Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Полученные НАСА изображения воздействия обезлесения на количество осадков в Бразилии, пример научного моделирования земельных изменений.

Наука об изменении земель относится к междисциплинарным исследованиям изменений климата , землепользования и земного покрова . [1] Наука об изменениях земель специально стремится оценить закономерности, процессы и последствия изменений в землепользовании и земельном покрове с течением времени. Цель науки об изменении климата - внести свой вклад в существующие знания об изменении климата и в разработку политики устойчивого управления ресурсами и землепользования. Сфера осведомлена о ряде смежных дисциплин, таких как дистанционное зондирование , ландшафтная экология и политическая экология., и использует широкий спектр методов для оценки закономерностей и процессов, лежащих в основе изменения земного покрова. Наука об изменении земель рассматривает землепользование как взаимосвязанную систему человека и окружающей среды, чтобы понять влияние взаимосвязанных экологических и социальных проблем, включая обезлесение и урбанизацию .

История [ править ]

Происхождение [ править ]

На протяжении столетий документально подтверждалось, что антропогенные изменения поверхности суши оказывают значительное влияние как на земные системы, так и на благосостояние людей. Изменение ландшафта для удовлетворения потребностей человека, такое как вырубка лесов для сельскохозяйственных угодий , может иметь долгосрочные последствия для земных систем и усугублять причины изменения климата. [2] Несмотря на то, что сжигание ископаемого топлива является основным фактором , определяющим современного изменения климата, до промышленной революции , вырубка лесов и орошения были самыми крупными источниками человеческих управляемых парниковых газов выбросов. [2]Даже сегодня 35% антропогенного выброса углекислого газа можно отнести к землепользованию или изменениям почвенного покрова. [2] В настоящее время почти 50% незамерзающей поверхности Земли преобразовано в результате деятельности человека, при этом примерно 40% этой земли используется для сельского хозяйства , что превосходит естественные системы в качестве основного источника выбросов азота. [2]

Изменения в земном покрове и землепользовании, такие как преобразование земель в пахотные земли (желтые области на карте), имеют значительные последствия в глобальном масштабе.

Наука об изменении климата - это недавно разработанная область, которая возникла в связи с продвижением исследований изменения климата и глобального изменения окружающей среды, и имеет важное значение для развития науки об изменении климата и адаптации. Это проблемно-ориентированный и междисциплинарный характер. [3] В середине 20-го века отношения человека и окружающей среды возникли в таких областях исследования, как антропология и география . [4] Некоторые ученые утверждают, что наука об изменениях земель в общих чертах происходит от немецких концепций ландшафта как общего количества объектов на данной территории. [4] Во второй половине 20 века ученые, изучающие экологию культурыи экология оценки рисков работала над развитием науки об изменении земель как средства рассмотрения земли как системы человека и окружающей среды, которую можно рассматривать как основу глобальной науки об окружающей среде. [4]

До сих пор цель науки об изменении земель заключалась в следующем: [2]

  1. Наблюдайте и отслеживайте изменения земель, происходящие во всем мире
  2. Понимать земельные изменения как систему человека и окружающей среды
  3. Модельное изменение земель
  4. Оценить системные результаты, такие как уязвимость, устойчивость и сопротивляемость

Влияния [ править ]

Наука об изменениях земель является междисциплинарной областью, поэтому на нее влияет ряд смежных областей исследования, включая дистанционное зондирование , политическую экологию , экономику ресурсов , ландшафтную экологию и биогеографию . [2] Он призван дополнить изучение изменения климата , и благодаря изучению изменений земного покрова и землепользования в сочетании с климатическими изменениями за тот же период времени ученые могут лучше понять, как практика землепользования человека способствует изменению климат. [4] Учитывая ее тесную связь с изучением изменения климата, наука об изменении климата по своей сути является устойчивостью.исследования и научные знания, которые оно производит, используются для оказания влияния на развитие устойчивого сельского хозяйства , а также на методы и политику устойчивого землепользования. [3]

Размеры [ править ]

Наука об изменении земель в основном работает в рамках международных научных исследований, на основе которых были разработаны ее фундаментальные вопросы. [4] Несмотря на то, что данная область связана с социальными и культурными исследованиями в понимании земельных и земельных изменений как системы человека и окружающей среды, наука об изменении земель также фокусируется на экосистемах и структуре земных систем , их функциях и влиянии на земельные изменения, независимо от того, что происходит. человеческой деятельности. Наука об изменении земельных ресурсов охватывает широкий спектр измерений, начиная от количественной оценки экологических последствий изменения земельного покрова до понимания социально-экологических факторов, влияющих на решения о землепользовании на институциональном уровне. [5]В результате наука об изменении земель в значительной степени полагается на синтез широкого диапазона данных и разнообразных методов сбора данных, некоторые из которых подробно описаны ниже. [5]

Мониторинг и оценка земного покрова [ править ]

Основная функция науки об изменении земель заключается в документировании и моделировании долгосрочных закономерностей изменения ландшафта, которое может 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 изменяются земной покров и землепользование, степень и временные рамки изменений, а также то, как изменения меняются во времени. [7] С этой целью ученые используют различные инструменты, включая спутниковые изображения и другие источники данных дистанционного зондирования (например, изображения самолетов), полевые наблюдения, исторические отчеты и моделирование реконструкции. [6]Эти инструменты, в частности спутниковые изображения, позволяют ученым, занимающимся изменением земель, точно отслеживать темпы изменения земель и создавать последовательные долгосрочные записи для количественной оценки изменчивости изменений во времени. [7] Наблюдая закономерности изменений земного покрова, ученые могут определять последствия этих изменений, прогнозировать влияние будущих изменений и использовать эту информацию для информирования о стратегическом управлении земельными ресурсами .

Аральское море [ править ]

Изображения, полученные с помощью дистанционного зондирования, показывают изменения протяженности Аральского моря с 1989 г. (слева) по 2014 г. (справа).

Быстрое снижение уровня Аральского моря является примером того, как землепользование в местном масштабе и изменение земель могут иметь комплексное воздействие на региональные климатические системы, особенно когда деятельность человека серьезно нарушает естественные климатические циклы, как можно использовать науку об изменении земель для картирования и изучения таких изменения. [2] В 1960 году Аральское море, расположенное в Центральной Азии, было четвертым по величине озером в мире. [8] Однако проект водозабора, предпринятый Советским Союзом для орошения засушливых равнин на территории нынешних Казахстана , Узбекистана и Туркменистана , привел к тому, что Аральское море потеряло 85% своего земного покрова и 90% своего объема. [8]Исчезновение Аральского моря оказало значительное влияние на взаимодействие человека и окружающей среды в регионе, включая уничтожение морской рыбной промышленности и засоление сельскохозяйственных земель из-за распространения ветром высохших слоев морской соли. [2] [8] Кроме того, ученые смогли использовать технологии , такие как НАСА «s Moderate Resolution Imaging спектрорадиометр (MODIS) для отслеживания изменений в Аральском море и окружающую ее климат с течением времени. [9] Такое использование моделирования и спутниковых изображений для отслеживания изменений земного покрова, вызванных деятельностью человека, характерно для масштабов науки об изменении земель.

Риск и уязвимость [ править ]

Моделирование рисков и уязвимости также является одним из практических приложений науки об изменении земель. Точные прогнозы того, как деятельность человека повлияет на изменение земного покрова с течением времени, а также влияние, которое такие изменения оказывают на устойчивость экологических и человеческих систем, могут помочь в разработке политики, направленной на решение этих изменений. [10]

Изучение риска и уязвимости в контексте науки об изменении земель влечет за собой разработку количественных , качественных и геопространственных моделей, методов и вспомогательных инструментов. [11] Цель этих инструментов - сообщить 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 и точного расчета вероятности возникновения конкретных нарушений . [11]

Моделирование земельных изменений [ править ]

Ключевым методом изучения рисков и уязвимости в контексте науки об изменениях земель является моделирование изменений земель (LCM), которое можно использовать для моделирования изменений, землепользования и земельного покрова. [12] LCM могут использоваться для прогнозирования того, как землепользование и растительный покров могут измениться при альтернативных обстоятельствах, что полезно для оценки рисков, поскольку позволяет прогнозировать потенциальные воздействия и может использоваться для обоснования политических решений, хотя и с некоторыми неуверенность. [12]

Наука о воздействии человека и изменении земель [ править ]

Хотя наука об изменениях земель включает количественную оценку местоположения, степени и изменчивости земельного покрова, а также анализ возникающих закономерностей, она остается в основном междисциплинарной, включая социальные и экономические компоненты. [7] Человеческая деятельность является не только наиболее важной причиной изменения земного покрова, но и на человека также напрямую влияют экологические последствия этих изменений. [7] Коллективное землепользование и изменения земного покрова коренным образом изменили функционирование ключевых систем Земли . [13] Например, антропогенные изменения в землепользовании и земном покрове оказывают глубокое воздействие на климат на местном и региональном уровне, что, в свою очередь, способствует глобальному потеплению. [13]В более общем плане максимальное использование природных ресурсов и экосистемных услуг для получения краткосрочных выгод часто препятствует долгосрочной устойчивости экосистем и, в свою очередь, их способности удовлетворять потребности человека. [13]

Учитывая важную роль, которую люди играют в изменении земного покрова, и чтобы понять закономерности изменения земель и их влияние на климат, ученые, занимающиеся изменением земель, должны определить социальные и экономические движущие силы исторических изменений земель. Ниже приведены некоторые примеры землепользования и изменения земельного покрова, которые играют ключевую роль в социальных и экономических аспектах науки об изменении земель.

Вырубка тропических лесов [ править ]

Вырубка тропических лесов для преобразования землепользования.

Обезлесение в контексте науки об изменении земель - это систематическое и постоянное преобразование ранее засаженных лесом земель для других целей. [14] Исторически он был главным посредником в изменении землепользования и земельного покрова, является особым направлением 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 мировой лесной покров уменьшился на 35%. [10] Кроме того, тропические леса, в частности, поддерживают не менее двух третей мирового биоразнообразия., и считается, что устойчивые изменения земного покрова в этих регионах способствуют массовому вымиранию . [15] Принимая во внимание серьезные экологические последствия преобразования лесных земель в результате деятельности человека, а также продолжающуюся тенденцию к снижению лесного покрова, для эффективного моделирования и оценки моделей изменения землепользования ученые должны также изучить социальные и экономические факторы, влияющие на изменение землепользования. сама вырубка лесов.

Изменение землепользования и земного покрова в результате обезлесения в первую очередь является следствием крупномасштабных социально-экономических процессов. Важно отметить, что редко бывает одна прямая или основная причина вырубки лесов. [16] Скорее, обезлесение является результатом переплетения системных сил, действующих одновременно или последовательно для изменения земного покрова. [16] Например, массовое обезлесение часто рассматривается как продукт промышленного сельского хозяйства, однако значительная часть вырубки старовозрастных лесов является результатом мелкомасштабного земледелия мигрантов. [17]По мере удаления лесного покрова лесные ресурсы истощаются, а рост населения приводит к их нехватке, что побуждает людей снова переезжать в ранее нетронутые леса, возобновляя процесс обезлесения. [17] Этот процесс называется миграцией из села в село. [17] У этой продолжающейся миграции есть несколько причин: недостаток сельскохозяйственных земель из-за бедности и высокие затраты могут привести к увеличению интенсивности сельского хозяйства на существующих сельскохозяйственных угодьях. [17] Это приводит к чрезмерной эксплуатации сельскохозяйственных угодий, а в дальнейшем к опустыниванию , еще одному изменению земного покрова, которое делает почву непригодной для использования и нерентабельной, заставляя фермеров искать нетронутые и незаселенные старовозрастные леса. [17]

Помимо миграции из сельских районов и натурального хозяйства, экономическое развитие также может сыграть значительную роль в обезлесении. [16] Например, расширение дорог и железных дорог, призванное повысить качество жизни, привело к значительному обезлесению в Амазонке и Центральной Америке . [16] Более того, основные движущие силы экономического развития часто связаны с глобальным экономическим участием, а не с бедностью, начиная от увеличения экспорта до внешнего долга . [16]Вырубка лесов происходит по многим взаимосвязанным причинам, и поэтому для ученых, занимающихся изменением земель, важно отслеживать его, чтобы выявить закономерности, которые могут пролить свет на то, почему и когда это происходит. Такие явления, как экономическая незащищенность и миграция в сельские районы, не обязательно являются количественными, но, тем не менее, они предоставляют ценную информацию для научных моделей изменения земель, которые пытаются предсказать будущее изменение земельного покрова и его последствия.

Урбанизация [ править ]

Аэрофотоснимок Нью-Дели , Индия, одного из крупнейших городских районов мира.

В широком смысле урбанизация - это рост числа людей, живущих в городских районах. В контексте науки об изменении земель под урбанизацией понимается как рост городского населения, так и физический рост городских территорий. [18] По данным Организации Объединенных Наций , мировое городское население быстро увеличивалось 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 перемещению населения сопутствуют значительные изменения в экономических потоках, культуре и образе жизни, а также в пространственном распределении населения. [19] Хотя урбанизированные районы покрывают всего 3% поверхности Земли, они, тем не менее, оказывают значительное влияние на землепользование и изменение земного покрова.[20]

Урбанизация важна для землепользования и изменения земного покрова, а следовательно, и для науки об изменении земель по ряду причин. В частности, урбанизация влияет на изменение земель в других местах за счет смещения связей между городом и деревней или экологического следа перемещения товаров и услуг между городскими и сельскими районами. [13] Рост урбанизации ведет к увеличению потребления, что оказывает повышенное давление на прилегающие сельские земли. [13] Расширение городских территорий может также захватить прилегающие земли, ранее использовавшиеся для выращивания сельскохозяйственных культур. [13]

Городские острова тепла [ править ]

Урбанизация дополнительно влияет на растительный покров за счет эффекта городского теплового острова. Тепловые острова возникают, когда из-за высокой концентрации конструкций, таких как здания и дороги, которые поглощают и повторно излучают солнечное излучение, и низкой концентрации растительного покрова, городские районы испытывают более высокие температуры, чем окружающие районы. [21] Тепловые острова могут вызвать повышенное потребление энергии, что приводит к увеличению выбросов парниковых газов. [21] Высокие температуры, связанные с островами тепла, также могут нанести ущерб здоровью человека, особенно в районах с низким уровнем доходов. [21] Воздействие городских территорий на климат указывает на то, что урбанизация может стать важным компонентом науки об изменении земель.

Препятствия [ править ]

Наука об изменении земель как дисциплина сталкивается с рядом проблем, многие из которых проистекают из ее междисциплинарных качеств или проблем с разработкой выводов с использованием агрегированных данных. [22] Например, наука об изменении земель ограничена нехваткой данных и непониманием основных проблем изменения земель. [23] В частности, пространственные модели, часто используемые для изучения изменений земель, могут ограничиваться отсутствием доступа к общедоступным данным об изменении земель, неисправными датчиками и высокими уровнями переменной неопределенности. [23] Таким образом, модели часто могут делать только краткосрочные прогнозы, что сильно ограничивает уровень прогнозирования, который они могут предоставить. [23]Кроме того, сложно синтезировать и объединить тематические исследования социально-экологических систем, которые необходимы для изучения изменений земельных ресурсов в глобальном масштабе. [24] Таким образом, эти неудачи создают фундаментальные проблемы для связи сообществ и окружающей среды, которых стремится достичь наука об изменении земель. [22]

См. Также [ править ]

  • Научная программа по изменению климата

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Программа науки изменения земли - наука" . www.usgs.gov . Проверено 9 февраля 2021 .
  2. ^ Б с д е е г ч Тернера, BL; Ламбин, Эрик Ф .; Ренберг, 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. DOI : 10.1073 / pnas.0704119104 . ISSN 0027-8424 . PMC 2409212 . PMID 18093934 .   
  3. ^ a b «От« захвата земель »к устойчивым инвестициям в землю: потенциальный вклад науки об изменении земель» . Текущее мнение об экологической устойчивости . 5 (5): 528–534. 2013-10-01. DOI : 10.1016 / j.cosust.2013.03.004 . ISSN 1877-3435 . 
  4. ^ a b c d e Тернер, Б. 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. DOI : 10.1146 / annurev.environ.33.022207.104943 . ISSN 1543-5938 . 
  5. ^ a b Magliocca, Николас Р .; Рудель, Томас К .; Verburg, Peter H .; 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 руководящие принципы» . Региональные изменения окружающей среды . 15 (2): 211–226. DOI : 10.1007 / s10113-014-0626-8 . ISSN 1436-3798 . 
  6. ^ a b «Мониторинг и оценка земного покрова | USGS.gov» . www.usgs.gov . Проверено 9 февраля 2021 .
  7. ^ a b c d "Наука о LCLUC | LCLUC" . lcluc.umd.edu . Проверено 8 марта 2021 .
  8. ^ a b c Миддлтон, Ник (2019). Глобальное казино: введение в вопросы окружающей среды . Лондон и Нью-Йорк: Рутледж. С. 179–182. ISBN 978-1-315-15840-2.
  9. ^ «Мир перемен: сокращение Аральского моря» . earthobservatory.nasa.gov . 2014-09-24 . Проверено 8 марта 2021 .
  10. ^ a b c d Майер, Одри Л .; Бума, Брайан; Дэвис, Амели; Gagné, Sara A .; Лоудермилк, Э. Луиза; Scheller, Роберт М .; Schmiegelow, Fiona KA; Wiersma, Yolanda F .; Франклин, Джанет (27 апреля 2016 г.). «Как ландшафтная экология влияет на глобальную науку и политику в области изменения земель» . Биология . 66 (6): 458–469. DOI : 10.1093 / Biosci / biw035 . ISSN 0006-3568 . 
  11. ^ a b «Риск и уязвимость | USGS.gov» . www.usgs.gov . Проверено 9 февраля 2021 .
  12. ^ a b «Обзор текущей практики калибровки и валидации в моделировании изменений земель» . Экологическое моделирование и программное обеспечение . 82 : 174–182. 2016-08-01. DOI : 10.1016 / j.envsoft.2016.04.017 . ISSN 1364-8152 . 
  13. ^ a b c d e f "Причины изменения землепользования и земного покрова: выход за рамки мифов" . Глобальное изменение окружающей среды . 11 (4): 261–269. 2001-12-01. DOI : 10.1016 / S0959-3780 (01) 00007-3 . ISSN 0959-3780 . 
  14. ^ Ноября 2019, Сара Derouin-Live Science Загрузил 06. "Лесозаготовительные: факты, причины и последствия" . livescience.com . Проверено 8 марта 2021 .
  15. ^ Giam, Xingli (2017-06-06). «Глобальная потеря биоразнообразия в результате обезлесения в тропиках» . Труды Национальной академии наук . 114 (23): 5775–5777. DOI : 10.1073 / pnas.1706264114 . ISSN 0027-8424 . PMC 5468656 . PMID 28550105 .   
  16. ^ a b c d e "Вырубка тропических лесов" . earthobservatory.nasa.gov . 2007-03-30 . Проверено 8 апреля 2021 .
  17. ^ a b c d e Лопес-Карр, Дэвид; Бургдорфер, Джейсон (01.01.2013). «Движущие силы обезлесения: население, миграция и землепользование в тропиках» . Окружающая среда: наука и политика в интересах устойчивого развития . 55 (1): 3–11. DOI : 10.1080 / 00139157.2013.748385 . ISSN 0013-9157 . PMC 3857132 . PMID 24347675 .   
  18. ^ «Урбанизация» . ScienceDaily . Проверено 9 апреля 2021 .
  19. ^ a b Организация Объединенных Наций, Департамент по экономическим и социальным вопросам, Отдел народонаселения (2019). Перспективы мировой урбанизации 2018: основные моменты (ST / ESA / SER.A / 421).
  20. ^ Лю, Чжифэн; Он, Чуньян; Чжоу, Юй; У, Цзяньго (май 2014 г.). «Какая часть земли в мире действительно урбанизирована? Иерархическая структура, позволяющая избежать путаницы» . Ландшафтная экология . 29 (5): 763–771. DOI : 10.1007 / s10980-014-0034-у . ISSN 0921-2973 . 
  21. ^ a b c Агентство по охране окружающей среды США, OAR (28 февраля 2014 г.). «Эффект острова тепла» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 9 апреля 2021 .
  22. ^ a b Rindfuss, Ronald R .; Уолш, Стивен Дж .; Тернер, Б.Л .; Фокс, Джефферсон; Мишра, Винод (28 сентября 2004 г.). «Развитие науки об изменении земель: проблемы и методологические вопросы» . Труды Национальной академии наук . 101 (39): 13976–13981. DOI : 10.1073 / pnas.0401545101 . ISSN 0027-8424 . PMC 521107 . PMID 15383671 .   CS1 maint: формат PMC ( ссылка )
  23. ^ a b c Совет, Национальные исследования (2013-09-16). Продвижение моделирования земельных изменений: возможности и требования к исследованиям . DOI : 10.17226 / 18385 . ISBN 978-0-309-28833-0.
  24. ^ «ГЛОБУС: Глобальный механизм сотрудничества - наука об изменении земель» . Проверено 16 апреля 2021 .