尺度鉴别的统计学方法
方差分析 (variance analysis) 自相关分析(auto-correlation analysis) 半方差分析 (semi-variance analysis) 谱分析(spectrum analysis) 分维分析（Fractal analysis） 孔度分析(Lancunarity analysis )
Can you determine the grain size of this image? The extent? What does this image show?
Now the pixels are so small, they are hard to see. Can you determine the grain size now? How about the extent?
没有一种方法能够彻底解决划分尺度域的问题，不 同方法之间具有互补性，该研究仍处于探索阶段
尺度外推及其误差分析
尺度外推：
包括尺度上推和尺度下推。一般而言生态学中对尺度 上推研究较多，而对尺度下推研究较少。 尺度上推是从较多信息中抽取较少信息，可采用较简 单的聚合方法，并可以数量化地分析其误差。 尺度下推时从较少信息推论较多信息，因此必须借助 模型，无法分析其误差，需要与实际观测比较。 尺度上推最多采用的是空间聚合的方法（spatial aggregation）
第三节 尺度域方法与统计学方法
对生态现象采用不同的观测尺度可能得出不同的结论， 是否意味着不同尺度之间没有关系，不可以进行跨尺度 预测？要全面了解一个生态系统的行为需要无穷多的观 测？我们对不同尺度现象的观测不可以比较？尺度域方 法提供了合理的解决方案 生态系统特征随尺度变化在一些尺度范围内具有不变 性，或者具有线性变化的特征，把这些尺度范围称为尺 度域。不同尺度域之间存在变化剧烈的非线性区域，称 为关键阈（critical threshold）
通过一个尺度上的观测推论其它尺度规律的方法
尺度上推：scaling up
通过细尺度观测推论广尺度规律的方法
尺度下推：scaling down
通过广尺度的观测推论细尺度下规律的方法
等级：hierarchy 组织水平：organization level 等级元：holon
尺度问题的提出及其重要性
1、尺度效应
研究尺度
古生态学 古湖沼学
物理现象
大陆冰河期 气候变化 森林火灾 CO2使全球变暖 太阳黑子 厄尔尼诺 草原火灾 湖水更替 洋流更替 风暴 昼夜循环 潮汐
生物现象
生物进化 湿地演替 森林群落迁移 森林演替 文明兴起 野兔种群 草原演替 一年生植物 浮游动物演替
长期生态研究
多数生态研究
藻类爆发
自然等级系统的层次与尺度的关系
尺度：scale
实体、过程或测量它们的时间或空间坐标 Spatial or temporal dimension of object, process or their measurement
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。包括粒度和范围
粒度：grainBiblioteka size最小测量单位，主要用于空间测量单位
分辨率：resolution
最小测量单位，既可以是空间属性，也可以是时间属性
范围：extent
最大测量范围。生态学上指研究范围
空间尺度: spatial scale 时间尺度: temporal scale 细尺度：fine scale
粒度和范围较小的尺度，一般指空间尺度。与小尺度同 义，但易和小比例尺相混淆，建议不适用它
广尺度：broad scale
粒度和范围较大的尺度，一般指空间尺度。与大尺度同 义，但易和大比例尺相混淆，建议不适用它
尺度域：scale domain
实体或过程不随尺度变化，或成线性变化的尺度范围
尺度外推：scaling
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
第二节 生物系统的尺度规律
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，广空间尺度具有较慢的变 化速率（低频率），细尺度具有较快的变化速率（高频率） 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 在细尺度上的动态过程，在广尺度上可能成为平衡过程。 （干扰部分详细介绍） 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
Map Scale Map ratio The way geographers & cartographers describe these maps. The way most people would (incorrectly) describe these maps. A less confusing way to describe these maps 1:100,000 1/100,000 = 0.000001 Small scale (map ratio is smaller!) Large scale (only large features visible! And large extent.) Coarse-scale or coarse grained 1:100 1/100 = 0.01 Large scale (map ratio is larger!) Small scale (small features visible! And small extent.) Fine-scale or fine-grained
空间聚合方法的误差来源
聚合规则效应
聚合面积效应
聚合划区方案效应
Thank your for you attention!
以经济社会生态为 综合体的生态系统
全球 国家 空间尺度增加 空间分辨率降低 过程速率减慢 事件频率变低
区域
景观 生态和生物为 主的生态系统 生统
域 尺度
群落 生物为 主的生 态系统 种群
动态 结构
个体
功能
Which map is “large scale?”
The formal definition of Map scale is counter-intuitive!
景观的空间尺度越大，其分辨率越低
同一景观，随观察高度增加，其 分辨率降低，最小可辨单元增大
时间尺度：指研究对象动态变化的时间 间隔长度
宏观时空尺度：生物进化、群落演替 微观：植物生长、种群爆发
不同等级系统的时空尺度
万年 千年
林窗动态 景观动态 斑块动态 森林演替
区域动态
世纪 10年 时 间 尺 度 年 月 日 秒
叶片生理
事物或过程的时空尺度是相互联系的：
树木生长
在时间上属于宏观尺度的事件， 在空间上也属宏观尺度。 如气候变迁的时空尺度都较大；
树木生理
而火干扰事件的时空尺度都小。
公里 千公里 空间尺度 万公里
微米
毫米
米
不 同 时 间 尺 度 的 生 物 和 物 理 现 象
十万年 万年 千年 世纪 十年 年 月 日 小时
尺度常用范围或分辨率表示，尺度反映对 事物细节的了解水平 大尺度意味着低分辨率。研究大尺度对象 时必须忽略细微差异 即在小尺度上可辨的异质性结构，在大尺 度上作为细节被忽视
空间尺度：指研究对象的空间范围大小或 面积大小
景观的空间尺度越大，分辨率越低，测量上的 比例尺越小 同一景观，随观察高度增加,分辨率降低,最小 可辨单元增大 物体细微的差异逐渐难以分辩，最终异质性物 体变为均质性
第七章 尺度问题
scale
张 璐
华南农业大学林学院森林生态教研室 zhanglu@
主要内容
尺度及相关概念 生物系统的尺度规律 尺度域方法与统计学方法
第一节
尺度
尺度及相关概念
是指研究对象的空间范围和时间变化间隔。 (对象特征上) 是研究某对象时所采用的空间和时间单位。 (研究者角度)
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。Wiens(1986), Sherry(1988)，… 在不同的研究中都发现了 相似的问题。 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。 Anderson(1981), Green(1987), … 在各种不同的研究种发现有 类似的问题. 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？
同一尺度域内的现象之间的关系不随尺度 变化，其数值也可以进行合理外推。不同 尺度域之间联系复杂，不能进行简单外推 观测尺度应该和现象的内在尺度处在同一 尺度域内。如果存在跨尺度域问题，观测 结果误差增大
许多生态过程受多种因素影 响，而这些因素在不同尺度上 发挥作用，并且这些尺度会跨 越尺度域。对这种生态过程需 要采用多尺度耦合研究
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