stringtranslate.com

Наука об изменении земель

Изображение NASA, показывающее влияние вырубки лесов на количество осадков в Бразилии, пример моделирования изменений в землепользовании

Наука об изменении земель относится к междисциплинарному изучению изменений климата , землепользования и растительного покрова . [1] Наука об изменении земель конкретно стремится оценить закономерности, процессы и последствия изменений в землепользовании и растительном покрове с течением времени. Целью науки об изменении земель является внесение вклада в существующие знания об изменении климата и в разработку политики устойчивого управления ресурсами и землепользования. Эта область информируется рядом 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 растительного покрова. Наука об изменении земель рассматривает землепользование как связанную систему человека и окружающей среды, чтобы понять последствия взаимосвязанных экологических и социальных проблем, включая вырубку лесов и урбанизацию .

История

Источник

Изменения поверхности земли, вызванные деятельностью человека, документировались на протяжении столетий как имеющие существенное влияние как на земные системы , так и на благосостояние людей. Изменение ландшафтов для удовлетворения потребностей человека, например, вырубка лесов для сельскохозяйственных угодий , может иметь долгосрочные последствия для земных систем и усугублять причины изменения климата. [2] Хотя сжигание ископаемого топлива является основным фактором современного изменения климата, до промышленной революции вырубка лесов и орошение были крупнейшими источниками выбросов парниковых газов, вызванных деятельностью человека . [2] Даже сегодня 35% антропогенных выбросов углекислого газа можно отнести к изменениям в землепользовании или почвенно-растительном покрове. [2] В настоящее время почти 50% поверхности суши Земли, не покрытой льдом, были преобразованы в результате деятельности человека, причем примерно 40% этих земель используются в сельском хозяйстве , что превосходит естественные системы как основной источник выбросов азота. [2]

Изменения в почвенно-растительном покрове и землепользовании, такие как перевод земель в пахотные земли (желтые регионы на карте), оказывают значительное влияние в глобальном масштабе.

Наука об изменении земель — это недавно разработанная область, которая возникла в связи с прогрессом в области изучения изменения климата и глобальных изменений окружающей среды и важна для эволюции науки об изменении климата и адаптации. Она является как проблемно-ориентированной, так и междисциплинарной. [3] В середине 20-го века отношения между человеком и окружающей средой стали появляться в таких областях изучения, как антропология и география . [4] Некоторые ученые утверждают, что дисциплина науки об изменении земель в целом произошла от немецких концепций ландшафта как общего количества вещей 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 человек-окружающая среда, которую можно понимать как основу глобальной экологической науки. [4]

До сих пор целью науки об изменении земель было: [2]

  1. Наблюдайте и контролируйте изменения земель, происходящие по всему миру.
  2. Понимать изменение земель как систему взаимодействия человека и окружающей среды
  3. Модель изменения земель
  4. Оценить системные результаты, такие как уязвимость, устойчивость и стойкость

Влияния

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] Она призвана дополнять изучение изменения климата , и посредством изучения изменений в почвенно-растительном покрове и землепользовании в сочетании с климатическими изменениями за тот же период времени ученые могут лучше понять, как практика землепользования человека 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

Наука об изменении земель в основном работает в рамках международных научных исследований, из которых были разработаны ее фундаментальные вопросы. [4] Хотя эта область связана с социальными и культурными исследованиями в своем понимании земли и изменения земель как системы человек-окружающая среда, наука об изменении земель также фокусируется на экосистемах и структуре земных систем , функциях и влиянии на изменение земель, независимо от деятельности человека. Наука об изменении земель охватывает широкий спектр измерений, начиная от количественной оценки экологических последствий изменения земельного покрова и заканчивая пониманием социально-экологических факторов для решений по использованию земель 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

Основная функция науки об изменении земель — документировать и моделировать долгосрочные закономерности изменения ландшафта, которые могут быть результатом как деятельности человека, так и естественных процессов. [6] В ходе мониторинга и оценки изменений в почвенно-растительном покрове и землепользовании ученые рассматривают несколько факторов, включая то, где меняются почвенно-растительный покров и землепользование, степень и временные рамки изменений, а также то, как изменения меняются с течением времени. [7] Для этого ученые используют различные инструменты, включая спутниковые снимки и другие источники данных дистанционного зондирования (например, снимки с самолетов), полевые наблюдения, исторические отчеты и моделирование реконструкции. [6] Эти инструменты, в частности спутниковые снимки, позволяют ученым, изучающим изменения земель, точно отслеживать темпы изменения земель и создавать последовательные долгосрочные записи для количественной оценки изменчивости изменений с течением времени. [7] Наблюдая за закономерностями изменений почвенно-растительного покрова, ученые могут определять последствия этих изменений, прогнозировать влияние будущих изменений и использовать эту информацию для информирования о стратегическом управлении земельными ресурсами .

Аральское море

Снимки дистанционного зондирования показывают изменения площади Аральского моря с 1989 года (слева) по 2014 год (справа).

Быстрое снижение уровня Аральского моря является примером того, как локальное землепользование и изменение земель могут иметь усугубляющие последствия для региональных климатических систем, особенно когда деятельность человека сильно нарушает естественные климатические циклы, и как наука об изменении земель может быть использована для картирования и изучения таких изменений. [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 нынешних Казахстана , Узбекистана и Туркменистана , привел к тому, что Аральское море потеряло 85% своего покрова и 90% своего объема. [8] Потеря Аральского моря оказала значительное влияние на взаимодействие человека и окружающей среды в регионе, включая уничтожение рыбной промышленности моря и засоление сельскохозяйственных земель в результате разноса ветром высохших морских соляных отложений. [2] [8] Кроме того, ученые смогли использовать такие технологии, как спектрорадиометр умеренного разрешения (MODIS) НАСА , чтобы отслеживать изменения Аральского моря и окружающего его климата с течением времени. [9] Такое использование моделирования и спутниковых снимков для отслеживания изменений почвенно-растительного покрова, вызванных деятельностью человека, характерно для области науки об изменении земель.

Риск и уязвимость

Моделирование риска и уязвимости также является одним из практических приложений науки об изменении земель. Точные прогнозы того, как деятельность человека повлияет на изменение земельного покрова с течением времени, а также влияние, которое такие изменения оказывают на устойчивость экологических и человеческих систем, могут дать информацию о создании 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 сообществ к опасностям, понимания географического распределения людей и инфраструктуры и точного расчета вероятности возникновения конкретных нарушений . [11]

Моделирование изменения земель

Ключевым методом изучения риска и уязвимости в контексте науки об изменении земель является моделирование изменений земель (LCM), которое может использоваться для моделирования изменений землепользования и растительного покрова. [12] LCM можно использовать для прогнозирования того, как землепользование и растительный покров могут измениться при альтернативных обстоятельствах, что полезно для оценки риска, поскольку позволяет прогнозировать потенциальные воздействия и может использоваться для информирования о политических решениях, хотя и с некоторой неопределенностью. [12]

Влияние человека и наука об изменении земель

Хотя наука об изменении земель включает в себя количественную оценку местоположения, масштабов и изменчивости изменения покрова земли и анализ возникающих закономерностей, она остается принципиально междисциплинарной, включая социальные и экономические компоненты. [7] Человеческая деятельность является не только наиболее значимой причиной изменения покрова земли, но и люди также напрямую подвержены экологическим последствиям этих изменений. [7] Коллективное землепользование и изменения покрова земли коренным образом изменили функционирование ключевых систем Земли . [13] Например, изменения землепользования и покрова земли, вызванные человеком, 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 для получения 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 земельного покрова, и для понимания закономерностей изменения земель и их влияния на климат, ученые, изучающие изменения земель, должны определить социальные и экономические факторы исторических изменений земель. Ниже приведены некоторые примеры землепользования и изменения земельного покрова, которые играют ключевую роль в социальных и экономических измерениях науки об изменении земель.

Вырубка тропических лесов

Вырубка тропических лесов для преобразования землепользования

Обезлесение , в контексте науки об изменении земель, является систематическим и постоянным преобразованием ранее покрытых лесом земель для других целей. [14] Исторически это было основным фактором, способствующим изменению землепользования и растительного покрова, и является особым направлением науки об изменении земель. [10] Леса являются жизненно важной частью глобальной экосистемы и имеют важное значение 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 устойчивые изменения в земельном покрове в этих регионах, как полагают, способствуют массовому вымиранию . [15] Учитывая серьезные экологические последствия, возникающие в результате преобразования лесных земель, осуществляемого человеком, а также продолжающуюся тенденцию к снижению лесного покрова, для эффективного моделирования и оценки закономерностей изменения землепользования ученые также должны изучить социальные и экономические движущие силы самого обезлесения.

Землепользование и изменение растительного покрова в результате вырубки лесов в первую очередь являются следствием крупномасштабных социально-экономических процессов. Важно отметить, что редко существует одна прямая или основная причина вырубки лесов. [16] Скорее, вырубка лесов является результатом переплетения системных сил, работающих одновременно или последовательно, чтобы изменить растительный покров. [16] Например, массовая вырубка лесов часто рассматривается как продукт промышленного сельского хозяйства, однако значительная часть вырубки старовозрастных лесов является результатом мелкомасштабного переселенческого земледелия. [17] По мере удаления лесного покрова лесные ресурсы истощаются, а рост населения приводит к дефициту, что побуждает людей снова переезжать в ранее нетронутые леса, возобновляя процесс вырубки лесов. [17] Этот процесс называется миграцией из сельской местности в сельскую местность. [17] Существует несколько причин этой продолжающейся миграции: нехватка доступных сельскохозяйственных земель, вызванная бедностью, и высокие издержки 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 почвенного покрова, которое делает почву непригодной для использования и нерентабельной, заставляя фермеров искать нетронутые и незаселенные старовозрастные леса. [17]

Помимо сельской миграции и натурального хозяйства, экономическое развитие также может играть существенную роль в вырубке лесов. [16] Например, расширение дорог и железных дорог, призванное повысить качество жизни, привело к значительной вырубке лесов в Амазонии и Центральной Америке . [16] Более того, основные движущие силы экономического развития часто связаны с глобальным экономическим взаимодействием, а не с бедностью, начиная от увеличения экспорта и заканчивая внешним долгом . [16] Вырубка лесов происходит по многим взаимосвязанным причинам, и поэтому ученым, изучающим изменения 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 являются количественными, но они, тем не менее, предоставляют ценную информацию для моделей науки об изменении земель, которые пытаются предсказать будущее изменение земельного покрова и его последствия.

Урбанизация

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

В широком смысле урбанизация — это увеличение числа людей, проживающих в городских районах. В контексте науки об изменении земель урбанизация относится как к росту городского населения, так и к физическому росту городских территорий. [18] По данным Организации Объединенных Наций , городское население мира 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] Это изменение численности населения сопровождается значительными изменениями в экономическом потоке, культуре и образе жизни, а также пространственном распределении населения. [19] Хотя урбанизированные районы занимают всего 3% поверхности Земли, они, тем не менее, оказывают значительное влияние на землепользование и изменение растительного покрова. [20]

Урбанизация важна для землепользования и изменения почвенно-растительного покрова, а следовательно, и для науки об изменении земель, по ряду причин. В частности, урбанизация влияет на изменение земель в других местах посредством смещения связей между городом и деревней или экологического следа перемещения товаров и услуг между городскими и сельскими районами. [13] Рост урбанизации приводит к росту потребления, что оказывает повышенное давление на окружающие сельские земли. [13] Внешнее распространение городских территорий может также захватывать соседние земли, ранее использовавшиеся для выращивания сельскохозяйственных культур. [13]

Городские острова тепла

Урбанизация дополнительно влияет на земельный покров через эффект городского острова тепла. Острова тепла возникают, когда из-за высокой концентрации структур, таких как здания и дороги, которые поглощают и повторно излучают солнечную радиацию, и низкой концентрации растительного покрова городские районы испытывают более высокие температуры, чем окружающие районы. [21] Острова тепла могут вызывать повышенное потребление энергии, что приводит к более высоким показателям выбросов парниковых газов. [21] Высокие температуры, связанные с островами тепла, также могут нанести ущерб здоровью человека, особенно в районах с низким доходом. [21] Влияние городских районов на климат указывает на то, что урбанизация может стать важным компонентом науки об изменении земель.

Препятствия

Наука об изменении земель как дисциплина сталкивается с рядом проблем, многие из которых вытекают из ее междисциплинарных качеств или проблем с разработкой выводов с использованием совокупных данных. [22] Например, наука об изменении земель ограничена ограничениями на данные и отсутствием понимания основных проблем изменения земель. [23] В частности, пространственные модели, часто используемые для изучения изменения земель, могут быть ограничены отсутствием доступа к публичным данным об изменении земель, неисправными датчиками и высоким уровнем переменной неопределенности. [23] Таким образом, модели часто способны делать только краткосрочные прогнозы, что серьезно ограничивает уровень прогнозирования, который они могут предоставить. [23] Кроме того, трудно синтезировать и объединять 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, которую наука об изменении земель стремится достичь. [22]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ "Land Change Science Program - Science". www.usgs.gov . Архивировано из оригинала 2021-02-10 . Получено 2021-02-09 .
  2. ^ abcdefgh Тернер, BL; Ламбин, Эрик Ф.; Реенберг, Анетт (2007-12-26). «Возникновение 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. ^ ab Мессерли, Питер; Хайниманн, Андреас; Гигер, Маркус; Брей, Томас; Шёнвегер, Оливер (2013-10-01). «От «захвата земель» к устойчивым инвестициям в землю: потенциальный вклад науки об изменении земель». Current Opinion in Environmental Sustainability . 5 (5): 528–534. Bibcode : 2013COES....5..528M. doi : 10.1016/j.cosust.2013.03.004 . ISSN  1877-3435.
  4. ^ abcde Тернер, BL; 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. ^ ab Magliocca, Nicholas R.; Rudel, Thomas K.; Verburg, Peter H.; McConnell, William J.; Mertz, Ole; Gerstner, Katharina; Heinimann, Andreas; Ellis, Erle C. (февраль 2015 г.). «Синтез в науке об изменении земель: методологические модели, проблемы и руководящие принципы». Regional Environmental Change . 15 (2): 211–226. Bibcode : 2015REnvC..15..211M. doi : 10.1007/s10113-014-0626-8 . ISSN  1436-3798. PMC 4372122. PMID 25821402  . 
  6. ^ ab "Мониторинг и оценка земельного покрова | USGS.gov". www.usgs.gov . Архивировано из оригинала 2021-02-10 . Получено 2021-02-09 .
  7. ^ abcd "Наука LCLUC | LCLUC". lcluc.umd.edu . Архивировано из оригинала 2021-01-17 . Получено 2021-03-08 .
  8. ^ abc Миддлтон, Ник (2019). Глобальное казино: Введение в экологические проблемы . Лондон и Нью-Йорк: Routledge. С. 179–182. ISBN 978-1-315-15840-2.
  9. ^ "Мир перемен: высыхающее Аральское море". earthobservatory.nasa.gov . 2014-09-24. Архивировано из оригинала 2021-03-20 . Получено 08.03.2021 .
  10. ^ abcd Mayer, Audrey L.; Buma, Brian; Davis, Amélie; Gagné, Sara A.; Loudermilk, E. Louise; Scheller, Robert M.; Schmiegelow, Fiona KA; Wiersma, Yolanda F.; Franklin, Janet (2016-04-27). «Как ландшафтная экология информирует глобальную науку и политику в области изменения земель». BioScience . 66 (6): 458–469. doi : 10.1093/biosci/biw035 . hdl : 11122/8174 . ISSN  0006-3568.
  11. ^ ab "Риск и уязвимость | USGS.gov". www.usgs.gov . Архивировано из оригинала 2021-01-25 . Получено 2021-02-09 .
  12. ^ ab Van Vliet, Jasper; Bregt, Arnold K.; Brown, Daniel G.; Van Delden, Hedwig; Heckbert, Scott; Verburg, Peter H. (2016-08-01). «Обзор текущих методов калибровки и проверки при моделировании изменений земель». Environmental Modelling & Software . 82 : 174–182. Bibcode : 2016EnvMS..82..174V. doi : 10.1016/j.envsoft.2016.04.017. ISSN  1364-8152. Архивировано из оригинала 2021-04-18 . Получено 2021-04-09 .
  13. ^ abcdef Ламбин, Эрик Ф.; Тернер, Б. Л.; Гейст, Хельмут Дж.; Агбола, Сэмюэл Б.; Ангельсен, Арильд; Брюс, Джон В.; Кумс, Оливер Т.; Дирзо, Родольфо; Фишер, Гюнтер; Фольке, Карл; Джордж, П. С.; Хоумвуд, Кэтрин; Имбернон, Жак; Лиманс, Рик; Ли, Сюбин; Моран, Эмилио Ф.; Мортимор, Майкл; Рамакришнан, П. С.; Ричардс, Джон Ф.; Сконес, Хелле; Штеффен, Уилл; Стоун, Гленн Д.; Сведин, Уно; Вельдкамп, Том А.; Фогель, Колин ; Сюй, Цзяньчу (2001-12-01). "Причины изменения землепользования и почвенно-растительного покрова: выход за рамки мифов". Глобальные изменения окружающей среды . 11 (4): 261–269. doi :10.1016/S0959-3780(01)00007-3. ISSN  0959-3780. Архивировано из оригинала 2020-07-05 . Получено 2021-04-09 .
  14. ^ Derouin, Sarah (2019). «Обезлесение: факты, причины и последствия». livescience.com . Архивировано из оригинала 20.12.2020 . Получено 08.03.2021 .
  15. ^ Giam, Xingli (2017-06-06). «Глобальная потеря биоразнообразия из-за вырубки тропических лесов». Труды Национальной академии наук . 114 (23): 5775–5777. Bibcode : 2017PNAS..114.5775G. doi : 10.1073/pnas.1706264114 . ISSN  0027-8424. PMC 5468656. PMID  28550105 . 
  16. ^ abcde "Tropical Deforestation". earthobservatory.nasa.gov . 2007-03-30. Архивировано из оригинала 2021-03-31 . Получено 2021-04-08 .
  17. ^ abcde Лопес-Карр, Дэвид; Бургдорфер, Джейсон (2013-01-01). «Движущие силы вырубки лесов: население, миграция и использование тропических земель». Окружающая среда: наука и политика для устойчивого развития . 55 (1): 3–11. Bibcode :2013ESPSD..55a...3L. doi :10.1080/00139157.2013.748385. ISSN  0013-9157. PMC 3857132 . PMID  24347675. 
  18. ^ "Урбанизация". ScienceDaily . Архивировано из оригинала 2021-01-13 . Получено 2021-04-09 .
  19. ^ ab 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; Хэ, Чуньян; Чжоу, Юйюй; У, Цзяньго (май 2014 г.). «Сколько земель в мире на самом деле урбанизировано? Иерархическая структура для избежания путаницы». Landscape Ecology . 29 (5): 763–771. Bibcode : 2014LaEco..29..763L. doi : 10.1007/s10980-014-0034-y. ISSN  0921-2973. S2CID  207209868.
  21. ^ abc US EPA, OAR (2014-02-28). "Эффект острова тепла". US EPA . Архивировано из оригинала 2021-04-07 . Получено 2021-04-09 .
  22. ^ ab Риндфусс, Рональд Р.; Уолш, Стивен Дж.; Тернер, Б. Л.; Фокс, Джефферсон; Мишра, Винод (28.09.2004). «Развитие науки об изменении земель: проблемы и методологические вопросы». Труды Национальной академии наук . 101 (39): 13976–13981. Bibcode : 2004PNAS..10113976R. doi : 10.1073/pnas.0401545101 . ISSN  0027-8424. PMC 521107. PMID 15383671  . 
  23. ^ abc Council, National Research (2013-09-16). Развитие моделирования изменений земель: возможности и требования к исследованиям. doi : 10.17226/18385. ISBN 978-0-309-28833-0. Архивировано из оригинала 2021-04-16 . Получено 2021-04-16 .
  24. ^ "GLOBE: Global Collaboration Engine - Land Change Science". Архивировано из оригинала 2021-04-16 . Получено 2021-04-16 .