
- ^ Деруэн, Сара (2019). «Вырубка лесов: факты, причины и последствия» . www.livscience.com . Архивировано из оригинала 20 декабря 2020 г. Проверено 08 марта 2021 г.
- ^ Гиам, Синли (06 июня 2017 г.). «Глобальная утрата биоразнообразия в результате вырубки тропических лесов» . Труды Национальной академии наук . 114 (23): 5775–5777. Бибкод : 2017PNAS..114.5775G . дои : 10.1073/pnas.1706264114 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 5468656 . ПМИД 28550105 .
- ^ Jump up to: а б с д и «Тропическая вырубка лесов» . Earthobservatory.nasa.gov . 30 марта 2007 г. Архивировано из оригинала 31 марта 2021 г. Проверено 8 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Лопес-Карр, Дэвид; Бургдорфер, Джейсон (1 января 2013 г.). «Драйверы вырубки лесов: население, миграция и тропическое землепользование» . Окружающая среда: наука и политика устойчивого развития . 55 (1): 3–11. Бибкод : 2013ESPSD..55a...3L . дои : 10.1080/00139157.2013.748385 . ISSN 0013-9157 . ПМЦ 3857132 . ПМИД 24347675 .
- ^ «Урбанизация» . ScienceDaily . Архивировано из оригинала 13 января 2021 г. Проверено 9 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Организация Объединенных Наций, Департамент по экономическим и социальным вопросам, Отдел народонаселения (2019). Перспективы мировой урбанизации, 2018 год: основные моменты (ST/ESA/SER.A/421).
- ^ Лю, Чжифэн; Он, Чуньян; Чжоу, Юю; У, Цзяньго (май 2014 г.). «Какая часть земель в мире на самом деле урбанизирована? Иерархическая структура, позволяющая избежать путаницы» . Ландшафтная экология . 29 (5): 763–771. Бибкод : 2014LaEco..29..763L . дои : 10.1007/s10980-014-0034-y . ISSN 0921-2973 . S2CID 207209868 .
- ^ Jump up to: а б с Агентство по охране окружающей среды США, OAR (28 февраля 2014 г.). «Эффект теплового острова» . Агентство по охране окружающей среды США . Архивировано из оригинала 07 апреля 2021 г. Проверено 9 апреля 2021 г.
- ^ Jump up to: а б Риндфусс, Рональд Р.; Уолш, Стивен Дж.; Тернер, БЛ; Фокс, Джефферсон; Мишра, Винод (28 сентября 2004 г.). «Развитие науки об изменении земель: проблемы и методологические проблемы» . Труды Национальной академии наук . 101 (39): 13976–13981. Бибкод : 2004PNAS..10113976R . дои : 10.1073/pnas.0401545101 . ISSN 0027-8424 . ПМК 521107 . ПМИД 15383671 .
- ^ Jump up to: а б с Совет национальных исследований (16 сентября 2013 г.). Развитие моделирования изменений земель: возможности и требования к исследованиям . дои : 10.17226/18385 . ISBN 978-0-309-28833-0 . Архивировано из оригинала 16 апреля 2021 г. Проверено 16 апреля 2021 г.
- ^ «ГЛОБ: Механизм глобального сотрудничества – наука об изменении земель» . Архивировано из оригинала 16 апреля 2021 г. Проверено 16 апреля 2021 г.