美国土地覆被连续变化 (1985~2016 年)：来自年尺度时间序列的新见解 | MDPI Land
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引 言
土地覆被变化与不同尺度的环境问题有关，例如土地退化、生物多样性变化、全球范围内气候变化加剧、河道沉积增加、陆-气相互作用模式的改变等。土地覆被变化可能会引发大范围变化，包括气候变化以及区域碳平衡变化，局地影响包括城市化地区的水质下降以及农业增加导致的生态系统服务水平的降低。土地覆被的动态是复杂的，并将随着时间推移而变得更加复杂。
研究过程与结果
本文研究对象为美国 1985 年至 2016 年土地覆被变化情况，研究目的在于探索土地覆被变化的复杂性。研究使用的数据包括样本参考数据和 LCMAP (the USGS Land Change Monitoring, Assessment, and Projection) 项目中的 2 个产品。参考样本数据集基于在 LCMAP CONUS (Conterminous United States) 地图范围内选择的 24,971 个 Landsat (分辨率 30×30 m) 网格的随机样本。
研究发现，1985 年至 2016 年间美国大陆土地覆被变化的主导类型可分为自然资源循环、城市化进程加快和地表水动力变化。30 年时间序列的年变化显示，2006 年之后城市扩张速度有所下降，2007 年之后农田覆被出现新的增长，但 1985 年以来农田总体净减少 (如图 1)。研究表明 30 年间存在两个时期的森林净覆被量损失，第一个发生在时间序列早期，第二个时期始于 2012 年。
图 1. 1985 年至 2016 年间美国大陆土地覆盖变化。
从空间上分析，森林覆被等级的变化主要出现在美国南部，以及美国西北部的部分地区和其他更偏远的地区，如西部山区和缅因州西部。农田的变化主要出现在美国大陆的中部，其它地区包括东南部的分散区域，以及西部的小型集中区域。森林覆被、农田、草地/灌木在森林和农业土地利用中发生相互转化，涉及草地/灌木的变化在自然界中通常是短期到长期的自然过渡，导致大部分草/灌木发生变化。尽管从 2008 年开始，农田面积呈现净增长，但从 1985 年到 2016 年，在 CONUS 范围内农田出现了净损失。其中一些损失可以被视为“轮作损失”。以上例子说明了 LCMAP 监测的 30 多年时间跨度的价值。
三种导致土地覆被变化的主要因素总结如下：
(1) 自然资源循环——主要涉及森林覆被、农田、草地/灌木中两两之间的相互转化。一是树木覆盖和草地/灌木之间的转化，二是农田和草/灌木之间的转化。其中第一个主要涉及商业用林的损失以及从野火中的恢复。例如，1988 年黄石公园大火、1994 年西北森林计划、大萧条时期过后的经济活动增加影响不同时段的变化。
(2) 城市化进程——美国城市化进程在 1985 年到 2016 年间明显增速，城市人口增长了 35.7%。城市化进程在 2007 年至 2008 年金融危机暴发前增速最快，随后受到经济萧条的影响，这种社会经济冲击抑制了金融危机暴发前不断增长的发展，但直到研究后期，城市化率也并未恢复到 1990 年代至 2006 年的较高水平。
(3) 地表水动力——美国大陆的地表水变化也是一种具有周期性动态的自然资源，但不同于观察到的森林、草地/灌木和农田的动态，水动态显示出扩张和收缩的区域差异。导致地表水变化的原因有多种，如雨季和旱年时间间隔的差异导致地表水增加和局部洪水，山间封闭盆地多年干旱的影响以及水库建设和养殖业扩张。
研究总结
本研究对 CONUS 土地覆盖变化进行了较为全面的历史变化评估，因此可以作为未来研究的新基准。本文提出，LCMAP 项目使用 Landsat 数据增强的时间尺度监测，使研究能够剖析整个美国大陆的总体稳定的土地利用系统，揭示了一个复杂的变化故事，并将其与人类和环境驱动因素相结合，让我们能够更好地了解土地覆被动态。
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原文出自 Land 期刊
Auch, R.F.; Wellington, D.F.; Taylor, J.L.; Stehman, S.V.; Tollerud, H.J.; Brown, J.F.; Loveland, T.R.; Pengra, B.W.; Horton, J.A.; Zhu, Z.; Midekisa, A.A.; Sayler, K.L.; Xian, G.; Barber, C.P.; Reker, R.R. Conterminous United States Land-Cover Change (1985–2016): New Insights from Annual Time Series. Land 2022, 11, 298.
Land 期刊介绍
主编：
Christine Fürst, University of Halle, Germany
期刊内容涵盖了土地系统科学、地表景观、土壤-沉积物-水系统、城市研究、土地与气候相互作用、水-能源-土地-食物的关系 (WELF)、生物多样性研究和健康关系、土地建模和数据处理、生态系统服务以及多功能性和可持续性等。现已被 Scopus、SSCI (Web of Science)、AGRICOLA、AGRIS、GeoRef、RePEc 等多个关键数据库收录。
2021 Impact Factor | 3.905 |
2021 CiteScore | 3.2 |
Time to First Decision | 15.1 Days |
Time to Publication | 37 Days |
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本文撰稿人：杨思琪
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