尺度推绎研究中的几点基本问题

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1、第17卷第6期地球科学进展Vol.17No.62002年12月ADVANCEINEARTHSCIENCESDec.,2002文章编号:1001-8166(2002)06-0905-07尺度推绎研究中的几点基本问题*赵文武,傅伯杰,陈利顶(中国科学院生态环境研究中心系统生态重点实验室,北京100085)摘要:尺度推绎作为将一个尺度上的信息推绎到另一个尺度上的过程,具有尺度依赖性、模型非线性和研究的复杂性等特征,其理论基础主要有等级理论、分形理论等,其研究的关键问题表现为尺度选择与信息提取问题、尺度域与特征尺度问题、模型问题等方面。

2、针对相邻尺度推绎和跨尺度推绎两种情况,还介绍了不同情况下尺度推绎研究的基本思路。尺度推绎作为现代地学、生态学等学科研究的重要问题之一,其发展需要多学科的交流和理论与技术的创新。关键词:尺度推绎;尺度;基本问题中图分类号:Q141文献标识码:A地表系统作为由不同级别子系统构成的复杂巨[3]知识来推测其他尺度上的现象。在这一过程中,系统,在其系统内的不同层次和不同运行周期上存包含3个层次的内容:¹尺度的放大或缩小;º系统在着明显的时空尺度,探讨不同尺度之间信息的传要素和结构随尺度变化的重新组合或显现;»根据递规律,获取未知尺度信息的

3、尺度推绎(scaling)研某一尺度上的信息(要素、结构、特征等),按照一定究一直是地学研究的重要内容和方法。近几十年的规律或方法,推测、研究其它尺度上的问题。其来,随着宏观生态学、景观生态学的发展和复杂系统中,所研究的尺度是一种时空尺度,是指所研究客体研究的深入,尺度推绎研究也在生态学领域取得了或过程的时间维和空间维,常用粒度(grain)和幅度长足的发展[1,2],并形成了相应的理论、方法与技[4,5](extent)来描述。术,尺度推绎研究逐渐成为了现代地学、生态学研究1.2尺度推绎的分类中的热点问题之一。目前,在我国尺度

4、推绎有关问对于尺度推绎的分类,目前一般有3种分类方题的研究上,虽然有了一些针对尺度和尺度推绎方式。按照尺度推绎的方向不同,分为尺度上推(sca-l面的文章,但就尺度推绎中的基本问题却很少有人ing-up或upscaling)和尺度下推(scaling-down或论述。本文在综合分析生态学、地学领域中与尺度downscaling),前者是指将小尺度的信息推绎到大尺推绎研究有关的文献基础上,阐述了尺度推绎的概度上的过程,是一种信息的聚合(aggregation);后者念、分类、特点、理论基础、关键问题、研究思路等若则是将大尺度上的信

5、息推绎到小尺度上的过程,是[6~8]干基本问题,并展望了其发展方向。对尺度推绎基一种信息的分解(dis-aggregation)。本问题的把握,有助于其研究的深入和地学、生态学按照构建尺度推绎模型的过程不同,可分为显等相关学科的发展。式尺度推绎(explicitscaling)和隐式尺度推绎(im-[9,10]plicitscaling)。隐式尺度推绎是指针对特定的1尺度推绎的概念、分类与特点环境条件,在模型构建过程中就将与尺度有关的特1.1基本概念征要素考虑在内,这样,模型本身就体现了对模型时尺度推绎是指利用某一尺度上所获得的

6、信息和空粒度(temporalandspatialgrainofthemodel)进行*收稿日期:2002-02-04;修回日期:2002-06-05.*基金项目:国家自然科学基金重点项目/黄土丘陵沟壑区景观格局演变与水土流失机理0(编号:90102018)资助.作者简介:赵文武(1976-),男,山东曹县人,博士研究生,主要从事景观生态学研究.E-mail:sldream@263.net906地球科学进展第17卷尺度转换的系统过程。显式尺度推绎是在数字集成2尺度推绎的理论基础或综合分析的基础上,在时间和空间尺度上对/局部0模型

7、(/local0model)的响应进行尺度上推。在具2.1等级理论体应用中显式与隐式尺度推绎的分类方法多出现在等级理论(hierarchytheory)是关于复杂系统结尺度上推的研究中。构、功能和动态的理论。该理论以一般系统论、信息此外,尺度推绎根据其所依据的时空纬度不同,论、现代哲学和数学等有关理论为基础,就系统要素还可分为空间尺度推绎(scalinginspace)和时间尺的层次性、等级结构的多重性、不同等级水平之间的度推绎(scalingintime)[10],前者指在空间范围上进关联性和复杂系统的动态性等方面做了论[5,

8、14,15]行,后者指在时间幅度上开展。述。其主要内容包括以下几个方面:¹等级1.3尺度推绎的特点是一个由若干单元组成的有序系统,可分为巢式(nested)和非巢式(non-nested或开放式exclusive)尺度推绎的特点与其所研究对象的性质密不可[16]