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版权©2000韧性联盟

以下是引用这篇文章的格式建立:
Riitters, K。,J. Wickham, R. O'Neill, B. Jones, and E. Smith. 2000. Global-scale patterns of forest fragmentation. Conservation Ecology4(2):3。(在线)的URL: http://www.consecol.org/vol4/iss2/art3/

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报告

全球范围内的森林碎片模式

库尔特Riitters1,詹姆斯•韦翰2,罗伯特•奥尼尔3,布鲁斯·琼斯2,伊丽莎白·史密斯2

1美国地质调查局,生物资源;2美国环境保护署、国家暴露研究实验室;3橡树岭国家实验室


文摘

我们报告的分析基于1公里的森林碎片决议带地图覆盖全球。测量分析窗口从81公里2(9 x 9像素,“小”规模)59049公里2规模(243 x 243像素,“大”)是用来描述每个森林像素周围的碎片。我们确定了六种碎片(室内、穿孔边缘,过渡,补丁,和待定)从森林的数量及其发生邻近森林像素。室内森林只存在在相对较小的范围内;在更大的尺度上,森林是由边缘和补丁条件。最小的规模,碎片大陆之间有显著差异;在大陆,个人森林类型之间有显著差异。热带雨林分裂最严重的在北美和欧亚两洲最严重。森林类型的比例高的多孔条件主要是在北美(5类)和欧亚(四类),在温带和亚热带地区。过渡和补丁条件是最常见的11个森林类型,其中只有少数会被认为是“自然的”(如干燥林地)。最高的五种森林类型比例的内部条件在北美; in decreasing order, they were cool rain forest, coniferous, conifer boreal, cool mixed, and cool broadleaf.

关键词:生物地理学、边缘效应、森林碎片,地理信息系统、全球模式,覆盖地图,景观生态学,建模、穿孔森林遥感、卫星图像、空间模式。

发表:2000年9月29日


介绍

人类已经大大改变了数量、模式和全球植被组成(塔克和理查兹1983年特纳等人。1990年,霍顿1994年,迈耶和特纳1994)。损失的森林和分裂的其余部分对生物多样性构成直接威胁,危及生态的可持续性从林地商品和服务(例如,1984年哈里斯,洛夫乔伊et al . 1986年,Bierregaard et al . 1992年,劳伦斯et al . 1997年)。森林面积的主要关心的是直接损失,和所有被破坏的森林受到这样或那样的“边缘效应”。森林碎片是额外的担忧,因为“边缘效应”是缓解或加剧了剩余空间格局(福尔曼和Godron 1986, 1989年特纳,莱文1992)。

带地图覆盖来自卫星图像提供出色的潜力评估森林碎片及其对温室气体排放的影响,生物多样性,经济学,和水的质量。许多研究已经使用卫星图像映射土地覆盖在偏远的地理区域,如北方森林和热带雨林(例如,Woodwell et al . 1987年,Skole和塔克1993)。仅在过去的十年中,全球地图来自卫星图像成为可能持续评估全球土地覆盖(Loveland et al . 1999年)。然而,只覆盖地图显示的位置和类型的森林,和需要进一步处理来量化和地图森林碎片(1998年1991年特纳和加德纳,Gustafson)。

大多数研究集中在森林的数量,而不是它的模式,和森林边缘往往是可视化为固定宽度的缓冲周围划定补丁的森林(例如,Skole和塔克1993年,劳伦斯et al . 1998年)。我们的目标是地图和比较全球模式的森林碎片通过使用一个模型,区分不同类型的碎片。这增加了全球的角度研究区域的森林损失和分裂,从而有助于评估他们的意义。的知识碎片允许一些推断其可能的影响,即使没有详细的知识的所有生态过程可能影响(O ' neill et al . 1997年)。全球研究有助于识别和优先地区和生物影响的直接测量。未来影响的风险可能会在其他地方类似森林相关的经验。


方法

全球覆盖地图

我们使用1公里分辨率覆盖地图,因为他们的最高分辨率数据用于世界各地。全球土地覆盖特征数据库(GLCC;Loveland et al . 1999年)包括光栅格式地图覆盖来自卫星(AVHRR)图像取自1992年4月至1993年3月。我们使用1.2版本的全球打断古德等积等积(古德)地图,和兰伯特角相等的区域(Lambert)映射为非洲,Australia-Pacific,欧亚(亚洲地理投影优化),北美和南美。欧亚地图优化对欧洲产生的结果非常类似于亚洲优化的结果,他们不是在这里。GLCC数据是可用的http://edcwww.cr.usgs.gov/landdaac/glcc/glcc.html

GLCC数据库包括几个地图传说。计算分段统计和定义的总程度森林,我们结合五17类国际Geophere生物圈计划(IGBP)地图图例(Loveland和贝尔沃德1997;图1)。我们排除了两个IGBP类(伍迪稀树大草原,草原上),被认为是“森林”按照国际标准;这些类代表像素内10 - 60%的树木覆盖的地区。全球生态系统进行进一步分析,我们使用了奥尔森(奥尔森)地图图例(奥尔森和1982瓦,Loveland et al . 1999年)为事后确定25个类型的森林。


图1所示。全球森林国际地球物理生物群落的分布在1公里分辨率(IGBP)项目(Loveland和贝尔沃德1997)。所示的五种森林类型被合并成一类分段模式的分析。

点击大图(139 K)


破碎模型

我们测量森林的数量及其发生邻近森林固定区域内像素的“windows”森林周围的每一个像素。这些信息被用来破碎的窗口的类型进行分类。结果是存储在中心像素的位置。因此,一个像素值导出映射是指森林“between-pixel”碎片在相应的位置。我们不同的窗口的大小,但分析关注最小的窗口大小。

测量了图2。让Pf像素的比例在森林的窗口。定义讨论(严格),所有相邻的比例(仅方位)像素对森林,包括至少一个像素,像素都是森林。讨论(大约)估计的条件概率,给定一个像素的森林,邻国也森林。图3显示了识别的分类模型六分裂类:(1)内部,为Pf = 1.0;(2)补丁,Pf < 0.4;(3)过渡,0.4 < Pf < 0.6;(4)边缘,Pf > 0.6和Pf -讨论> 0;(5)穿孔,Pf > 0.6和Pf -讨论< 0,(6)待定,Pf > 0.6和Pf =讨论。(见勘误表。]


图2所示。插图Pf的计算和讨论景观由3 x 3像素网格。森林像素阴影和nonforest像素不是阴影。在这个例子中,六9个像素的森林,所以Pf等于6/9或0.67。考虑对像素的基本方向,对相邻像素的总数是12,和这些,11组包括至少一个森林像素。5这11对森林对,所以讨论或0.45 = 5/11。

点击大图(5公里)


图3所示。模型用于确定森林碎片从当地的测量类别Pf和讨论在一个固定区域窗口。Pf是森林和讨论的比例(约,请参阅方法)的条件概率,给定一个像素的森林,你的邻居也是森林。显示的颜色也使用后创建的地图碎片类别表示。注意“待定”类别的矩形夸张名义上被一条线段。

点击大图(31 K)


模型的基本原理如下。当讨论比Pf大,言外之意是,森林是集群分布;立即邻居的概率也是森林的平均概率大于森林内的窗口。相反,当讨论小于Pf,言下之意是,无论nonforest成群。的区别(Pf -讨论)描述一个梯度从森林凝结(“边缘”)nonforest凝结(“穿孔”)。当讨论= Pf,模型不能区分森林或nonforest凝结。Pf = 1.0的情况下(“内部”)代表一个完全森林窗口的讨论必须1.0。

森林边缘和穿孔意义更加重大,森林的数量很低,和渗流理论(Stauffer 1985)识别两个关键的Pf值。想象一个完全森林景观由像素网格。完全随机森林转换在一个无限的网格(和评估邻接红衣主教的方向),剩余森林时保证发生在可识别的补丁Pf低于0.4的临界值。低于这个值,nonforest像素构成一个连续的路径穿过窗户。相反,只要上面的残留森林是一个关键值约为0.6,森林像素形成这样的路径,和森林边缘和穿孔有更多的意义。这些值被用来定义“补丁”和“过渡”类别,认识到它们是近似的,因为实际覆盖模式并不是随机的。

实现

我们使用一个重叠窗口的“滑动窗口”算法(例如,Riitters et al . 1997年)将该模型应用到大约30 x 106“森林”像素IGBP映射。如果没有森林中心像素,然后空值被分配到那个位置。水像素被视为缺失值,计算被忽略了。我们使用windows 81公里2(9 x 9像素,“最小”规模),729公里2(27 x 27), 6561公里2(81 x 81)和59049公里2(243 x 243,“最大”规模)的古德(全球)地图,和81公里2兰伯特(大陆)地图窗口。

没有单一的规模或窗口大小为所有目的可能是正确的。我们的分析集中于最小的规模(或者,最高分辨率)实际,考虑到数据特征(O ' neill et al . 1996年)。键约束是可靠地估计所需的像素数量比例。相比50需要观察的经验法则,9 x 9像素窗口可以包含,40%缺失值(水)和Pf仍然产生一个相当可靠的估计。这是一个有用的功能是通过滑动窗口在海岸线附近。潜在相邻像素的数量对估算讨论在9 x 9像素窗口是144,但在模型中使用的双数量随森林的数量,并根据其位置,缺失的像素像素对导致一到四失踪。

规模最小的大陆地图被奥尔森post-stratified森林类型的比较。这个特征像素奥尔森森林类型的森林碎片更粗的定义。测量的基本原理是,碎片是一个上下文的不同森林类型是没有意义的。次要的考虑因素是,看到下面成了森林地图的专题精度将大大高于25-class森林的地图。但也是合理pre-stratify由奥尔森森林类型之前,应用分段模型;在这种情况下,碎片类别将引用一个特定的森林类型和分析将为每一个森林类型分别进行。在附录1,我们比较预处理和post-stratifying和得出结论的差异是不重要的,我们用于比较奥尔森的森林类型。

例子

窗口大小的影响说明(图4朗多尼亚地区的南美。图4(一个)显示森林的分布(红色)和nonforest(白色)覆盖类型。无花果。4中显示的结果分段模型与逐步更大的窗口大小。在这个例子中,室内森林随窗口大小的增加而迅速减小,因为严格的标准(Pf = 1.0)很快就会变得难以实现,甚至在朗多尼亚等主要森林地区。


图4所示。(一)森林(红色)和nonforest(白色)覆盖类型朗多尼亚地区的南美。配件(b)、(c)、(d)和(e)显示窗口大小的碎片模型结果81公里2729公里26561公里2,59049公里2,分别。朗多尼亚地区的插页地图显示的位置。

点击大图(261 K)


修补区域的中心地区只存在在一个范围的尺度被并入之前边缘,而补丁地区的西南部分地区持续在更大的尺度上。补丁地区消失,变得容易超过阈值(Pf = 0.4)在较大的窗户。穿孔的大部分地区,森林在东南部地区成为过渡森林增加窗口大小。

边缘和穿孔条件占主导地位的最大的两个窗口大小,和不确定的条件通常表现为两者之间的边界。最大的窗口大小,朗多尼亚地区的最边缘,因为只有部分扩展更大的实体被认为在这个范围以外的区域。帮助理顺跨尺度上的差异,认为大窗口捕获低频模式和小窗口捕捉更高频率模式。

对这份报告的数字地图生产可能与元数据被下载附录3。六个地图描绘碎片类别如图5所示和无花果。第四的报告。其他12个地图描绘Pf和全球五大洲和讨论;这些都不是这个报告所示,但包括,这样其他人可能开发和应用替代这里使用的模型。


结果

全球的地图碎片四所示窗口大小无花果。- - - - - - 8。全球森林总面积约有三分之一的特点是内部在最小的范围内(图5)。百分比随窗口大小的增加而迅速减小,内部森林只是一个次要组件在更大的尺度上的边缘和补丁条件占主导地位。穿孔条件在小范围也更丰富,但他们坚持超过内部条件随着窗口大小的增加。最多有10%待定区域模型的发现没有分裂的模式。补丁和过渡的地区类别是最一致的窗口大小,但像边缘,他们倾向于增加窗口大小。


图5所示。全球模式的森林碎片在81公里2窗户。饼图表明森林总面积的比例在每个碎片类别。

点击大图(164 K)


图6所示。全球模式的森林碎片在729公里2窗户。饼图表明森林总面积的比例在每个碎片类别。

点击大图(160 K)


图7所示。全球模式的森林碎片在6561公里2窗户。饼图表明森林总面积的比例在每个碎片类别。

点击大图(145 K)


图8所示。全球模式的森林碎片在59049公里2窗户。饼图表明森林总面积的比例在每个碎片类别。

点击大图(135 K)


大陆的地图碎片最小的规模(81公里2)所示无花果。9- - - - - - 13。卡方检验之间没有联系大陆和碎片分类是重要的(P< 0.01),但不同类别的百分比的森林是非常一致的跨洲( 表1)。北美的例外是( 图12)相对内陆森林。


图9所示。模式在81公里的森林碎片2windows为非洲。饼图显示大陆森林面积的百分比,在每一个碎片类别。

点击大图(160 K)


图10所示。模式在81公里的森林碎片2windows Australia-Pacific地区。饼图显示大陆森林面积的百分比,在每一个碎片类别。

点击大图(95 K)


图11所示。模式在81公里的森林碎片2欧亚两洲的窗户。饼图显示大陆森林面积的百分比,在每一个碎片类别。

点击大图(235 K)


图12所示。模式在81公里的森林碎片2北美的窗户。饼图显示大陆森林面积的百分比,在每一个碎片类别。

点击大图(269 K)


图13所示。模式在81公里的森林碎片2南美洲的窗户。饼图显示大陆森林面积的百分比,在每一个碎片类别。

点击大图(394 K)


表1。森林面积和森林面积的百分比在不同分化类别,由大陆。表中的百分比也出现在第四无花果饼图。。

大陆 森林面积一个
(103公里2)
大陆分裂类森林面积的百分比
室内 待定 穿孔 边缘 过渡 补丁
非洲 2732年 28.7 1.9 31.8 13.9 11.1 12.7
Australia-Pacific 2135年 27.1 2.2 35.1 16.1 10.9 8.7
欧亚两洲 9551年 32.0 2.1 34.1 14.1 9.0 8.7
北美 8565年 44.9 2.3 28.5 14.0 5.6 4.7
南美 6940年 33.0 2.0 39.6 11.6 7.4 6.5

一个地区,以数千平方公里,是IGBP覆盖大陆的地图,不包括稀树大草原和伍迪稀树大草原森林类型。


大陆分裂地图(无花果。9- - - - - - 13)被奥尔森post-stratified森林类型。 表2显示了大陆的森林面积统计和森林类型面积的百分比在不同分化类别。卡方测试的森林类型和分化类别之间的联系是由大陆。没有联系的零假设被拒绝(P< 0.01)为所有的大洲。对于每一个大陆,森林类型面积的百分比在给定分段类别取决于特定的森林类型。超链接地图(无花果。14到66年)为每个森林类型中出现的结果表2。数据5南美森林类型(参见无花果。67年到71年)了 表3。


表2。森林面积和森林面积的百分比在不同分化类别,由森林类型和大陆。表中的每一行的地图碎片分为森林类型和大陆(无花果。14 - 66)。

奥尔森森林类型 大陆 森林
区域一个

(103公里2)
类型的总百分比 Fig.没有。(地图) 森林类型总比例的大陆分裂类别
室内 待定 穿孔 边缘 过渡 补丁
松柏科的 北美 24 100.0 14 66.2 2.2 21.3 9.1 0.7 0.6
落叶针叶树 欧亚两洲 1961年 100.0 15 43.7 1.9 30.8 11.5 6.3 5.8
落叶阔叶 非洲 14 3.0 16 5.6 2.1 13.2 29.7 23.8 25.6
欧亚两洲 363年 75.9 17 5.4 1.8 31.6 18.0 18.8 24.4
北美 101年 21.1 18 14.9 2.2 39.7 20.3 12.2 10.7
常绿阔叶 Australia-Pacific 64年 65.0 19 19.4 2.7 31.4 21.9 11.5 13.1
南美 34 35.0 20. 2.1 1.5 32.2 16.9 23.6 23.8
凉爽的雨 北美 98年 100.0 21 67.7 2.2 19.7 7.9 0.5 2.0
针叶树北方 欧亚两洲 1388年 43.2 22 39.3 2.2 36.2 9.5 6.0 7.0
北美 1825年 56.8 23 64.2 2.0 21.6 8.5 2.1 1.5
很酷的针叶树 欧亚两洲 166年 12.0 24 4.2 1.3 26.4 14.2 18.7 35.2
北美 1215年 88.0 25 37.1 2.3 33.2 15.0 6.4 5.9
很酷的混合 欧亚两洲 1192年 58.5 26 20.0 2.6 43.2 18.1 9.6 6.4
北美 846年 41.5 27 57.6 2.2 24.2 10.3 2.9 2.8
混合 欧亚两洲 627年 59.4 28 22.9 1.9 27.4 17.5 14.6 15.7
北美 428年 40.6 29日 39.8 2.3 26.7 17.0 8.2 6.0

奥尔森森林类型 大陆 森林
区域一个

(103公里2)
类型的总百分比 Fig.没有。(地图) 森林类型总比例的大陆分裂类别
室内 待定 穿孔 边缘 过渡 补丁
很酷的阔叶 欧洲,亚洲 266年 32.5 30. 7.5 1.7 28.1 17.6 20.7 24.5
北美 551年 67.5 31日 55.3 2.2 23.0 12.3 3.8 3.5
落叶阔叶 北美 444年 100.0 32 38.4 2.5 29.5 18.8 6.3 4.5
针叶树 欧亚两洲 125年 17.3 33 10.1 2.4 43.0 18.7 14.2 11.6
北美 594年 82.4 34 24.9 3.0 34.9 22.1 8.8 6.4
南美 2 0.3 35 6.7 3.2 18.7 46.3 17.4 7.8
山地热带 非洲 115年 45.3 36 21.6 1.9 29.2 18.9 14.1 14.4
Australia-Pacific 23 8.9 37 35.1 2.1 34.4 15.1 8.5 4.8
南美 116年 45.8 38 0.6 0.8 21.2 11.8 29.3 36.4
季节性热带 非洲 867年 65.7 39 36.3 1.9 26.4 14.6 9.3 11.5
Australia-Pacific 83年 6.3 40 52.3 2.1 28.4 11.9 3.6 1.8
欧亚两洲 76年 5.7 41 50.2 2.0 23.0 14.4 5.6 4.7
北美 86年 6.5 42 26.7 2.3 45.2 13.6 7.0 5.1
南美 208年 15.8 43 14.3 2.2 39.4 19.7 14.4 10.0
干燥的热带森林 北美 131年 18.6 44 30.8 3.0 31.0 23.0 7.1 5.1
南美 571年 81.4 45 9.3 1.6 30.2 16.1 19.3 23.6

奥尔森
森林
类型
大陆 森林
区域一个

(103公里2)
类型的总百分比 Fig.没有。(地图) 森林类型总比例的大陆分裂类别
室内 待定 穿孔 边缘 过渡 补丁
热带
非洲 1192年 12.9 46 34.4 2.0 35.7 11.8 7.9 8.2
Australia-Pacific 1553年 16.8 47 29.0 2.2 37.1 14.4 10.0 7.4
欧亚两洲 515年 5.6 48 42.1 2.2 24.1 17.4 8.2 6.1
北美 220年 2.4 49 25.1 2.7 44.8 16.6 7.4 3.4
南美 5793年 62.5 50 37.2 2.1 41.2 10.4 5.3 3.9
热带退化 非洲 1183年 48.5 51 7.2 1.6 34.9 15.1 18.2 23.1
欧亚两洲 99年 4.1 52 26.5 2.5 28.7 21.4 10.7 10.1
北美 51 2.1 53 7.7 2.2 53.0 18.5 12.2 6.4
南美 1108年 45.4 54 5.2 1.8 44.4 15.3 18.3 14.9

常绿森林
非洲 138年 44.9 55 0.4 1.3 22.1 20.8 29.8 25.5
Australia-Pacific 170年 55.1 56 2.0 1.5 20.1 26.0 24.4 25.9
很酷的美国半-
球体混合
南美 38 100.0 57 2.1 1.6 24.9 26.9 25.1 19.5
小叶子混合 欧亚两洲 877年 48.3 58 15.0 2.3 37.2 20.3 12.9 12.4
北美 939年 51.7 59 49.3 2.2 25.1 13.7 5.3 4.4
落叶和混合
北方
欧亚两洲 1808年 100.0 60 25.9 2.2 40.5 14.2 9.2 8.0

奥尔森森林
类型
大陆 森林
区域一个

(103公里2)
类型的总百分比 Fig.没有。(地图) 森林类型总比例的大陆分裂类别
室内 待定 穿孔 边缘 过渡 补丁
狭窄的松柏 欧洲,亚洲 895年 46.9 61年 47.9 1.8 33.2 7.9 4.3 4.9
北美 1013年 53.1 62年 25.6 2.5 34.9 17.3 9.7 10.1
美国半-
球体混合
Australia-Pacific 48 27.3 63年 7.5 1.8 34.2 16.6 20.6 19.3
南美 129年 72.7 64年 33.6 3.0 32.4 22.6 5.0 3.4
潮湿的桉树 Australia-Pacific 195年 100.0 65年 28.9 3.0 37.1 20.7 7.1 3.3
绿色热带雨 欧亚两洲 414年 100.0 66年 27.5 2.2 25.6 22.9 12.2 9.6

一个森林面积数千平方公里与IGBP森林地图相交后,哪个森林识别小于奥尔森森林地图。


表3。总面积的百分比五南美森林类型,为两个分层规则碎片类别,和四个窗口大小。表中的百分比也出现在饼图在无花果。67年到71年。

奥尔森森林类型 分层一个 窗口大小
(公里2)
森林类型总比例的大陆分裂类别
室内 待定 穿孔 边缘 过渡 补丁
山地热带 之前 81年 0.1 0.5 9.9 8.8 24.7 56.0
729年 0.0 0.1 0.2 3.3 17.3 79.2
6561年 0.0 0.0 0.0 0.0 1.9 98.1
59049年 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 100.0
81年 0.6 0.8 21.2 11.8 29.3 36.4
729年 0.0 0.6 5.6 13.1 32.6 48.0
6561年 0.0 0.2 0.8 16.7 33.7 48.7
59049年 0.0 0.0 0.1 17.6 43.8 38.4
季节性热带 之前 81年 10.1 1.6 22.8 19.0 19.3 27.1
729年 1.7 2.3 5.2 24.3 24.1 42.3
6561年 0.0 0.4 0.2 15.0 21.9 62.5
59049年 0.0 0.0 0.0 0.6 11.9 87.5
81年 14.3 2.2 39.4 19.7 14.4 10.0
729年 2.2 3.6 20.7 35.4 22.8 15.4
6561年 0.0 1.0 5.0 34.0 34.8 25.2
59049年 0.0 0.0 0.9 11.6 38.2 49.2
干燥的热带森林 之前 81年 6.2 1.3 22.0 14.9 20.5 35.2
729年 0.5 1.7 7.5 19.0 19.9 51.5
6561年 0.0 0.3 0.6 14.2 16.0 68.9
59049年 0.0 0.0 0.0 8.1 11.7 80.2
81年 9.3 1.6 30.2 16.1 19.3 23.6
729年 0.7 2.7 14.8 25.0 22.2 34.6
6561年 0.0 0.9 2.7 26.8 24.7 44.9
59049年 0.0 0.0 0.0 20.3 20.8 58.9
热带雨林 之前 81年 35.9 2.1 40.6 10.9 5.6 4.9
729年 7.3 9.2 47.2 22.9 7.0 6.5
6561年 0.1 8.9 37.1 37.4 8.8 7.6
59049年 0.0 5.1 22.4 51.7 12.1 8.7
81年 37.2 2.1 41.2 10.4 5.3 3.9
729年 7.7 9.5 49.1 22.0 6.7 5.0
6561年 0.1 9.1 39.5 37.1 8.4 5.8
59049年 0.0 4.6 24.0 53.8 10.9 6.7
s半球混合 之前 81年 17.7 2.6 30.0 26.9 13.1 9.6
729年 0.9 5.4 17.0 45.6 17.1 14.0
6561年 0.0 2.3 11.7 40.0 23.9 22.1
59049年 0.0 0.4 0.7 31.8 20.2 46.9
81年 33.6 3.0 32.4 22.6 5.0 3.4
729年 2.9 9.7 26.8 49.4 6.6 4.6
6561年 0.0 3.0 16.6 64.7 9.6 6.2
59049年 0.0 0.9 2.2 56.6 19.5 20.9

一个“之前”是指pre-stratification IGBP森林地图计算分裂之前,和“后”是指事后分层。


森林类型和比例相对较高(> 40%)的内部区域大多是那些在欧亚和北美的高纬度地区,尽管一些热带和亚热带森林类型也有高百分比的内部条件。这八种森林类型与数量相对较高(> 40%)的多孔区域包括多种热带、温带、寒带类型。只有一个森林类型(在南美洲针叶树)边界条件超过40%。有11个森林类型的结合过渡和补丁条件超过40%。


讨论

评估的森林碎片显然取决于分析的规模。我们检查了(即空间规模的一个方面。,the window size), and the attribute scale (i.e., the definition of forest). As window size increases, forest areas shift from interior, perforated, and undetermined categories into edge, transitional, and patch categories. As the number of recognized forest types increases, more fragmentation is detected unless the particular forest type dominates the analysis window (see附录1)。

对像素大小分段测量也敏感。例如,Nepstad et al . (1999a、b)(见勘误表]报道高细粒度地图碎片当使用在一个固定的程度(窗口大小)的热带雨林。细粒地图识别更nonforest森林覆盖地区占主导地位,但并不排斥。我们的森林在同一地区内部的结果表明,对于一个固定的晶粒尺寸,碎片是当使用更大程度上的地图。内部的严格标准森林更难满足更大的区域。

表现良好的分散模型映射的练习,但可以改善。首先,尽管可行的参数空间的知识并不重要,有几何约束(O ' neill et al . 1996;看到附录2)。例如,它是不可能获得一个低价值的讨论当Pf很大。第二,渗流理论严格适用于随机过程产生的地图;因此,关键的Pf值(0.4和0.6)只有近似和与实际模式可能会有所不同。作为一个实际问题,Pf > 0.6时,nonforest类型通常出现在“岛屿”森林背景,和当Pf < 0.4,森林出现“岛屿”nonforest背景。最后,待定类别可能会加上另一个因为它包含小区域、不容易解释的碎片。然而,待定类别的地图显示了实际的地点从穿孔模式转变到边(如图4 d、e)、等领域,可能值得强调在某些应用程序中。

我们的分析并不区分自然和人为的碎片。对某些生态系统过程,区别并不重要,但知道分散在不同的地方的原因是必不可少的发展与土地利用相关的有效的政策在森林附近。我们由于缺乏独立,全球地图级别相当的潜在植被(需要量化“自然”碎片)和人类影响(需要量化“人为”碎片)。例如,全球地图的潜在植被可用(例如,Leemans 1990)是由两个数量级粗相比覆盖地图。在这样的地图,“自然”分裂只出现在大森林的边缘,在温度和湿度限制nonforest植被覆盖类型。这可能或可能不反映真实模式的潜在植被在细尺度。细尺度地图的潜在植被和人类影响区域可用于一些国家和可以用来推断观察到这些国家分裂的原因。比较各国就必须考虑到不同的辅助地图。

我们发现的一些碎片覆盖地图是不包括稀树大草原和伍迪的结果从森林草原类定义。如果选择在森林的定义包括稀树大草原,那么我们的地图碎片高估穿孔和边缘区域和低估了内陆地区森林类型,例如北方森林和热带semideciduous林地,包含大型夹杂物的稀树大草原。森林不是附近的草原类型不受影响。森林的定义可以有很大的影响类型和程度的碎片中发现任何调查(见也附录1)。

当分裂的原因被认为是“人为”,森林更容易被打扰和气候是好客的支离破碎,土壤生产力,和访问是很容易的。北方森林内部含有高百分比的森林因为气候不好客和访问很差。相比之下,几乎所有的欧洲和北美东部也自然森林,但更好客和访问。人类不仅有大面积转化成nonforest用途,而且还另有创建nonforest覆盖的岛屿内部残留的森林地区。

热带雨林保持相对完整,直到访问更加容易。在朗多尼亚地区,例如,剩余森林的模式直接关系到道路模式(1997年戴尔和皮尔森)。在亚马逊流域,主要有走廊的支离破碎的森林,河流和其他访问路线成更大的区域内部森林。因为我们认为水像素是“失踪”数据,走廊是nonforest覆盖类型邻近河流的结果而不是河本身。相反的模式(对河流)获得北美东南部,陆路更容易访问和河岸区域含有更多的剩余比高地森林区域。

在北美东部阿巴拉契亚山脉包含只在中纬度地区广泛的室内森林地区。直到最近,这个地区相对落后。提出了采矿作业将把大森林大片草地和森林几乎肯定会减少室内从我们的模型和估计覆盖我们使用的地图。与此同时,大部分地区的公共土地保留森林覆盖的可能。

穿孔的热带雨林,有充分的证据,但分裂似乎已经进入补丁的地位在整个热带雨林的只有一小部分区域。热带雨林在欧亚比例最高(42.1%)的内部条件和最低的比例(24.1%)的多孔的条件。北美比例最低(25.1%)的内部和穿孔(44.8%)比例最高的热带雨林地区。这些数据可能是影响区别了“热带雨林”和“热带退化森林”奥尔森地图。

世界各地的其他森林类型相比,热带雨林可能更高的风险,因为当前的土地利用趋势,但我们的分析确定其他类型,今天似乎更加支离破碎。落叶阔叶类型百分比很低(5 - 15%)的内部条件,主要发生在过渡和补丁类别在非洲,穿孔和边界条件在欧亚和北美。凉爽的针叶树森林类型表现出类似的模式在欧亚两洲,但不是在北美。在南美,常绿阔叶林、山地热带森林,酷南半球混交林类型主要是过渡和补丁类别比例很低的内部条件。在非洲,最干燥的常绿森林过渡和补丁类别。

保护的意义

最大的影响我们的研究可能是模型,不是特定的结果,尽管结果可能值得考虑在国际政策领域。的影响会更大,因为模型使决策者能够改变的方式他们认为,没有什么他们认为。如果是很重要的政策考虑空间格局与土地使用或气候变化,那么政策制定者需要合适的工具来解决这个问题。beplay竞技我们的模型是一个简单的设备引入模式占主导地位的讨论,现在统计的数量单位面积上的森林。模型的一个很有用的特性是它可以倒塌成一维的森林单位面积;大部分的森林模式将丢失信息。另一个很有用的特性是,模型也采用同样的工作方式(虽然结果会有所不同)对任何光栅在任何规模的类别。

如果是实际管理森林的大面积空间的安排来实现某些州的碎片,然后一个逻辑的第一个问题是,这样做。因为它是可能的改变没有结果的区域设置,任何计划必须考虑每个候选人的背景下的位置和尺度模式实际上可以改变对于一个给定的投资水平。使用我们的模型,一个策略来确定大型区域保护可能会根据室内条件随着窗口大小增加的持久性。模型也可以用于评估恢复潜力。例如,一个策略来扩大的面积可能填充多孔区域的内部条件。策略以减少漏洞可能会专注于关键阈值附近的地方。

第二个问题的目的是管理碎片。成功在森林管理模式并不一定会导致成功的生态系统管理。一个生态系统的不同方面可能会或多或少相同类型或敏感程度的碎片。多尺度方法是必要的,因为没有人规模可能适用于所有的生态系统功能受到分裂的影响。管理碎片可能被认为是必要的,但不是充分条件维护特定的生态系统功能,表现出响应的碎片。

我们的分析地方“补丁”的角度作为一个可识别的元素在连续的森林碎片,并建议应给予更多的关注穿孔条件。研究强调“补丁”来自许多来源,从我们的想象能力和描述它们代表什么,他们使用的概念单位metapopulation和补丁动力学模型、土地所有权等和社会偏见。然而,考虑在朗多尼亚补丁的重要性,例如(图4)。这里的地方,是未来最有可能表现出定性变化不是在该地区现有的补丁,而是周围的光环穿孔的森林。补丁可能变得更小和更少的数量,但他们仍然是相同的补丁,他们占据不到总面积的一半。如果历史是一个指南的其他地方,穿孔光环将增长和融合,导致转换,形成全新的补丁的数量。


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本文的研究是由美国环境保护署通过跨部门协议与美国内政部。作者感谢汤姆Loveland,罗杰·Tankersley和四个匿名评论者的有用的评论。这项工作是致力于弗农Riitters的记忆。


文献引用

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附录1

比较和post-stratifying地图碎片覆盖分析。


森林类型之间的比较报告获得通过post-stratifying碎片大陆地图。奥尔森森林类型的方法特征像素的碎片的粗尺度(森林、nonforest)定义的森林。结果可能不同,如果分裂分开计算每个奥尔森森林类型。在本附录中,我们比较预处理和post-stratifying和得出结论,81公里的差异并不重要2窗户。

pre-stratified分析是通过使用以下的主要论文中描述的程序不同。五奥尔森森林类型被选中代表一系列从南美森林数量和配置覆盖地图。山地热带森林类型,季节性热带,干燥的热带,南半球热带雨林,喜忧参半。五个新地图“森林”然后由只包括在每一个像素的一个给定的森林类型。然后分段模型应用于每一个森林类型的地图。

表3列出了森林类型面积的百分比在不同分化类别为每个四个窗口大小、预处理和post-stratified病例。注意,事后分层和81公里2窗口对应的主体结果(表2)。表3中的数据显示在地图格式在无花果。67年到71年。

与pre-stratification规模变化的影响通常是和以前一样;大窗户含有较少内部森林边缘,森林过渡,补丁。然而,之间的差异和post-stratifying取决于特定的森林类型和窗口大小。最大的窗口大小,例如,所有的山地热带森林被列为补丁当pre-stratifying,但只有38%的地区所以当post-stratifying分类。所不同的是由于巧合这片森林类型与其他附近的森林类型。相比之下,在热带雨林的面积只增加约2% pre-stratifying时最大的窗口大小。与山区热带森林,热带雨林与其它森林类型不一致,因此被选择分层规律影响较小。

Pre-stratifying森林减少了总程度只有森林类型的问题。如果一个森林类型是与其它森林类型一致,然后pre-stratifying将增加明显的碎片,因为“洞”被其它森林类型现在被认为是破碎。季节性热带森林和干燥的热带森林类型说明的效果。会有微小的变化对森林类型,如热带雨林,往往占据一个地理区域。

卡方测试分层规则和碎片类别之间的联系是由森林类型在每个规模。意义这些测试表明,森林面积的百分比在给定分段类别取决于分层规则。所有的五种森林类型有显著差异最小的窗口大小,和最小的P值是山地热带(P= 0.09)和季节性热带(P= 0.02)森林。这表明所有森林类型是当地主流81公里内进行测试2窗户。热带雨林,分层规则在任何窗口大小并不重要。分层规则只对重要的最大窗口大小在干燥的热带森林类型,在南半球最大的两个窗口大小混交林类型,和三大窗口大小对其他两种森林类型。

附录2

可行的,意识到参数空间分析的森林碎片在南美洲81公里2规模。

模型定义细分类别的数量和连接在固定区域的森林窗口。有几何约束,例如,它是不可能获得一个低价值的连接有大量的森林(O ' neill et al . 1996年)。可行的参数空间的知识不是一个分类模型的关键。然而,模型灵敏度和鲁棒性的模式差异可能部分取决于有多少实现可行的参数空间模型时应用。在本附录中,我们描述模型的可行的参数空间,说明了实现部分分析南美洲81公里2窗户。

让讨论(连接)和Pf(数量)定义xy参数空间的轴,分别。的上部可行的参数空间并不延伸到角落里[0.0,1.0]。它是固定在左边[0.5,0.0]棋盘图,右边[1.0,1.0]为完整的森林覆盖。这些点之间的约束上曲线是单调和凸。它可以通过绘制(讨论,Pf)得到的值从棋盘模式和增加森林像素一次,直到窗口只包含森林像素。

右边的参数空间也是约束边界,因为无法获得最大连接,除非分析窗口完全森林,和底部边界,因为连接是未定义当没有森林。低的形状曲线加入[0.0,0.0]和[1.0,1.0]不一定是单调和凹(见下文),但原则上它之后才能得出结论。

意识到参数空间,即组(讨论,Pf)的值实际上获得了在一个特定的分析,将取决于实际的森林模式以及模型实现的细节。南美洲的意识到参数空间(图72)对应于大陆分裂地图(图13)。该图显示了观测值的范围但不相对频率;大部分的值接近主对角线。

左边的部分参数空间说明实际模式(在这种规模)很少像一个棋盘。任何凸,单调曲线连接值[0.0,0.5]和[1.0,1.0]留下了大量的可行空间曲线下的左边部分空缺。模拟研究(图中未显示)表明,意识到参数空间的上限可能代表的渐近线随机森林的减少叠加在不同初始数量和模式的森林。

我视觉上的冲击和周期模式能细微细节的底部边距是一个工件,因为它使用更大的窗户时消失。在这里使用的规模,有限制的数量,一个固定数量的森林可以安排在一个有限的窗口;有些组合是不可能的,有些人可能只有在有足够的森林。持续[0.0,1.0]的舍入值整数[1255]值(参见文本)可能会放大效果;舍入本身是不够的,因为左侧空白没有类似的模式。由于这些原因,参数空间的底部边距(图72)只有接近可行的曲线。


附录3

十八岁的地图用于分析二元光栅与元数据文件可供下载。地图描绘三个主题——森林碎片,森林面积密度、和森林连接——在1公里2分辨率为五大洲和世界各地,为最小的窗口大小(81公里2)用于分析。森林的地图碎片对应于图5所示的地图,9,10,11,12日和13日的手稿。森林面积密度和森林连接是Pf和讨论组件,分别的分裂指数(图3)。这两个组件,任何人都可以修改的关键值,我们选择我们的分裂指数模型的实现。

请注意,地图是一个通用的二进制格式,适用于大多数地理信息系统导入。他们是相当大的(1 - 14 MB、压缩)和格式不适合观看由web浏览器或其他常见的形象观众。都有后缀“.bsq地图文件。广州“指示band-sequential格式和使用gzip压缩。bsq-format文件都是单波段,每个像素一个字节,行顺序。与每个地图相关的头文件包含地理信息系统所需要的信息,当导入地图(像素大小的行数和列,角坐标,等等)。给定的格式与IMAGEGRID命令ARCINFO软件与其他软件但尚未经过测试。元数据文档中包含相同的信息是如果一个不同的格式是必要的。

虽然过程会随用户的软件,导入地图通常涉及压缩(使用gunzip) bsq。gz文件,准备一个单独的“头”文件,发出适当的导入命令从用户的软件,最后指定的地理投影信息。详情请咨询文档的元数据。

18派生的地图是记录在一个元数据文件(视图的元数据,dowload元数据)。

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