生物系统是各种时间和空间尺度上相互作用的 过程组成的复杂系统，没有“单一正确尺度” 可以描述整个系统的行为。 时间和空间尺度是具有关联性的，大尺度和空 间尺度具有较慢的变化速率（低频率），小尺 度具有较快的变化速率（高频率）。

生物系统的尺度规律

随着尺度的增大，生态过程的细节将减少，用 于描述系统的变量将减少；随着尺度的细化， 新的细节将出现，用于描述系统的变量将增加。 在小尺度上的动态过程，在大尺度上可能成为 平衡过程。 时间尺度不变时，空间尺度增加将增加系统可 预测性；空间尺度不变时，时间尺度增加将减 小系统可预测性。
可塑性面积单元问题

在景观生态学研究中，许多数据是与面积相联系的， 或称为面积数据 （area-based data）。 在分析面积数据时，常常出现其结果随面积单元定义 的不同而变化的问题，即“可塑性面积单元问题” （the modifiable area unit problem，MAUP）。 MAUP包括尺度效应和划区效应。
Grain
Resolution
Resolution
Grid spacing
Larger
Smaller
Extents
30m
Grains
100m
500m
1000m

小尺度、细尺度（fine scale）

指小空间范围或短时间，往往对应于大 比例尺、高分辨率。

大尺度、广尺度（broad scale）
Sale(1988), Clarke(1988)在研究单个环礁一种鱼的种群数量时没有 发现可预测性，但在扩大尺度，研究环礁系列时，发现该鱼的种 群数量具有可预测性。 在不明确标明尺度的情况下，得出的结论是危险的，往往会引起 混淆。



所有研究只在特定尺度下有效，不可进行外推，生态学还能称为 科学吗？
第七章
景观生态学研究中的尺度问题
Scale
- key
concept for unifying landscape ecology - integral component of scientific method of inquiry
Typical organization of a GIS database in a land management organization; the primary division is on the basis of scale, subsequent divisions are into theme and location. Numerous scale-dependent applications and administrative procedures, such as ensuring a common boundaries where appropriate, mean that scale must be the primary organizational basis.
尺度相关概念

尺度（scale）

尺度是指在研究某一物体或现象时所采用
的空间或时间单位，同时又可指某一现象
或过程在空间和时间上所涉及的范围和发 生的频率。

Spatial or temporal dimension of object,
process or their measurement
尺度相关概念

在景观生态学中，尺度往往以粒度和范围（幅度）来表 达。

粒度（grain size）：最小测量单位。

空间粒度指景观中最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积 （如样方、像元）； 时间粒度指某一现象或事件发生的（获取样的）频率或时间间隔。 分辨率（resolution）：


尺度问题的提出及其重要性
2、人类解决环境问题急需科学的尺度方法

全球气候变化、生物多样性丧失、资源短缺、 人口膨胀等问题是迫切需要解决的环境问题， 它们的特征尺度都很大，而传统的生态学观测 一般都在较小的尺度上进行，存在着尺度鸿沟 （scale gap）, 用生态学原理解决环境问题急需 合理的尺度方法。观测设计和数据处理方法离 不开尺度方法。

可塑性面积单元问题的研究及生态学意义

空间资料的分析结果只是在所采用的面积单元上有效，而在 其它尺度上则会不尽其然——“生态学缪误” （ecological fallacy) 植物群落空间格局分析——连续网络样方 景观多样性、优势度和聚集度：对尺度变化敏感 空间自相关系数对面积单元大小的变化敏感 遥感资料的分辨率不同会导致对同一地区空间分析结果上的 差异
尺度问题的提出及其重要性
3、技术进步为尺度科学发展提供了条件

遥感技术的飞速发展，为解决人类环境问题 提供了充足的数据来源，不同范围，不同分 辨率的遥感数据为解决各种尺度上的问题提 供了可能性。但如何处理和整合这些不同来 源的数据是一个迫切需要解决的问题。尺度 科学是解决这一问题的关键。
生物系统的尺度规律


尺度上推：scaling up

通过小尺度观测推论大尺度规律的方法

尺度下推：scaling down

通过大尺度的观测推论小尺度下规律的方法
尺度问题的提出及其重要性
1、尺度效应

对同一过程采用不同的观测尺度得出不同的结果在生态学研究中 越来越普遍。

例：Capenter（1987）在研究浮游动物和浮游植物的相关性时，3 天为观测尺度，呈现负相关，以6天为观测尺度，呈正相关。

内在尺度（ intrinsic sale）：实体或过程本身的特征 尺度 测量尺度（measurement scale）：用于测量实体或过 程的尺度。



空间尺度: spatial scale；时间尺度: temporal scale
组织尺度(organizational scale)

在由生态学组织层次（如个体、种群、群落、生态系统、 景观等）组成的等级系统中的相对位置（如种群尺度、景 观尺度等）。



尺度效应是指当空间数据经聚合而改变其粒度或栅格细胞 大小时，分析结果也随之变化的现象。 划区效应指在同一粒度或聚合水平上由于不同聚合方式 （即划区方向）而引起的分析结果的变化。

跨尺度聚合和同尺度上不同聚合方式的示意图
可塑性面积单元问题举例
A、尺度问题：3个 不同景观的空间自 相关系数随分析尺 度而变化； B、划区问题：在 同一分析尺度上， 不同聚合方式（或 划区方向）引起针 叶林景观自相关系 数的变化 可塑性面积单元问题实例
raster data (eg. DEM): Resolution = Grid spacing remote-sensing: Grain = Resolution = Pixel Size = Grid spacing

范围（extent）：指研究对象在空间或时间上的持续范围或长度。

所研究区域的总面积决定研究的空间幅度； 研究项目的持续时间，确定其时间幅度。

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。 组织层次高的研究（如景观和全球生态学） 往往是，但不绝对是（也不应该总是）在较 大的空间范围和长时期内进行的。而这些大 幅度研究的分辨率往往较低，即局部范围和 短时间内变化的信息往往被忽略。

空间粒度和空间幅度
空间粒度指其中最 小可辨识单元的面 积（即图中的栅格 细胞，而空间幅度 是指研究区域的空 间范围（图中栅格 网的大小）。因此， A、C、D、E具有 同样的空间粒度， 而A、B、E则具有 同样的空间幅度。 图中不同色调的栅 格细胞可认为是不 同的土地利用类型、 植被类型或生物量 等。
A
B
C
.
D E F
Extent, grain and resolution. Possible alternative measures of scale. A, the extent is the interval of observation, which determines the largest scale observable; B, the grain is the fineness of observation, which determines the smallest scale observable. C, the resolution is often equated with the grain, but clearly, this can be misleading as the resolution can be finer than the grain. Extent
A simulated inventory of forest cover undertaken at several scales. A:Hypothetical tree locations and crown extents; crowns are considered to be impermeable. B to F: the results of an inventory carried out with grain-size determined by a disc of diameter equal to the vertical bar at the bottom right of each window. For each location on the grid, the percent of the disc area within crowns is calculated. The cell is classified as ‘forest’ if this mean exceeds 40%. As grain size increased, the inventory results change substantially.At grain size F, the inventory is clearly missing features which one feels are important, but at grain size B, the concept of ‘forest’ is not being addressed; small intervals between trees are clearly part of the forest. If grain-size was increased beyond F, the entire area would be determined as forest, despite the fact that only 50% of the area is occupied by tree crowns.