1、景观研究的尺度性景观研究的尺度性 在几乎所有的生态学研究和应用中在几乎所有的生态学研究和应用中,尺度尺度问题都没有明确清晰的论述和充分量化问题都没有明确清晰的论述和充分量化，对尺度问题的研究尚未达到成熟的程度。对尺度问题的研究尚未达到成熟的程度。 景观生态学已成为阐述生态学中基本的尺景观生态学已成为阐述生态学中基本的尺度问题的主要推动力。度问题的主要推动力。景观研究的尺度性景观研究的尺度性（一）为什么尺度在通常的生态学，特别是在景观生态（一）为什么尺度在通常的生态学，特别是在景观生态学中扮演着突出的角色？学中扮演着突出的角色？（二）尺度的概念与特征（二）尺度的概念与特征 尺度的概念尺度的概念
2、尺度的表达尺度的表达 尺度的特征尺度的特征 景观生态学的尺度研究景观生态学的尺度研究 研究尺度的意义和作用研究尺度的意义和作用 尺度性与稳定性的关系尺度性与稳定性的关系（三）尺度分析（三）尺度分析 尺度识别尺度识别 尺度选择尺度选择 尺度效应尺度效应 尺度推绎尺度推绎 （一）为什么尺度在通常的生态学，特别（一）为什么尺度在通常的生态学，特别是在景观生态学中扮演着突出的角色？是在景观生态学中扮演着突出的角色？ 问题的解决问题的解决：与大多数环境和资源管理、生物圈相：与大多数环境和资源管理、生物圈相关的亟待需要解决的问题发生在大、中尺度上，都要关的亟待需要解决的问题发生在大、中尺度上，都要求在较大
3、的尺度上理解格局和过程。求在较大的尺度上理解格局和过程。 认识的深入认识的深入：生态学家逐渐认识到尺度选择对研究：生态学家逐渐认识到尺度选择对研究结果的影响结果的影响 。 理论的促进理论的促进：自然界的等级结构，以及不同过程时：自然界的等级结构，以及不同过程时空尺度之间的正相关，成为空尺度之间的正相关，成为1980s早期生态学理论探讨早期生态学理论探讨的重要主题，奠定了生态学上处理尺度问题的重要基的重要主题，奠定了生态学上处理尺度问题的重要基础础。（二）尺度的概念与特征（二）尺度的概念与特征 尺度的概念尺度的概念 通常意义上的通常意义上的尺度尺度是指在观察或研究某一物体或是指在观察或研究某一物
4、体或现象时所采用的空间或时间单位，同时又可指某现象时所采用的空间或时间单位，同时又可指某一物体或现象在空间和时间上所涉及到的范围，一物体或现象在空间和时间上所涉及到的范围，即空间尺度和时间尺度。即空间尺度和时间尺度。 尺度本质上是自然界所固有的特征或规律，而为尺度本质上是自然界所固有的特征或规律，而为有机体所感知。有机体所感知。尺度研究的根本目的在于通过适尺度研究的根本目的在于通过适宜的测量尺度来揭示和把握本征尺度中的规律性。宜的测量尺度来揭示和把握本征尺度中的规律性。本征尺度本征尺度测量尺度测量尺度（二）尺度的概念与特征（二）尺度的概念与特征 尺度的概念尺度的概念时空尺度时空尺度- 组织尺度
5、组织尺度（Organizational scale）生态学中的尺度生态学中的尺度-地理学或地图学中的地理学或地图学中的比例尺比例尺（Scale）绝对尺度与相对尺度绝对尺度与相对尺度 （二）尺度的概念与特征（二）尺度的概念与特征 尺度的表达尺度的表达 粒度粒度 空间粒度空间粒度：指景观中最小可辩识单元所代表的特征长度、：指景观中最小可辩识单元所代表的特征长度、面积或体积，如样方、像元或栅格细胞（面积或体积，如样方、像元或栅格细胞（图图）。）。 时间粒度时间粒度：指某一现象或事件发生的（或取样的）频率或：指某一现象或事件发生的（或取样的）频率或时间间隔，如野外测量生物量的取样时间间隔，某一干扰时间
6、间隔，如野外测量生物量的取样时间间隔，某一干扰事件发生的频率，模拟的时间间隔。事件发生的频率，模拟的时间间隔。 幅度幅度 空间幅度空间幅度：所研究区域的总面积（：所研究区域的总面积（图图）。）。 时间幅度时间幅度：研究项目持续的时间。：研究项目持续的时间。 空间粒度和空间幅度空间粒度和空间幅度LxLylylx(C) COMPONENTS OF SCALEGrain ResolutionSupportMinimum mapping unitExtent Study area or time durationGeographic scaleCoverage Sampling densitySpac
7、ing Sample intervalLag（二）尺度的概念与特征（二）尺度的概念与特征尺度的表达尺度的表达一般地说，从个体、种群、群落、生态系统、景一般地说，从个体、种群、群落、生态系统、景观到全球生态学，粒度和幅度呈逐渐增加趋势。观到全球生态学，粒度和幅度呈逐渐增加趋势。粒度和幅度在逻辑上互相制约。大幅度通常对应粒度和幅度在逻辑上互相制约。大幅度通常对应着粗粒度，而小幅度通常对应着细粒度。着粗粒度，而小幅度通常对应着细粒度。在不具体指明是在不具体指明是“幅度幅度”，还是，还是“粒度粒度”时，时，“尺度尺度”一词的言外之意是幅度，以及与其相应一词的言外之意是幅度，以及与其相应的粒度。的粒度。
8、（二）尺度的概念与特征（二）尺度的概念与特征 尺度的特征尺度的特征 多维性与二重性多维性与二重性 多维性：多维性：组织尺度，空间尺度，时间尺度，现象尺度，观组织尺度，空间尺度，时间尺度，现象尺度，观测尺度，分析尺度等。测尺度，分析尺度等。 二重性：二重性：尺度的空间和时间两个维度在生态学研究实践中尺度的空间和时间两个维度在生态学研究实践中更受重视。更受重视。 截至目前，对空间尺度的研究较多，所涉及的问题也较广，截至目前，对空间尺度的研究较多，所涉及的问题也较广，而对时间尺度的研究相对较少而对时间尺度的研究相对较少。(A) DIMENSIONS OF SCALETime SpaceOrganiz
9、ational LevelsSpace Time Phenomena （二）尺度的概念与特征（二）尺度的概念与特征 尺度的特征尺度的特征 层次层次复杂性复杂性 不同尺度上的生态研究不同尺度上的生态研究（二）尺度的概念与特征（二）尺度的概念与特征 尺度的特征尺度的特征 变异性变异性生态学的格局和过程在不同尺度上会表现出不生态学的格局和过程在不同尺度上会表现出不同的特征。同的特征。不同尺度的现象和过程之间相互作用、相互影不同尺度的现象和过程之间相互作用、相互影响，表现出复杂性特征。响，表现出复杂性特征。不同尺度间的相互作不同尺度间的相互作用机制正是生态学研究的重要课题。用机制正是生态学研究的重要课
10、题。（二）尺度的概念与特征（二）尺度的概念与特征 景观生态学的尺度研究景观生态学的尺度研究 景观生态学的研究基本对应着中尺度范围，即从景观生态学的研究基本对应着中尺度范围，即从几十公里到几百公里，从几年到几百年。几十公里到几百公里，从几年到几百年。 根据所反映尺度的不同，景观生态学有两类主要根据所反映尺度的不同，景观生态学有两类主要的研究：的研究： 阐明基质中景观要素（尤其是相邻两者）之间的阐明基质中景观要素（尤其是相邻两者）之间的相互作用，揭示整个景观结构与动态的相互作用，揭示整个景观结构与动态的相对小尺相对小尺度机制度机制； 大尺度大尺度动态与作为整体的基质行为。动态与作为整体的基质行为。
11、人类尺度人类尺度（二）尺度的概念与特征（二）尺度的概念与特征 研究尺度的意义和作用研究尺度的意义和作用 格局与过程的时空尺度化是当代景观生态学研究格局与过程的时空尺度化是当代景观生态学研究的热点之一的热点之一。 景观生态学研究的重要任务之一就是了解不同时景观生态学研究的重要任务之一就是了解不同时间和空间尺度的异质信息，弄清研究内容随尺度间和空间尺度的异质信息，弄清研究内容随尺度发生变化的规律性。发生变化的规律性。尺度选择对许多学科的再界定具有重要意义。尺度选择对许多学科的再界定具有重要意义。生态过程和约束因尺度不同而异。测量不同尺度上的异质生态过程和约束因尺度不同而异。测量不同尺度上的异质性有
12、助于认识在哪一尺度上异质性控制某一生态过程。性有助于认识在哪一尺度上异质性控制某一生态过程。观察异质性景观在不同尺度上的动态可以了解景观的空间观察异质性景观在不同尺度上的动态可以了解景观的空间等级结构等级结构。（二）尺度的概念与特征（二）尺度的概念与特征 尺度性与稳定性的关系尺度性与稳定性的关系 尺度性与稳定性有着重要的联系。尺度性与稳定性有着重要的联系。 小尺度上小尺度上：生态系统常表现出非平衡特征或：生态系统常表现出非平衡特征或“瞬变特征瞬变特征”，可能会出现激烈波动；，可能会出现激烈波动； 大尺度上大尺度上：生态系统常常可以克服其中局部：生态系统常常可以克服其中局部生物反馈的不稳定性，而
13、体现出较大的稳定性。生物反馈的不稳定性，而体现出较大的稳定性。（三）尺度分析（三）尺度分析 尺度分析主要面临四方面的问题尺度分析主要面临四方面的问题: :q 尺度识别尺度识别q 尺度选择尺度选择q 尺度效应尺度效应q 尺度推绎尺度推绎 虽然生态学家已经认识到时空尺度的重要意义，虽然生态学家已经认识到时空尺度的重要意义，但是如何选择合适的尺度对某一生态过程进行但是如何选择合适的尺度对某一生态过程进行研究，还没有形成完整的理论和方法体系；同研究，还没有形成完整的理论和方法体系；同时，对不同尺度上生态过程相互作用机制的研时，对不同尺度上生态过程相互作用机制的研究也还很不充分。究也还很不充分。（三）尺
14、度分析（三）尺度分析 尺度识别尺度识别对于某个特定的问题，发展识别正确尺度的规对于某个特定的问题，发展识别正确尺度的规则仍然是目前一个重要的研究主题。则仍然是目前一个重要的研究主题。 空间统计学的发展为尺度的识别提供了大量有空间统计学的发展为尺度的识别提供了大量有用的技术。用的技术。 生态学家在分析其数据时，并没有他们所期望生态学家在分析其数据时，并没有他们所期望的单一适宜的尺度。但是，的单一适宜的尺度。但是，一套适宜尺度的识一套适宜尺度的识别，或多尺度分析，必须要进行；分析结果的别，或多尺度分析，必须要进行；分析结果的解释也有待成熟解释也有待成熟 。（三）尺度分析（三）尺度分析 尺度选择尺度
15、选择 尺度选择是研究的起点和基础尺度选择是研究的起点和基础，关系到尺度研究，关系到尺度研究中的试验设计、研究方法、信息收集和误差问题。中的试验设计、研究方法、信息收集和误差问题。 在确定本征尺度之后，可以进行尺度的选择：在确定本征尺度之后，可以进行尺度的选择： 1 1）观测尺度：取样）观测尺度：取样 2 2）分析尺度）分析尺度 （三）尺度分析（三）尺度分析 尺度选择尺度选择 在充分考虑研究者、研究项目及研究对象因素的情况下，在充分考虑研究者、研究项目及研究对象因素的情况下，尺度选择应该具有层次性，即尺度选择应该具有层次性，即至少要包括核心尺度，小至少要包括核心尺度，小尺度组分和大尺度背景三个层
16、次尺度组分和大尺度背景三个层次。 景观以下的生态系统和群落等小尺度资料对于景观生态学景观以下的生态系统和群落等小尺度资料对于景观生态学分析仍具有重要的支撑作用。不过，分析仍具有重要的支撑作用。不过，最大限度地追求资最大限度地追求资料的尺度精细水平同样是一种不可取的做法。料的尺度精细水平同样是一种不可取的做法。（三）尺度分析（三）尺度分析 尺度效应尺度效应 特征的变化特征的变化 当尺度变化时，系统可能在当尺度变化时，系统可能在“封闭封闭”和和“开放开放”之间转之间转换。换。 当尺度变化时，影响同一过程的变量的相对重要性、过当尺度变化时，影响同一过程的变量的相对重要性、过程之间的相互关系也可能发生
17、变化。程之间的相互关系也可能发生变化。 空间尺度空间尺度 变量的相对重要性：潜在蒸散量（变量的相对重要性：潜在蒸散量（PETPET），植物凋落物的），植物凋落物的分解速率分解速率 相互作用关系：不同物种多度之间的正负关系，栎树幼相互作用关系：不同物种多度之间的正负关系，栎树幼苗死亡率与降水量之间的正负关系苗死亡率与降水量之间的正负关系 时间尺度时间尺度 变量的相对重要性：土壤中有机物动态（变量的相对重要性：土壤中有机物动态（图图） 相互作用关系：浮游植物和浮游动物多度之间的相关关相互作用关系：浮游植物和浮游动物多度之间的相关关系系 当尺度增大时，相对于原始测定值的误差或方差也应该当尺度增大时，
18、相对于原始测定值的误差或方差也应该被相应地尺度化。被相应地尺度化。空间异质性、斑块性、空间格局及空间异质性、斑块性、空间格局及它们对尺度（粒度和幅度）的依赖性它们对尺度（粒度和幅度）的依赖性土壤中有机物动态随观测时间尺度的变化土壤中有机物动态随观测时间尺度的变化 尺度推绎尺度推绎 Why scaling?（三）尺度分析（三）尺度分析1). Most ecological studies have been done at small scales.2). Most environmental and societal problems need to be dealt with on broa
19、d scales.3). Understanding how nature works requires consideration of multiple scales and their hierarchical linkages.（三）尺度分析（三）尺度分析 尺度推绎尺度推绎 尺度推绎尺度推绎（scaling） ：利用某一尺度上所获得的信息和知利用某一尺度上所获得的信息和知识来推测其它尺度上的特征，或者通过在多尺度上的研究识来推测其它尺度上的特征，或者通过在多尺度上的研究探讨生态学结构和功能跨尺度特征的过程；简而言之，尺探讨生态学结构和功能跨尺度特征的过程；简而言之，尺度推绎即为尺度信息
20、转换。度推绎即为尺度信息转换。 Scaling is the translation (or extrapolation) of information from one scale to another in time and space or across hierarchical levels of organization。 包括包括尺度上推尺度上推（scaling up）和）和尺度下推尺度下推（scaling down）。）。将小尺度上的信息转换到将小尺度上的信息转换到大尺度上的过程。大尺度上的过程。将大尺度上的信息转换到将大尺度上的信息转换到小尺度上的过程。小尺度上的过程。（三）尺
21、度分析（三）尺度分析 尺度推绎尺度推绎 尺度推绎的复杂性尺度推绎的复杂性 近来的研究表明，尺度推绎常常是复杂的，在研究时会出现各近来的研究表明，尺度推绎常常是复杂的，在研究时会出现各种各样的问题和障碍种各样的问题和障碍，这使得，这使得尺度推绎成为景观生态研究中尺度推绎成为景观生态研究中的一个难点。的一个难点。每一尺度都有其每一尺度都有其约束体系和临界值约束体系和临界值。尺度推绎必然要超越这些。尺度推绎必然要超越这些约束体系和临界值。约束体系和临界值。不同尺度上的组分之间的不同尺度上的组分之间的非线性关系和反馈作用非线性关系和反馈作用非常普遍。非常普遍。空间异质性空间异质性无所不在，而且因尺度而
22、异，使尺度推绎过程更加无所不在，而且因尺度而异，使尺度推绎过程更加复杂。复杂。不同时空尺度的不同时空尺度的聚合聚合会产生不同的估计误差，信息总是随着粒会产生不同的估计误差，信息总是随着粒度或幅度的变化而丧失。度或幅度的变化而丧失。 尺度上推的挑战尺度上推的挑战: 1: 1）正确地定义小尺度信息的）正确地定义小尺度信息的时空异质性时空异质性；（2 2）将此异质性正确地）将此异质性正确地综合或合并综合或合并到大尺度上到大尺度上 。（三）尺度分析（三）尺度分析 尺度推绎尺度推绎 尺度推绎的方法尺度推绎的方法Two General Approaches to Scaling1. Similarity-
23、Based Scaling ApproachesY = Y0 Xb or log Y = b log X + log Y0 Simple scaling relationsallometric relationship2. Dynamic Model-Based Scaling Approaches (upscaling) Extrapolation by lumping Extrapolation by effective parameters Direct extrapolation Extrapolation by expected value Explicit integration
24、Spatially interactive modelingThe Scaling Ladder Approach (Wu 1999, Wu & David 2002)Spatial ScaleTemporal ScaleStructure and process based patch hierarchyDomains of scaleV Va ar ry yi in ng g g gr ra ai in n o or r e ex xt te en nt t o or r b bo ot th hScaling Up with Modeling/GIS/Remote Sensing 尺度推
25、绎的理论和方法有待发展，复杂性理论和景观尺度推绎的理论和方法有待发展，复杂性理论和景观生态学理论作为其理论基础，数学模型和计算机模拟生态学理论作为其理论基础，数学模型和计算机模拟作为其重要工具，现代技术（如遥感、作为其重要工具，现代技术（如遥感、GIS）作为其主）作为其主要手段，都必将为此作出重要贡献。要手段，都必将为此作出重要贡献。（三）尺度分析（三）尺度分析 尺度推绎尺度推绎 长期生态研究中的尺度上推长期生态研究中的尺度上推 可以预见，多尺度和长期生态学研究将可以预见，多尺度和长期生态学研究将会成为研究的主流。会成为研究的主流。现今社会的一些客观问题要求生态学研究在尺现今社会的一些客观问题
26、要求生态学研究在尺度上必须与其相匹配。度上必须与其相匹配。生态系统的时间延迟效应十分明显，许多生态生态系统的时间延迟效应十分明显，许多生态过程需要长期的观测才可完成。过程需要长期的观测才可完成。长期生态研究在时间尺度上的扩展及不同尺度上长期生态研究在时间尺度上的扩展及不同尺度上的有关生物及物理现象的有关生物及物理现象长期生态研究的空间尺度扩展长期生态研究的空间尺度扩展有关尺度的研究将进一步加强，研究的重有关尺度的研究将进一步加强，研究的重点将会是点将会是尺度效应尺度效应、不同尺度间的相互作不同尺度间的相互作用机制用机制以及以及尺度推绎方法尺度推绎方法。多尺度和长期生态学研究多尺度和长期生态学研究将会成为研究的将会成为研究的主流，而且主流，而且时空尺度的结合时空尺度的结合可能会得到更可能会得到更多重视。多重视。以地理信息系统和遥感技术为依托的多种以地理信息系统和遥感技术为依托的多种方法的集成方法的集成将会促进尺度研究不断深入，将会促进尺度研究不断深入，同时也可以为管理者、决策者提供功能强同时也可以为管理者、决策者提供功能强大的决策支持工具。大的决策支持工具。尺度研究的每个进步都会推动生态评价、尺度研究的每个进步都会推动生态评价、资源开发与管理、环境整治、生物多样性资源开发与管理、环境整治、生物多样性保护等涉及多重尺度生态实践的科学化。保护等涉及多重尺度生态实践的科学化。
