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 .
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 промышленной революции 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 имеет важное значение для развития 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 науки о земельных изменениях 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 об изменении земель было: [2]
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. климат. [4] Учитывая 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]
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 структуре, функциях и влиянии экосистем и земных систем на изменение земель, независимо 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 во многом опирается на синтез широкого спектра данных и разнообразных методов сбора данных, некоторые из которых подробно описаны ниже. [5]
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, в частности 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 информирования о стратегическом управлении земельными ресурсами .
Быстрый упадок 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 изменения. [2] В 1960 году Аральское море, расположенное в Центральной Азии, было четвертым по величине озером в мире. [8] Однако проект по отводу воды, 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 визуализации 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.
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]
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 альтернативных обстоятельствах, что полезно для оценки рисков, поскольку позволяет прогнозировать потенциальные воздействия и может использоваться для обоснования политических решений, хотя и с некоторыми неопределенность. [12]
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] Деятельность человека 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 плане, 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 причины 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.
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 крайней мере две трети мирового биоразнообразия , и считается, что устойчивые изменения в растительном покрове 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 моделей изменения землепользования ученые должны также изучить социальные и экономические движущие силы сама вырубка лесов.
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, действующих одновременно или последовательно на изменение 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 приводит к опустыниванию , еще одному изменению земельного покрова, которое делает почву непригодной для использования и нерентабельной, что заставляет 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.
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 человек 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 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] Внешнее распространение городских территорий может также захватывать прилегающие земли, ранее использовавшиеся для выращивания сельскохозяйственных культур. [13]
Урбанизация дополнительно влияет на растительный покров за счет эффекта городского острова тепла. Острова тепла возникают, когда из-за высокой концентрации сооружений, 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 привести к увеличению потребления энергии, что приводит к более высоким темпам 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.
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 изменений 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]
{{cite web}}: |first=имеет общее имя ( справка )CS1 maint: numeric names: authors list (link)