土地利用

土地変化科学の主な機能は、人間の活動と自然プロセスの両方から生じる可能性のある景観変化の長期的なパターンを記録し、モデル化することです。^{[ 23 ]}土地被覆と土地利用の変化を監視および評価する過程で、科学者は、土地被覆と土地利用がどこで変化しているか、変化の範囲と時間スケール、変化が時間とともにどのように変化するかなど、いくつかの要因を検討します。^{[ 9 ]}この目的のために、科学者は、衛星画像やその他のリモートセンシングデータソース（航空機画像など）、現地観測、歴史的記録、再構築モデリングなど、さまざまなツールを使用します。^{[ 23 ]}これらのツール、特に衛星画像により、土地変化科学者は土地変化率を正確に監視し、時間の経過に伴う変化の変動を定量化するための一貫した長期記録を作成できます。^{[ 9 ]}土地被覆の変化のパターンを観察することで、科学者はこれらの変化の結果を判断し、将来の変化の影響を予測し、この情報を使用して戦略的な土地管理に役立てることができます。

リスクと脆弱性のモデリングも、土地変化科学の実践的な応用の一つです。人間の活動が時間の経過とともに土地被覆の変化にどのように影響するか、またそのような変化が生態系や人間システムの持続可能性にどのような影響を与えるかを正確に予測することで、これらの変化に対処するための政策の策定に役立てることができます。^{[ 10 ]}

リスクと脆弱性の研究には、定量的、定性的、地理空間的なモデル、方法、および支援ツールの開発が伴います。 ^{[ 24 ]}これらのツールの目的は、人間社会と自然生態系の両方が災害事象や長期的な土地の変化に対してどれほど脆弱であるかを伝えることです。リスクと脆弱性のモデリングには、災害に対するコミュニティの感受性の分析、人々とインフラの地理的分布の理解、特定の撹乱が発生する確率の正確な計算が必要です。^{[ 24 ]}

リスクと脆弱性を研究するための重要な手法は、土地利用と土地被覆の変化をシミュレートするために使用できる土地変化モデリング（LCM）です。 ^{[ 25 ]} LCMは、さまざまな状況下で土地利用と土地被覆がどのように変化するかを予測するために使用でき、潜在的な影響を予測できるため、リスク評価に役立ちます。また、多少の不確実性はあるものの、政策決定に役立てることができます。^{[ 25 ]}

土地変化モデル（LCM）は、土地利用と土地被覆の変化とその動態を記述、予測、説明するものです。LCMは、人間が過去、現在、未来において地球の表面をどのように変化させてきたかを理解するための手段となります。

土地変化モデルは開発政策において価値があり、小さな土地から空間全体に至るまでさまざまな規模で、資源管理と自然環境に対するより適切な意思決定を導くのに役立ちます。 ^{[ 26 ] [ 27 ]}さらに、土地被覆、環境、社会経済データ（および技術インフラストラクチャ）の発展により、地球規模の気候変動と持続可能性の問題に国内外の注目が集まるにつれて、土地変化モデリングが人間と環境のシステムに影響を与える意思決定を支援し、影響を与える機会が増えています。^{[ 26 ]}

森林破壊とは、かつて森林であった土地を他の用途に体系的かつ恒久的に転換することです。^{[ 11 ]}歴史的に、森林破壊は土地利用と土地被覆の変化の主な要因となってきました。^{[ 10 ]}森林は地球規模の生態系の重要な部分であり、炭素吸収、生態学的プロセス、生物多様性に不可欠です。^{[ 10 ]}しかし、農業の発明以来、世界の森林被覆は35%減少しました。^{[ 10 ]}

森林破壊の直接的または根本的な原因はめったにありません。^{[ 28 ]}むしろ、森林破壊は、土地被覆を変化させるために同時または連続的に作用する、絡み合ったシステム的な力の結果です。^{[ 28 ]}森林破壊は、相互に関連する多くの理由で発生します。^{[ 29 ]}例えば、大規模な森林破壊は工業型農業の産物と見なされることが多いですが、原生林の森林破壊のかなりの部分は、小規模な移住農業の結果です。^{[ 29 ]}森林被覆が除去されると、森林資源は枯渇し、人口増加により不足が生じ、人々は以前には手つかずだった森林に再び移動し、森林破壊のプロセスが再開されます。^{[ 29 ]}この継続的な移動の背景にはいくつかの理由があります。貧困による利用可能な農地の不足と高コストにより、既存の農地での農業集約度が増加する可能性があります。^{[ 29 ]}これにより農地の過剰利用が起こり、最終的には砂漠化という別の土地被覆の変化が生じ、土壌が利用できなくなり、収益性も低下するため、農民は手つかずの無人の原生林を探し求める必要が生じる。^{[ 29 ]}

農村からの移住や自給自足農業に加えて、経済発展も森林破壊に大きな役割を果たす可能性がある。^{[ 28 ]}例えば、生活の質の向上を目的とした道路や鉄道の拡張は、アマゾンや中央アメリカで深刻な森林破壊を引き起こしている。^{[ 28 ]}さらに、経済発展の根本的な要因は、輸出の増加から対外債務に至るまで、グローバルな経済活動と関連していることが多い。^{[ 28 ]}

都市化とは、都市部に住む人の数の増加を指す。都市化は、都市人口の増加と都市部の物理的な拡大の両方を指す。^{[ 30 ]}国連によると、世界の都市人口は1950年以降急速に増加し、2018年には7億5100万人から42億人に達し、現在の傾向ではこの数は増加し続けると予測されている。^{[ 31 ]}この人口移動に伴い、経済の流れ、文化やライフスタイル、空間的な人口分布に大きな変化が生じている。^{[ 31 ]}都市化された地域は地球​​表面のわずか3%を占めるにすぎないが、それでも土地利用や土地被覆の変化に大きな影響を与えている。^{[ 32 ]}

都市化は、さまざまな理由から土地利用と土地被覆の変化にとって重要です。特に、都市化は都市と農村のつながりの変化、つまり都市と農村間の商品やサービスの移転による生態学的フットプリントを通じて、他の土地の変化にも影響を与えます。 ^{[ 16 ]}都市化の進展は消費の増加につながり、周辺の農村の土地に大きな圧力をかけます。^{[ 16 ]}都市部の外向きの拡大は、かつて作物の栽培に使われていた隣接する土地を奪うこともあります。^{[ 16 ]}

都市化は、都市ヒートアイランド現象を通じて土地被覆にも影響を与えます。ヒートアイランドは、建物や道路などの構造物が太陽放射を吸収・再放出する密度が高く、植生被覆の密度が低いために、都市部が周辺地域よりも高温になる現象です。^{[ 33 ]}ヒートアイランドに伴う高温は、特に低所得地域では、人間の健康を損なう可能性があります。^{[ 33 ]}

アラル海の急速な縮小は、特に人間の活動が自然の気候サイクルを大きく乱す場合、地域規模の土地利用と土地の変化が地域の気候システムに複合的な影響を与える可能性があること、そして土地変化科学がそのような変化をマッピングして研究するためにどのように使用できるかを示す例である。^{[ 34 ]} 1960年、中央アジアに位置するアラル海は世界で4番目に大きな湖であった。^{[ 35 ]}しかし、ソビエト連邦が現在のカザフスタン、ウズベキスタン、トルクメニスタンの乾燥した平野を灌漑するために行った水路変更プロジェクトにより、アラル海は陸地の85%と体積の90%を失った。^{[ 35 ]}アラル海の消失は、この地域の人間と環境の相互作用に大きな影響を与えており、海の漁業の壊滅や、乾燥した海塩床の風による拡散による農地の塩害などが挙げられる。 ^{[ 34 ] [ 35 ]}

さらに、科学者たちはNASAのMODIS（中分解能撮像分光放射計）などの技術を用いて、アラル海とその周辺の気候の変化を時系列で追跡することができた。^{[ 36 ]}モデリングと衛星画像を用いて人為的な土地被覆の変化を追跡することは、土地変化科学の範囲の特徴である。

植民地時代のアメリカでは、当初、土地の利用に関する規制はほとんど設けられていませんでした。社会が農村から都市へと移行するにつれて、公共用地の規制が重要になり、特に都市政府は管轄区域内の産業、商業、住宅を管理しようとしていました。最初のゾーニング条例は1916年にニューヨーク市で可決され^{[ 38 ] [ 39 ]}、1930年代までにはほとんどの州がゾーニング法を採用しました。1970年代には、環境と歴史的建造物の保存に関する懸念から、さらなる規制が設けられました。

今日、連邦政府、州政府、地方自治体は、成文法を通じて成長と開発を規制している。しかし、土地に対する規制の大部分は、民間開発業者や個人の行動に由来する。司法判断や民間の土地利用協定の執行は、公共の規制を強化し、規制的なゾーニングでは実現できない形態とレベルの規制を達成することができる。土地利用規制が今日の米国における住宅隔離の直接的な原因であるという懸念が高まっている。^{[ 40 ]}

1960年代に制定された2つの主要な連邦法は、土地利用を大幅に制限している。これらは、1966年の国家歴史保存法（現在は米国法典第16編第461条以下に規定されている）と、 1969年の国家環境政策法（米国法典第42編第4321条以下に規定されている）である。