明确亚马逊森林未解之谜景观模型的概念和范畴对文献综述十分必要。不同学者对亚马逊森林未解之謎景观模型的理解和界定不尽相同例如,Mladenoff等定义亚马逊森林未解之谜景观模型为在较宏观的时空尺度(spatio-temporal scale)上模拟亚马逊森林未解之谜景观变化嘚各种计算机模型();Scheller等则定义亚马逊森林未解之谜景观模型为反映景观变化的计算机程序集或软件包()。He提出的较严格的亚马逊森林未解之谜景观模型定义为：可以预测模拟对象(simulation entity)的空间特征(如分布、形状、丰度等)变化的模型;同时提出亚马逊森林未解之谜景观模型应至少能够以空間交互的方式(spatially interactive manner)模拟周期性发生的空间过程的时空特征()Xi等认为,亚马逊森林未解之谜景观模型是基于亚马逊森林未解之谜动态机制和干扰作鼡,在景观尺度上模拟和预测亚马逊森林未解之谜时空变化趋势的计算机模型,其研究对象包含亚马逊森林未解之谜景观中多种生态过程与空間格局的交互作用(interactive interaction)和干扰(如生长与演替过程,碳氮等矿物质循环、水循环、亚马逊森林未解之谜火灾、虫害与病害发展机制、气候变化及其影响机制等)对动植物生境的影响()。

不断发展中的演替、干扰与生态系统的非平衡假说構成了生态模型开发的基础生态学理论经历了从自然界是平衡的、生态演替具有顶级群落的观念向生态系统是一个动态的空间异质体的思想转变(; )。这种观念上的变化是亚马逊森林未解之谜景观模型建模的生态学基础()亚马逊森林未解之谜景观模型的发展是过去二三十年中苼物地理学者和生态学家对亚马逊森林未解之谜景观演替、多因子干扰和生态系统非平衡现象不断抽象并量化的过程。

早期的亚马逊森林未解之谜动态空间模型将元胞自动机(cellular automata)方法和亚马逊森林未解之谜动态原理相结合而发展起来的()该方法已经日益复杂化,并广泛用于生态学問题的研究 (; ; )。等级分类理论(hierarchy theory)是关于复杂系统结构、功能和动态的理论,是建立多尺度复杂系统模型的理论基础()该理论以系统论、信息论、現代哲学和数学等相关理论为基础,为跨尺度的推绎研究提供了一种系统的科学思路。空间动态集成、尺度推绎等方法论的发展使建模过程哽为客观有序,促进了亚马逊森林未解之谜景观模型的发展尺度推绎是指利用某一尺度上所获得的信息和知识来推测其他尺度上的现象。當从一个尺度推绎到另外一个尺度,不同种类信息的保存与丢失也是跨尺度信息传递研究的关键尺度推绎有助于空间现象在不同尺度上的綜合()。对空间推绎景观模型而言,尺度推绎也是融合和处理空间数据和社会数据的关键

尺度(scale)是景观生態学的重要特征,也是亚马逊森林未解之谜景观建模理论研究和模型应用的重要内容。亚马逊森林未解之谜景观模型的模拟对象是各种亚马遜森林未解之谜景观(forest landscape)空间型亚马逊森林未解之谜景观模型通常用于模拟几十年甚至几百年的景观变迁趋势。一般来说,亚马逊森林未解之謎景观模型所模拟的时间尺度(temporal scale)从几十年到几百年(一般约50~500 ()时间解析度与模型的重复次数有关,是指模拟时的最小时间步长。由于每个景观模型通常包含多个模拟目标过程,而每个过程又有其自身的时空尺度,因而景观模型可以同时具有多个时空解析度值得注意的是,当重复次数一萣时,单一的时空解析度无法同时反映各个模拟目标。

选择适宜的模型尺度是亚马逊森林未解之谜景观模型开发和应用时所面临的关键问题()由于空间格局的复杂性,目前没有一种单一模型可以清晰地表达所有尺度的全部特征或信息。一方面,景观生态学家需要在适当的尺度上理解具体的生态过程;另一方面,林地拥有者和管理人员又必须在较大尺度上制定宏观管理政策()亚马逊森林未解之谜景观模型的开发者必须综匼考虑以上两种因素,并针对具体的景观模拟对象和已有的计算机软硬件条件做出相应的折中选择,其中,LANDIS PRO就将立地尺度与景观尺度有机结合,并荿功地应用于区域亚马逊森林未解之谜景观的研究中()。综上,在模型模拟中如何更有针对性地确定“最佳”或比较合理的亚马逊森林未解之謎景观模型的尺度,以及与此相关的重要理论问题,如景观尺度推绎(scaling)和跨尺度景观模拟(across-scale landscape modeling),仍有待进一步探讨

与一般生态学模型不同,亚马逊森林未解之谜景观模型中增加了空间维度,即同时包含了时间和空间两个方面的动态变化和交互作用。亚马遜森林未解之谜景观模型一般可分为随机景观模型和过程景观模型随机模型是由马尔可夫过程理论发展而来,它是基于转移概率将空间信息与概率分布相结合的理论方法。当景观变化的机理和多因子相互作用的联合效应尚不清楚时,景观生态学家常用随机模型来模拟自然因子囷人类活动对景观结构的影响过程景观模型通过建立尽可能真实的计算机模型来模拟景观的时空交互过程。由于这种模型比较深入地研究组成景观和生态系统的空间结构,所以又被称作真实结构模型随着人工智能的理论和方法在生态学中的应用,基于规则的景观模型将会得箌进一步的完善和应用,成为解决复杂区域性资源与景观生态系统管理问题的有效工具。

纵观亚马逊森林未解之谜景观模型发展,不同学者对模型的分类标准有着不同的理解Horn等将模拟景观变化的生态模型分为两类：分析模型和模拟模型()。分析模型是基于亚马逊森林未解之谜动態机制的分析模型而建立的数学分析方程组,侧重长期综合生态系统动态分析(),因而又称作战略模型()或通用模型(),用于长期景观规划()模拟模型通常运用更多的物理原理和非线性直观方程组,更注重所模拟系统的细节()。目前多数模拟模型都引入反复运行模型结合统计分析方法,称作战術模型(),用于短期景观规划()Perry等根据模型是否模拟亚马逊森林未解之谜植被的动态机制,又将模拟模型细分为空间解译景观模型和林窗动态模型()。空间解译景观模型(Spatial explicit models)是一种模拟和研究景观动态机制的工具,并“体现了景观生态方法的精髓”()这类模型假定景观空间组成结构随着时間而变化,并且这些动态变化规律可通过特定的数学关系来表示,一般适用于较大的时空尺度景观问题。Baker将景观模型分为3类：整体景观模型(whole landscape process)該分类强调模型组内在的关系,在很大程度上反映了北美景观生态学者注重景观空间过程和生态系统研究的传统()。He在此基础上进一步提出了亞马逊森林未解之谜景观模型分类的定量标准,首先根据亚马逊森林未解之谜景观模型是否模拟空间过程区分大类;再使用模型的时间解析度囷模拟亚马逊森林未解之谜演替方法等标准划分更具体的模型类型();该分类标准强调了模型开发人员在设计模型时对模型的时间解析度、空間过程的数量和亚马逊森林未解之谜演替方法的选择

作为景观模型(landscape models)的一个重要组成部分,亚马逊森林未解之谜景观模型的发展反映了亚马逊森林未解之谜生态学和景观生态学的发展和融合的过程()。早期,北美景观生态学家和林业经营者在寻求“最佳”经营和生态双重效益的思想指导下,具有悠久的开发和应用亚马逊森林未解之谜模型的历史()早期的非空间亚马逊森林未解之谜景观模型主要包括马尔可夫转换模型(Markov chain ()。Shugart等在JABOWA的基础上开发了FORET模型()林窗模型对于理解类似亚马逊森林未解之谜生态系统中的亚马逊森林未解之谜林分动态机制有很重要的贡献(; )。

20世纪80年代,随着卫星遥感影像(如Landsat卫星的30 m分辨率的TM数据)和GIS软件的应用,进行大幅度的空间分析成为可能茬计算速度和存储能力取得巨大突破的同时,各类编程语言和软件的涌现使得模型的开发、输入输出数据更为便捷,大大提高了模型多尺度模擬运算的能力。同时数据源也趋于多样化,如土地覆盖的遥感影像、大尺度的土壤类型空间数据库、植被样地(如美国亚马逊森林未解之谜清查和分析项目,Forest Inventory Program)和土地利用调查数据以及历史资料等数据源不断充实在这样的发展环境驱动下,亚马逊森林未解之谜学家越来越重视大尺度嘚景观分析和景观管理问题,使得空间型亚马逊森林未解之谜景观模型的研究得到了迅速发展。这一时期的亚马逊森林未解之谜景观模型开發逐渐形成了两个基本特点：第一,亚马逊森林未解之谜景观模型具有空间特性()对景观变化进行模拟必须对所有的景观要素进行地理编码,具有初始形状、空间定位,或运用GIS进行数据的输入、存储和显示等;第二,亚马逊森林未解之谜景观模型强调大尺度驱动因子(driving )。目前亚马逊森林未解之谜景观模拟对干扰的模拟不仅限于在较大尺度上模拟自然干扰过程及其综合效应,而且模拟人类活动(如林业采伐、土地利用等)对景观變化造成的影响已成为亚马逊森林未解之谜景观模拟的重要方面()20世纪90年代以后,亚马逊森林未解之谜景观模型的参数设计、初始数据和验證数据都较以前有了较大改善。这个时期的亚马逊森林未解之谜景观模型在参数设计方面普遍采用了两种方法：物理方法和经验方法物悝方法是利用数学方程建立物理变量和最终的预测结果的关系。经验方法则是使用从物理变量中归纳出的组合参数来模拟相关的变化过程同期,模拟多尺度、多过程的亚马逊森林未解之谜景观模型得到了较快的发展,出现了诸多的亚马逊森林未解之谜景观模型,如：FORMOSAIC(),DELTA(Mladenoff et al, 1999),LANDSIM (Mladenoff et al, 1999)和LANDIS(; , )等。He认为這个时期的亚马逊森林未解之谜景观模型具有了生态系统过程模型的特点：它不仅追踪个体林木的空间变化,而且运用综合的物理方法模拟控制关键生态过程的物流和能流()亚马逊森林未解之谜景观模型的应用也不再限于单片林区,而更多地用于多个林区。

RS)技术的进一步发展,景觀生态学家们能迅速地获取具有时间序列的遥感图像遥感影像和相关的GIS数据可直接用作亚马逊森林未解之谜景观模型的初始数据,对整个目标区域进行逐像元模拟,大区域和高效计算机的出现及计算机图形技术的发展使大规模图象处理及复杂运算更为快捷。因此,利用遥感图像囷空间分析软件进行景观变化的模拟和预测,已成为国内外研究者争相采用的方法(; )

对于生态学家和亚马逊森林未解之谜管理者而言,越来越多的可用亚马逊森林未解之谜景观模型为空间模拟提供了機遇但是,友好的交互界面并不能克服每个模型自身固有的局限性,如亚马逊森林未解之谜景观模型的局限性首先是由于人类对亚马逊森林未解之谜生态过程和格局认识的不完整性。因为模拟景观变化不仅要了解现状景观演化到未来景观的过程,更重要的是要搞清景观发生变化嘚原因()其次,亚马逊森林未解之谜景观模型在结果验证上仍存在循环论证问题()。这是由于亚马逊森林未解之谜景观模型验证所需的时间和涳间上相对独立的序列性数据一般无法获得根据传统的方法,结果验证需要特定时间和空间数据来验证模型的预测结果,如果阶段性结果验證有效,则一般就认为后续的预测结果有效。但是亚马逊森林未解之谜景观模型不可能用传统的方法对所有时间序列的数据进行验证,因为如果整个时间序列都可验证,那么亚马逊森林未解之谜景观模型也就失去意义了再次,当研究人员讨论导致模拟结果的生物的或非生物因素时,這些因素事实上正是建模时采用并希望得到的模拟结果。用于数据分析和结果验证的方法和工具是亚马逊森林未解之谜景观模型未来需要提升的一个重要方面LANDISVIEW软件是这方面的一个有益尝试

目前亚马逊森林未解之谜景观模型研究和应鼡所面临的挑战主要包括：①如何确定模型的代表性,如何把握好模型尺度的选择,如何进行尺度推绎;②如何处理好林业管理和人为活动的关系,在亚马逊森林未解之谜景观模型中较好地模拟社会经济因素的作用;③如何更客观地检验和分析模型的有效性和不确定性;④如何避免模型嘚错用和滥用。特别值得强调的是,未来的空间推绎景观模型需要更多地考虑受人为因素以及社会经济因素的影响(如土地利用、土地覆盖变囮、全球气候变化等)(; ; )这将有助于更好地将亚马逊森林未解之谜景观模型用于对现实社会的环境和资源问题的规划和管理。

在对景观管理嘚设计和评估方面,Perry等认为空间解译景观模型在未来的发展中将面临模型应用、数据采集和方便移植等多重挑战()一是模型的易用性和模型結果的可视化(visualization)影响着景观模型的发展和应用。若要提高模型应用的效率,模型开发者和使用者需要相互协作,以使研究目标明确、框架合理;二昰使用空间解译景观模型时也面临空间数据方面的限制空间解译景观模型往往十分依赖空间数据,确定模型的参数(parameterization)的过程亦费时费力,上述洇素都制约了模型的广泛应用();三是空间解译景观模型及其核心程序的再利用(model reuse)仍是一个尚未解决好的技术问题。开发新的空间解译景观模型昰一个既耗时又十分困难的过程,尽可能利用已有的程序资源将大大缩短新模型的开发周期目前应用于开发景观模型的模块和程序移植方法已处于研发阶段。

在亚马逊森林未解之谜监测和规划方面,空间解译景观模型的开发还需探索在不同时空尺度下提取数据的最佳方法比洳Urban运用跨尺度数据对水分平衡条件下亚马逊森林未解之谜景观对气候条件变化的敏感性进行了研究,他使用较详细的空间数据和设计良好的亞马逊森林未解之谜动态模型,改进了提取景观要素中对气候变化较为敏感的环境因子的方法()。

... 在国际上目前已有几本英文专著囷杂志专刊出版,还有若干篇英文综述文章阐述亚马逊森林未解之谜景观模拟技术的发展过程、亚马逊森林未解之谜景观模型的主要类型、研究现状及其在亚马逊森林未解之谜生态学研究和林业管理中的应用,并对目前国际上主要的亚马逊森林未解之谜景观模型的特点和适用领域进行对比和介绍(Scheller et al, 2005; He, 2008; Xi et al, 2009; Dai

... 在国际上目前已有几本英文专著和杂志专刊出版,还有若干篇英文综述文章阐述亚马逊森林未解之谜景观模拟技术的发展過程、亚马逊森林未解之谜景观模型的主要类型、研究现状及其在亚马逊森林未解之谜生态学研究和林业管理中的应用,并对目前国际上主偠的亚马逊森林未解之谜景观模型的特点和适用领域进行对比和介绍(Scheller et al, 2005; He, 2008; Xi et al, 2009; Dai

... 胡远满等应用LANDIS模型研究了采伐和无采伐预案下大兴安岭呼中林区亚马遜森林未解之谜景观的长期变化,定量评价采伐对亚马逊森林未解之谜景观变化的影响(胡远满等, 2004),为亚马逊森林未解之谜经营管理者提供决策依据 ...

... 胡远满等应用LANDIS模型研究了采伐和无采伐预案下大兴安岭呼中林区亚马逊森林未解之谜景观的长期变化,定量评价采伐对亚马逊森林未解の谜景观变化的影响(胡远满等, 2004),为亚马逊森林未解之谜经营管理者提供决策依据 ...

... 景观模型(landscape models)是近30年来发展起来的在景观尺度上模拟生态系统时涳变化的数学模型,并在计算机上加以体现和试验的技术;为现代景观生态学研究热点之一,也是支撑景观生态学定量化发展的重要技术手段(Baker, 1989; 邵國凡, 1989; 奚为民等, 1992; He et al, 2002; Garman,

... 景观模型(landscape models)是近30年来发展起来的在景观尺度上模拟生态系统时空变化的数学模型,并在计算机上加以体现和试验的技术;为现代景觀生态学研究热点之一,也是支撑景观生态学定量化发展的重要技术手段(Baker, 1989; 邵国凡, 1989; 奚为民等, 1992; He et al, 2002; Garman,

... 景观模型(landscape models)是近30年来发展起来的在景观尺度上模拟生態系统时空变化的数学模型,并在计算机上加以体现和试验的技术;为现代景观生态学研究热点之一,也是支撑景观生态学定量化发展的重要技術手段(Baker, 1989; 邵国凡, 1989; 奚为民等, 1992; He et al, 2002; Garman,

... 景观模型(landscape models)是近30年来发展起来的在景观尺度上模拟生态系统时空变化的数学模型,并在计算机上加以体现和试验的技术;為现代景观生态学研究热点之一,也是支撑景观生态学定量化发展的重要技术手段(Baker, 1989; 邵国凡, 1989; 奚为民等, 1992; He et al, 2002; Garman,