生态系统服务与景观格局耦合机理及方法是近年来我国干旱区地学跨学科研究热点。《干旱区生态系统服务与景观格局集成模拟》系统介绍干旱区生态系统服务与景观格局集成研究进展，全面阐述生态系统服务分类、生态系统结构、功能与过程、尺度效应和土地景观格局变化的驱动力；在此基础上，构建生态系统服务与土地景观格局变化的耦合建模框架和空间显式的动态模拟方法，并分别以干旱区多个典型研究区为例，开展不同类型的生态系统服务过程模拟、土地利用过程模拟、生态系统服务制图和情景预测等案例开发。最后，在评述主流模型和评估方法的基础上，提出适用于干旱区生态系统服务集成建模的理论与方法。《干旱区生态系统服务与景观格局集成模拟》成果可为生态系统服务集成建模提供科学的理论和案例支持。

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　　中国西北干旱区分布广泛，其面积约占全国陆地的30％，降水量少而变率大，蒸发量远大于降水量，风沙多、云量少、日照强。近几十年来该区域沙漠化和水资源短缺等环境问题越发突出，生态环境不断恶化，给人民生产、生活和区域社会经济发展带来极大的危害，也成为中国生态环境问题最严重的区域之一。干旱区生态系统的独特结构和功能为当地人民的生存和发展提供了多种生态系统服务和产品，也为推动经济发展、维持当地社会稳定和确保区域一国家层面生态安全提供了重要保证。
　　生态系统服务功能是指生态系统与生态过程所形成及维持人类赖以生存的自然环境条件和效用。长期以来，人类对生态系统服务重要性认识不足，不合理的人类活动致使干旱区生态服务功能遭到严重破坏。景观格局变化直接受人类活动影响，由此产生的土地利用变化是导致生态系统服务功能和价值变化的重要原因，也直接影响区域环境系统向社会经济系统提供的各种服务和物品。生态系统服务与景观格局的耦合机理及模拟方法已成为国际上新兴的交叉学科热点。通过分析生态系统服务与景观格局耦合机理、开发跨尺度的集成建模框架和发展空间显式的动态模型模拟方法，进而体现生态系统服务集成在干旱区和谐社会建设、生态文明建设和促进全面小康社会建设中的重要地位与作用，这也是生态系统服务科学的重要任务与应用价值。
　　通过复杂的计算机模拟模型，可以对真实的生态系统格局和过程进行抽象与简化，该技术已经成为地学跨学科研究中不可或缺的工具。近二十年来，随着集成环境建模的学科方法论逐渐完善与技术工具日趋成熟，科学家开始有能力针对复杂的生态系统结构和过程开发多尺度的空间动态模拟模型。随着3s技术的广泛应用和海量空间数据的大量增加，构建生态系统动态显式模拟模型的需求和能力在迅速提升，这种集成环境建模的演变趋势在生态系统服务领域中尤为明显。此外，建模过程中还需要掌握跨学科的背景知识，综合相对复杂的建模理论和方法，以实现对特定生态系统或区域的人口、经济、自然资源、景观变化和决策制定等多要素耦合过程进行空间显式的动态模拟。
　　本书第一部分为理论，从集成环境建模介绍开始，系统地阐述生态系统服务与景观格局耦合的基础理论。介绍相关建模理论和方法的最新进展，并提出适用于干旱区生态系统的集成建模框架和模型开发方法，最后对现有理论可能的演变趋势进行展望。第二部分是方法与案例应用，主要介绍关于模型框架的实际应用案例，针对具体的生态系统服务类型和景观格局变化过程进行建模和讨论，案例选择时兼顾区域当前面临的一些紧迫的环境和社会经济问题。同时，还对当前可用于生态系统服务集成建模的几种常用模型及评估方法进行介绍和对比分析，并提出适用于干旱区的生态系统服务综合评估建模框架和集成模型。
　　全书撰写完成后，由刘丽珺博士统稿，梁友嘉博士和黄解军教授完成审定。书中的部分阶段性成果已在国内外刊物上先行发表，还有部分成果尚未公开发表，相关的集成模型改进和更丰富的案例开发还在持续进行，相信不久便会与读者见面。本书受国家自然科学基金青年科学基金项目“绿洲生态系统服务与景观格局耦合过程及权衡的定量研究”(41601184)、国家重点研发计划项目“黄土高原水土流失综合治理技术及示范”第七课题“黄土高原水土流失治理与生态产业协同发展技术集成与模式”(2016YFC0501707)
　　和中央高校基本科研业务费专项资金(2017IVB016)联合资助。科学出版社为本书出版提供了支持，编辑们在本书出版组织、材料整理和文字编辑等方面付出了大量精力，在此
　　表示衷心感谢。
　　由于时间和水平有限，书中难免存在不足之处，敬请广大读者批评指正!
　　梁友嘉
　　2017年5月于武汉

目录
第一部分 生态系统服务集成模拟的基础理论
第1章 集成环境建模 3
1.1 集成环境建模概述 3
1.1.1 基本概念与建模术语 5
1.1.2 建模特征与决策集成 6
1.2 集成环境建模应用 8
1.2.1 利益相关者与管理策略 8
1.2.2 模型的科学评估和推广 9
1.3 集成环境建模科学 9
1.3.1 集成环境建模的系统模式 9
1.3.2 集成环境建模数据与评估 11
1.4 集成环境建模技术 13
1.4.1 软件开发和建模框架 13
1.4.2 互联网技术与模型开发 15
1.5 小结 16
参考文献 17
第2章 土地景观格局变化建模 23
2.1 土地景观格局分析 23
2.1.1 土地景观格局概述 23
2.1.2 土地景观格局模拟模型 25
2.2 土地景观格局建模的挑战 28
2.2.1 土地景观格局建模的核心问题 28
2.2.2 建模面临的挑战和潜在解决途径 29
2.3 小结 32
参考文献 32
第3章 生态系统服务集成建模 37
3.1 生态系统服务集成建模的概念框架 37
3.1.1 生态系统服务功能概述 37
3.1.2 土地景观格局对生态系统服务功能的影响 39
3.1.3 生态系统服务供给与人类需求互馈关系 40
3.1.4 生态系统服务功能预测和情景分析 41
3.2 干旱区生态系统服务集成建模 43
3.2.1 干旱区生态系统服务集成建模概述 43
3.2.2 生态系统服务集成建模研究进展 44
3.3 小结 45
参考文献 46
第二部分 生态系统服务集成模拟的方法与应用
第4章 水源涵养生态系统服务集成建模 53
4.1 分布式水源涵养模拟模型 53
4.1.1 水源涵养服务建模框架概述 53
4.1.2 水文单元模型 55
4.1.3 机会成本模型 58
4.1.4 生态补偿价格模型 58
4.2 降水多元回归模型 59
4.2.1 降水预测模型概述 59
4.2.2 降水空间分布建模方法与应用 60
4.3 蒸散发单元模型 66
4.3.1 蒸散发模型概述 66
4.3.2 蒸散发单元建模方法与应用 67
4.4 水源涵养服务模拟 72
4.4.1 集成模型参数率定 72
4.4.2 水源涵养服务模拟与补偿价格估算 74
4.5 小结 77
参考文献 77
第5章 气候调节生态系统服务集成建模 81
5.1 微尺度风环境模拟模型 81
5.1.1 微尺度风环境建模框架概述 81
5.1.2 微尺度风环境变化模拟建模 84
5.2 市域尺度风环境变化模拟 86
5.2.1 市域尺度风场分布模拟 86
5.2.2 城市热岛效应与风速场关系 87
5.3 区域尺度气候舒适度评价模型 90
5.3.1 区域尺度气候舒适度评价框架概述 90
5.3.2 区域尺度气候舒适度评价建模 91
5.3.3 区域尺度气候舒适度分类与评价 92
5.4 小结 96
参考文献 97
第6章 土地景观格局变化集成建模 99
6.1 土地景观格局变化与驱动力 99
6.1.1 土地景观格局时空变化分析概述 99
6.1.2 土地景观格局时空变化与驱动力分析 101
6.2 农业景观格局遥感制图 107
6.2.1 农业景观格局遥感制图概述 107
6.2.2 农业景观格局遥感制图方法与应用 108
6.3 影响景观格局的人文因素空间化 114
6.3.1 人文要素空间化概述 114
6.3.2 人口、GDP空间化建模方法与应用 116
6.4 分布式土地景观模拟模型 126
6.4.1 分布式土地景观模拟模型概述 126
6.4.2 分布式土地景观模拟模型及应用 127
6.5 小结 137
参考文献 137
第7章 生态系统服务综合空间制图 141
7.1 基于土地景观的生态系统服务制图 141
7.1.1 生态系统服务制图概述 141
7.1.2 基于土地景观的生态系统服务制图方法与应用 142
7.2 基于完整性指标的生态系统服务制图 150
7.2.1 生态系统完整性指标概述 150
7.2.2 基于完整性指标评价的矩阵制图方法与应用 151
7.3 小结 160
参考文献 161
第8章 生态系统服务综合评估 163
8.1 生态系统服务评估模型 163
8.1.1 生态系统服务评估模型概述 163
8.1.2 InVEST评估模型方法与应用 168
8.2 干旱区生态系统服务综合评估模型 182
8.2.1 干旱区生态系统服务综合评估框架 182
8.2.2 干旱区生态系统服务综合评估模型开发 183
8.3 小结 187
参考文献 187