生态学尺度问题

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如何理解景观生态学中的尺度问题

如何理解景观生态学中的尺度问题

如何理解景观生态学中的尺度问题目前,景观生态学是一门很热的学科。

不仅地理学研究者和生态学研究者要学习它,对于园林设计的工作者来说,这也同样是一门新起的而且不得不研究的新学科。

因为景观生态学的内容十分庞大,这里先探讨一下关于景观生态学的概念及其中有关尺度的相关内容。

1.景观生态学的研究内容1.1景观生态学的学科概念景观生态学是地理学与生态学中相互交叉的一门科学。

它集中了地理学的整体论(研究土地格局)和生态学的系统论(研究生态系统)的研究。

景观生态学的定义可以表述为:在地理学的景观格局上研究生态过程的一门学科。

是对景观某一地域上生物群落与环境间的主要的、综合的、因果关系的研究,这些相互关系可以从明确的分布组合和各种大小不同等级的自然区划表现出来。

1.2景观在不同学科中的概念比较因为景观多学科渊源,不同地区和背景的学者对景观的理解也不尽相同。

景观是一个色彩纷呈的名称,人们对景观的认识也是随着学者的不同背景而变化着。

下面将对景观做一个简单的概念比较。

景观这个词的中文理解的是汉字景+观两字的合成。

它所指的是有景可观的意思。

这也是风景园林学科体系对景观的理解。

具体可表述为:一切可以引起视觉感官的空间内容都是景观。

如大地景观、小区景观、景观节点、景观设计里所说的景观都是这个含义。

然而景观生态学中可不简单指有景可观的意思。

它是一个外来词landscape的中文翻译。

作为一名景观设计师要清楚的认识在不同领域中景观这个词所表述的不同含义。

1.3景观生态学与麦克哈格麦克哈格(Ian L. McHarg)(著名的景观生态学专家,同时也是英国著名园林设计师),1969 年出版《设计结合自然》,他是景观生态学的先驱,他将多个环境学科的科学家(包括气象学家、地质学家、土壤学家、植物生态学家、野生动物学家)召集到一起,共同组成了一个多学科的教学与研究团队,再加上社会科学家和经济学家,使他们为解决一个共同的问题进行研究。

在方法上用“千层饼”模式将这些知识和成果进行综合及筛选来实现问题的解决,而这整个过程正是景观生态规划的核心方法。

生态学中的尺度及尺度转换方法

生态学中的尺度及尺度转换方法
第 21 卷第 12 期 2001 年 12 月
生 态 学 报 A CTA ECOLO G ICA S IN ICA
V o l. 21, N o. 12 D ec. , 2001
生态学中的尺度及尺度转换方法
吕一河, 傅伯杰
(中国科学院生态环境研究中心 系统生态开放研究室, 北京 100085)
摘要: 尺度作为生态学的重要范式, 已经引起了广泛重视, 但对尺度问题的研究还不够成熟。 尺度具有多维性特点, 即功 能尺度、空间尺度、时间尺度等, 但生态学研究的重点是空间和时间尺度。并且时空尺度还具有复杂性、变异性特征。尺度 研究的根本目的在于通过适宜的空间和时间尺度来揭示和把握复杂的生态学规律。为此, 科学有效的尺度选择和尺度转 换方法不可或缺。 常见的尺度转换方法有图示法、回归分析、变异函数、自相关分析、谱分析、分形和小波变换, 同时遥感 和地理信息系统技术在尺度研究中也发挥着重要作用。结合实例对上述方法进行了分析和论述, 认为各种方法都有其内 在的优势和不足, 新方法的引入和应用对于尺度转换方法体系的充实和完善非常重要。 有关尺度的研究将进一步加强, 研究的重点是尺度变异性、不同尺度间的相互作用机制以及尺度转换方法等。 关键词: 生态学; 尺度; 尺度转换
T he eco log ica l en tities and p rocesses a re sub ject to the con stra in ts from the eco log ica l sca les rela ted. T here a re con stra in ts and th resho ld s on each sca le. T he resu lts of sca ling a re d ifficu lt to understand ac2 co rd ing to the cla ssica l h iera rchy theo ry. T here a re exchanges of m a teria l, energy and info rm a tion am ong va riou s sca les. Sca ling, includ ing sca ling2up and sca ling2dow n, can be ca rried th rough by the con tro l of

生态学中的尺度问题内涵与分析方法

生态学中的尺度问题内涵与分析方法

生态学中的尺度问题内涵与分析方法一、本文概述生态学作为一门研究生物与其环境之间相互关系的科学,其研究领域广泛且复杂,尺度问题在其中扮演着至关重要的角色。

尺度问题,即生态学研究中不同空间和时间尺度上的变异和规律,是理解生态系统功能和动态的核心。

本文旨在深入探讨生态学中的尺度问题内涵,分析不同尺度下的生态学现象及其相互关系,并介绍常用的尺度分析方法,以期为生态学研究和实践提供有益的参考。

本文将对尺度问题的内涵进行详细阐述,包括空间尺度、时间尺度以及它们之间的交互作用。

空间尺度涵盖了从微观到宏观的各个层面,如细胞、个体、种群、群落、生态系统和生物圈等;时间尺度则从瞬间到长期演变,涉及生物的生长、发育、季节变化、生命周期以及生态系统的演替等。

尺度问题的内涵在于,不同尺度下的生态学现象具有不同的特征和规律,而这些现象又相互影响、相互制约,共同构成了一个复杂而有序的生态系统。

本文将分析不同尺度下的生态学现象及其相互关系。

通过案例分析和实证研究,揭示不同尺度生态学现象之间的内在联系和相互影响机制,为理解生态系统功能和动态提供新的视角。

本文将介绍常用的尺度分析方法,包括统计分析、模型模拟和遥感技术等。

这些方法在生态学尺度问题的研究中具有广泛的应用前景,能够帮助我们更好地理解和分析生态系统在不同尺度下的变异和规律。

本文将从多个角度深入探讨生态学中的尺度问题内涵与分析方法,旨在提高我们对生态系统功能和动态的认识和理解,为生态学研究和实践提供有益的启示和指导。

二、尺度问题的内涵尺度问题在生态学中具有深远且复杂的内涵。

尺度,简单来说,可以理解为观察或研究对象的空间范围和时间跨度。

在生态学中,尺度问题主要关注的是生物与其所处环境之间的相互作用如何随着空间和时间尺度的变化而变化。

这种变化可能表现为物种分布、种群动态、群落结构、生态系统功能以及生物多样性等多个方面。

尺度问题的内涵包括多个方面。

尺度问题涉及到生态学研究中的尺度依赖性,即某些生态现象或过程在特定的尺度下表现明显,而在其他尺度下则可能被忽略或难以察觉。

生态学研究中的尺度问题

生态学研究中的尺度问题

生态科学2004年5月第23卷第2期ECOLOGlCSCIENCEMay,2004,23(2):175~178生态学研究中的尺度问题张7眵,祭歹K二五术(华东师范大学资源0环境学院,教育部地理信息科学开放实验室上海200062)【摘要】尺度是生态学中的核心问题,时间和空间尺度包含于任何生态过程中,尺度确i生态学研究中越米越j;fl!现出其重要性,原洲足解决地球环境问题要求征人尺度.【:理解格局和过程,丽以前生态学调企的数据主要足基于小尺度的,并且.有许多研究表l¨],一个生态问题的结论在很火程度上取决于研究所采纳的尺度。

但日前尺度研究还存在很多问题:一些相关概念易与尺度混淆:缺乏成熟的尺度识别方法和系统完稀的尺度转换方法等。

针对这些问题,本文首先阐明了尺度的确切含义,并对Jt度研究的发展历史、重要性作了叫顾和阐述:分析探讨了尺度与等级理论、格局的关系,及尺度识别、尺度转换的方法和发腱趋势。

关键词:尺度;生态学:等级理论中图分类号:Q149文献标识码:A文章编号:1008.8873(2004)02.175-04ScaleinecoIogicalresearch,ZHANGTbng,CAI1rbngLi(SchoolofResource&Environment,EastChinaNormalUniversity’OpenLab.ofGeographicInfomationScience,MinistryofEducation,Shanghai200062,China)AbstractScales.asthecricicalissueinecology’existinanyecolo百calprocessinformsoftemporalandspatialscales,andplaVaimportantroleinecOIogy.Thiscanbeduetotworeasons:oneisthedemandOfunderstandingpattemandprocessonlargerscaleswhensolvingmanyglobalenvimnmentalproblems,whilepastecologicalresearchmainlyonsmallscales,andanotheristheconclusionthatan由venecologicalpmblemliesonthescaleselectedinthestudy.ButthereremainalotofDroblemsinthestudyofecoIOgicalscales,such豁theconfusionbetweenscalesandsomereIatedconcepts,thelackofasetofs_11,stemicandperfectmethodsforscaleidentincatiOn,andforscalingaswell.Thispap钟cl撕nedtheexactmeaningofscalesfirstlv,andlookedbacktothedevelopmenthistory锄dimportanceofecologicalscaleanalysis.Nextitdiscussedtherelationsbetweenscalesa11dhierarchytheoⅨaSwellasscaleandpattem.Inaddition,italsodiscussedthemethodsaJldthedeVeiopingtrendofidentifyingscalesandscaling.KeyWords:Scale;Ecology;Hieral℃hytheory20世纪的最后二十年里,人们目睹了生态学领域发生的重大变化:研究技术不断进步,试验设计更趋严谨,数学模型日渐增多,基于计算机技术的数据获取、挖掘、补救和分析能力迅速增强,这些进展都伴随着人们对尺度问题认识的日益重视,生态学家们越来越意识到尺度在生态学研究中的重要性。

第七章 尺度问题

第七章 尺度问题

尺度鉴别的统计学方法
方差分析 (variance analysis) 自相关分析(auto-correlation analysis) 半方差分析 (semi-variance analysis) 谱分析(spectrum analysis) 分维分析(Fractal analysis) 孔度分析(Lancunarity analysis )
Can you determine the grain size of this image? The extent? What does this image show?
Now the pixels are so small, they are hard to see. Can you determine the grain size now? How about the extent?
没有一种方法能够彻底解决划分尺度域的问题,不 同方法之间具有互补性,该研究仍处于探索阶段
尺度外推及其误差分析
尺度外推:
包括尺度上推和尺度下推。一般而言生态学中对尺度 上推研究较多,而对尺度下推研究较少。 尺度上推是从较多信息中抽取较少信息,可采用较简 单的聚合方法,并可以数量化地分析其误差。 尺度下推时从较少信息推论较多信息,因此必须借助 模型,无法分析其误差,需要与实际观测比较。 尺度上推最多采用的是空间聚合的方法(spatial aggregation)
第三节 尺度域方法与统计学方法
对生态现象采用不同的观测尺度可能得出不同的结论, 是否意味着不同尺度之间没有关系,不可以进行跨尺度 预测?要全面了解一个生态系统的行为需要无穷多的观 测?我们对不同尺度现象的观测不可以比较?尺度域方 法提供了合理的解决方案 生态系统特征随尺度变化在一些尺度范围内具有不变 性,或者具有线性变化的特征,把这些尺度范围称为尺 度域。不同尺度域之间存在变化剧烈的非线性区域,称 为关键阈(critical threshold)

生态位理论与生态系统的尺度效应

生态位理论与生态系统的尺度效应

生态位理论与生态系统的尺度效应生态位理论是生态学中一个重要的概念。

它指的是一个生物种群在生态系统中的角色和位置,包括其所占据的生境、所利用的资源以及与其他生物种群的关系等。

生态位理论是从生物群落学和群落生态学的角度出发,对生物多样性和生态过程进行研究的重要基础。

生态位理论从一个群落内部的角度出发,强调了不同生物种群之间的相互依存和联系。

通过对各个生物种群之间的竞争关系、共生关系和食物网络等进行分析和研究,生态位理论能够揭示生物多样性维持的机理和生态系统的稳定性维持方式。

另一方面,生态位理论也可以被用于管理和保护生态系统,帮助我们更好地理解和预测人类活动对于生态系统的影响。

生态位理论的一个重要应用是生态系统的尺度效应研究。

生态系统的尺度效应指的是生态系统的空间和时间尺度对于生态系统中不同物种的演化和生态过程的影响。

生态系统尺度可以从局部尺度到全球尺度不等,每个尺度都可以影响生态过程和物种演化。

在局部尺度上,不同物种会在局部生境中占据不同的生态位,这决定了它们在局部生境中的相对丰度和分布。

在这个尺度上,种间竞争关系和共生关系是决定物种分布与多样性的主要因素。

当尺度扩大到区域尺度时,多种生境的相互作用使得物种在这个尺度上的分布和相对丰度发生了一定程度的变化。

这表明了在不同的尺度上,生态系统中的生物多样性不是独立存在的,而是由不同的尺度效应相互影响而形成。

在全球尺度上,生态系统的尺度效应也会对全球气候、大规模物种迁移和环境变化等方面产生影响。

在这个尺度上,生态位理论可以帮助我们理解全球物种多样性和演化的规律,有助于我们制定全球环境保护和生态恢复的措施,减缓全球环境变化所带来的影响。

总之,生态位理论是生态学研究的重要工具之一,它可以帮助我们理解生态系统中不同物种之间的相互作用和竞争关系,更好地理解生物多样性的维持和生态系统的稳定性,同时也可以用于管理和保护生态系统。

生态系统的尺度效应则强调了生态系统尺度对于生态过程和物种分布的影响,这有助于我们更好地理解生物多样性和生态系统发展的规律,更好地制定生态保护和管理措施。

生态学尺度概念

生态学尺度概念

生态学尺度概念The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020关于生态学尺度概念通过学习和讨论,我对尺度的相关概念有了一定的了解和理解。

1、生态学尺度的三重概念:生态学尺度的维数、种类、组分,是尺度的三个不重叠且相互联系的方面,它们有机地组成一个整合统一的尺度概念体系。

在尺度概念中,我认为最难区分的是尺度组分的部分概念。

尺度的组分包括粒度、幅度、间隔、分辨率、比例尺、支撑、覆盖度等。

这些组分之间是相互联系的,有些时候甚至是对同一尺度单元的不同表述。

比如,就空间上的最小可辨别单元而言,既可以表示粒度,也可以表示分辨率。

而对于分辨率、比例尺,我们也往往认为是相通的两个概念,不过分辨率的内涵更为丰富。

在具体研究过程中,我认为还是有必要交代清楚尺度组分及其含义的。

2、尺度效应:(1)尺度效应的普遍性:尺度效应是普遍存在的,归根结底由于在时空上,在不同层次上普遍存在着异质性,使得各种现象的格局和过程等,在时空和不同层次上不是连续的均匀分布,存在着一些“突变”。

根据分形理论,由于系统的自相似性,系统在一定尺度范围内往往不会发生显著的或者说具有统计学意义的变化,但一旦超出某一尺度域范围,就会出现“突变”现象。

而对于跨等级的尺度外推就是对这种普遍存在的异质性的聚合或者分解。

(2)尺度效应的表现:在随着尺度(尺度域或者尺度等级)的变化,景观格局或过程的统计分布发生变化,景观空间格局的改变,即特征尺度组分发生变化,出现新的过程,新的景观特性。

(3)尺度效应的启示:正是由于景观效应的存在,我们在实际研究中,应该鉴别出所研究的格局和过程对应的特征尺度,特征尺度的识别依赖于多尺度研究。

而在大多数研究中,是没有考虑到特征尺度的识别的,往往基于经验判断等,具有一定的任意性。

对于后续研究的启发是,在进行生态现象的格局或过程研究时,首先要考虑其特征尺度,可以通过相关文献查阅,或前期研究准备过程中对其尺度现象的分析,在要求更为精细时可以收集相关的数据,通过相应的方法、途径识别特征尺度。

尺度 生态学概念

尺度 生态学概念

尺度生态学概念尺度(Scale)是人类对自然环境的研究过程中不可或缺的概念,它是指研究物种时必须考虑的概念。

它是由空间、时间和量级组成的。

空间尺度指的是研究的单位的大小,时间尺度指的是研究的持续时间,量级尺度指的是研究的变量数量。

尺度(Scale)对生态学研究具有重要意义,因为它能够支持研究者深入探讨生态学问题。

此外,尺度会影响研究者得到的结果,因为选择了不同的尺度会得到不同的结果。

例如,研究物种分布时,如果采用小尺度,则可以获得更为详细的结果,而采用大尺度则可以获得更广泛的结果。

尺度(Scale)可以用来识别生态学中的潜在模式和机制。

一旦识别了这些模式和机制,就可以使用尺度来更深入地了解这些模式和机制是如何影响生态系统的变化。

例如,在研究物种分布时,如果将尺度从小尺度扩大到大尺度,那么就可以从更宏观的角度更好地理解这种分布是如何形成的。

尺度(Scale)也可以用来更好地理解生态学的某些概念,比如生态系统。

生态系统是一个复杂的系统,它由许多元素(如物种、物种相互关系、生态环境等)组成,且它们之间有复杂的相互关系。

因此,只有考虑到足够的尺度,才能正确理解生态系统海拔等参数的影响。

另外,使用尺度,还可以更进一步地探索到受到什么影响,以及什么影响会对生态系统产生什么影响。

此外,尺度(Scale)也可以用来评估生态学中的概念。

例如,可以考虑物种的分布、生态系统复杂性和生态服务等,以评价城市绿化规划的效果。

从尺度的角度看,这些概念不仅与尺度有关,而且也可以用来评估某种情况下的物种分布、生态系统复杂性和生态服务等。

总之,尺度(Scale)是生态学研究过程中不可或缺的重要概念,它不仅可以帮助研究者深入了解生态学中的一些概念,也可以用来评估生态学中的一些概念,以达到更好的研究目的。

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Ⅳ Definitions for each of the terms
Extent Grain Resolution Scale Lag Support Cartographic ratio
• Extent is the total length, area or volume that exists or is observed or analyzed. Eg: Crown • Grain can also be defined for phenomena, observations and analysis. • The resolution of a data set is often taken to be the size of the smallest sampling unit or grain size of its sampling design (Schneider 1994, Gustafson 1998). • Lag refers to the spacing or interval between neighboring unit phenomena or neighboring sampling or analysis units. • The support can be as small as a point or as large as the full extent of the spatial field. The spatial unit used to sample the environment has also been considered the support of the data (Rossi et al. 1992). • Cartographic ratio: When ecological data are presented or stored as a map, there is a ratio between the distance on the map to the real-world distance that it represents.
Presence of anisotropy
Patch and gap size Multivariate relationships
• Estimate of the population mean
Thank you!

• Scale • Scale related to the phenomenon under study, both its structure and its processes • Scale related to the sampling method • Scale related to the statistical
Ⅱ Proposing Scale issues
• ‘‘Scale’’ is one term that has gained great currency in ecology during the past decade ,yet this term has multiple, sometimes contradictory meanings.
Ⅲ Scale Concepts
we distinguish among three different categories to which spatial scale-related terms may be applied:
• the phenomenon being studied, for example the spatial structure of vegetation and the processes that affect it • the spatial units or sampling units used to acquire information about the phenomenon, for example quadrats on the ground or pixels in an image • the analysis of the data, used to summarize them or make inferences.
phenomenon observation analysis
Fig. 1. Dimensions of scale concepts.
Consider a community of crustose lichens growing on a large smooth plane rock surface (Fig. 2).
• map scale : the relationship between the distance or area represented on a map to the corresponding real-world distance or area. • Scale in landscape : grain and extent • Support : an n-dimensional volume, including its geometrical shape, size and orientation • Resolution : smallest object that can be reliably detected.
Fig. 3. A simplified view of observation extent (Type I), grain(Type II) and lag (Type III). Note that Type III b=Type III a−Type II when units have the same size and shape.
Estimate of the population mean
Estimate of the population variance
Analysis scales influence inference
Presence and characteristics of spatial autocorrelation
Fig. 2. Idealized rendering of a community of crustose lichens growing on a 27×27 cm area of rock, modified from Dale (1999), p. 17. There are five species present, represented by shaded polygons or tiles. Black polygons represent bare rock (no lichen present).
analysis
Used in spatial statistical analysis
Classical advice is to calculate statistics to a distance at one-fifth to one-third of the extent of the study domain (Rossi et al. 1992) in order to obtain enough pairs for stable statistical estimates.
A balanced view of scale in spatial statistical analysis
七组报告
Ⅰ Abstract
• Concepts of spatial scale, such as extent, grain, resolution, range, footprint, support and cartographic ratio are not interchangeable.
Ⅴ Changing observation and analysis scales influence inference
• In ecology, it is well known that observation scales can influence ecological inference (Mercer and Hall 1911, Home and Schneider 1995). • We identify the influence of observational scale on statistical results as a subset of what geographers call the Modifiable Area Unit Problem (MAUP). • Ecological fallacy(生态学谬误)
tile size(斑块的大小) Structure scales phase lag(种间间距) phenomenon range of action(行动的范围) Process scales extent of effect(作用的幅度)
survey
Leaf nest burrow
observation instrument experiment logistical The size of the sampling unit The shape of the sampling unit The space of the sampling unit
Concepts such as cartographic ratio, grain, extent, resolution, support, range, variance and footprint have all been used as synonyms of scale in one context or another.
To complete census of a chosen extent, we can use airborne or satellite camera or radiometer. For example ,the GIFOV (the ground instantaneous field of view)
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