尺度问题是地学研究的基础问题之一,尺度效应是尺度问题的一个重要方面。一直以来,尺度效应在地理信息科学、景观生态学、社会经济学等众多领域受到广泛关注。目前,大多数研究主要对尺度效应进行了描述,并没有深入地解释尺度效应产生的原由和机理。因此,基于30m分辨率全球地表覆盖数据GlobeLand 30,本文研究了斑块级别上斑块面积随尺度演变的规律,以解释尺度效应产生的机理。首先,本文构建了一种斑块面积随尺度演变的基本模型。模型思路基本如下:在斑块级别上,斑块形态是影响斑块面积随尺度变化的主要因素。每个斑块可通过斑块形态指标来表示,本文选取相对支撑半径和填充度两个指标来表示斑块。从原始尺度到目标尺度上,斑块面积的变化以斑块面积比率(目标尺度上的斑块面积与原始尺度上的斑块面积之比)来表示。基于克里金插值思想,根据相对支撑半径,填充度以及斑块面积比率三个指标,本文构建了一种斑块面积随尺度演变的经验模型。考虑到不同形态的斑块可能会呈现出不同的面积尺度演变规律,根据斑块形态,本文将斑块分为"点"斑块,"线"斑块以及"面"斑块。其中"点"斑块在尺度上推过程中会直接消失。因此,基于上述基本模型,本文通过7219个"线"斑块训练样本数据和7265个"面"斑块训练样本数据,分别建立"线"斑块和"面"斑块面积随尺度演变模型,并分别选取500个"线"斑块和"面"斑块验证样本数据对两个模型进行验证。验证结果表明,"线"模型得到的斑块面积比和实际得到的斑块面积比平均差异为14.6%,"面"模型得到的斑块面积比和实际得到的斑块面积比平均差异为17.3%。由此说明"线"斑块和"面"斑块面积随尺度演变模型在一定程度上能够解释"线"斑块和"面"斑块在尺度上推过程中的变化规律。但是通过"线"模型表面和"面"模型表面,可以发现,"线"斑块和"面"斑块可进行统一建模。因此可尝试通过一个不区分"点"、"线"、"面"的统一的模型去表达斑块面积在尺度上推过程中的演变规律。基于基本模型,本文选取3万多个斑块训练样本数据,构建了一个统一的斑块面积随尺度演变的模型,并通过2000个斑块验证样本数据对统一模型进行验证。验证结果表明,统一模型得到的斑块面积比与实际得到的斑块面积比平均差异为20%,这与"线"模型和"面"模型的平均面积比差异率相差不大。由此说明,可通过统一的模型来解释斑块面积随尺度演变规律。但是平均面积比差异为20%的模型精度还有待提高。通过观察斑块形态,发现可能是由于复杂形态斑块的存在导致模型精度偏低。因此,本文尝试通过对复杂形态斑块切割为宽度基本均匀的斑块,再基于宽度均匀的斑块进行建模。基于上述问题,本文提出了一个复杂斑块匀质化的算法。通过算法对复杂斑块进行分割得到匀质化的斑块。然后,基于基本模型,采用9003个匀质化的斑块构建一个匀质斑块面积随尺度演变模型,并通过392个匀质斑块验证样本数据对匀质模型进行验证,得到模型平均面积比差异为10.8%。通过200个复杂斑块验证样本数据分别对统一模型和匀质模型进行验证,得出统一模型上的平均面积比差异为18.8%,匀质模型上的平均面积比差异为8.81%。由此说明,匀质斑块面积随尺度演变模型可有效提高模型精度。综上所述,本文提出了一种有效的斑块面积随尺度演变模型,该模型能够得出斑块面积在尺度上推过程中的变化规律,解释尺度效应产生的机理。