环境变化正在成为并且未来也将是人类可持续发展面临的最大的严峻挑战，历史土地利用变化能够从某种程度上减缓或加剧以气候变化为主导的环境变化。有句古话说得好：“以史为鉴，可知得失。”了解过去的环境变化可以为应对现在和未来的环境变化提供宝贵经验，并且从历史土地利用／覆盖变化和历史气候变化中探索到的规律和动力机制，无疑可以为人类可持续发展提供历史借鉴。
北京师范大学地理学院副教授叶瑜，当前研究方向有两项：（1）历史土地使用／覆盖变化和碳循环；（2）历史气候变化和人类可持续性适应。她从事环境变化研究多年，在中国历史气候变化重建、成因机制与模拟，以及全球数据集成方面有着深厚的学术认知和卓越的学术贡献。在研究方法上：（1）通过对历史文献、历史聚落、考古遗址等多方面信息的研究，分析不同时期土地利用／覆盖的情况及其变化规律；（2）通过历史气候变化代用指标，包含历史文献和自然代用指标，分析历史气候变化的影响与人类社会响应，探索历史时期气候变化对自然环境和人类社会的影响以及人类社会响应和适应机制。
据叶瑜介绍，作为人类活动引起的全球环境变化之一，土地利用／覆被变化显著改变了地球表面，并通过生物地球化学机制和生物地球物理机制对全球和区域气候变化以及碳循环产生了显著影响，因此，土地利用／覆被变化一直是国际全球变化研究的核心任务。农业的起源与发展是全新的重大事件，自新石器时代农耕文明出现以来，特别是工业革命以来农业开发所导致的土地利用和土地覆被变化正影响着全球环境的诸多方面。作为人类农业活动最具代表性的土地利用类型之一，历史耕地覆被变化的重建不仅可以加深人类对历史耕地覆被变化和全球气候变化中人为作用的认识，而且有助于人类应对土地覆被转换所带来环境问题的挑战，推动全球变化研究的发展并为促进人类社会可持续发展提供参照经验。
截至目前，叶瑜已经负责主持国家重点研发计划、国家自然科学基金资助的项目、科技部支持的中国全球变化研究计划等多项科研项目，其中主要包括“过去300年中国北方东部地区耕地覆盖变化重建与数据整合研究”、“全球二氧化碳非均匀动态分布状况下主要国家碳排放空间评价研究”、“过去千年欧洲和中亚西亚LUCC数据集研制”和“多尺度土壤复合侵蚀预测模型及耕地质量退化风险预警”等项目或专题等，这些项目均取得了创新性的科研成果，为未来的历史耕地覆盖变化和历史气候变化研究提供了数据支撑。
土地利用／覆盖变化（Land Use and Land Cover Change，LUCC）通过生物地球化学和生物地球物理过程影响气候，进而影响生物多样性、生态系统服务等。面向全球变化研究，国际上已有多个全球历史耕地数据产品，这些历史LUCC数据作为输入参数在区域和全球气候模拟研究中发挥了重要作用。但是，作为全球变化研究的基础数据，目前已有全球历史土地利用／土地覆盖（LUCC）数据存在较高的不确定性。在“过去200年欧洲耕地格网化重建”研究中，叶瑜引领的研究团队在区域重建基础上改进了格网化分配方法，这是提高历史LUCC数据可靠性的有效途径之一。她及其研究团队首先集成建立了欧洲36个国家尺度过去200年的耕地面积序列；分别用自然地理要素和历史城镇点信息刻画土地宜垦性和开垦偏好性，构建了耕地格网化分配方法；分时段采用最适的耕地格网化分配方法集成重建了欧洲1800～2000年5个时点5’×5’的耕地覆盖数据，成果发表在《中国科学.地球科学》的中英文版上。结果表明：欧洲不同发展阶段影响耕地分布的主控因子存在差异，但分配结果可彼此衔接。现代农业阶段（1950年和2000年）使用宜垦性分配最优，传统农业阶段（1800年）以偏好性和宜垦性共同构建分配模型更合理；过渡阶段（1850和1900年）用两种分配方案所得结果的绝对偏差在±10和±20个百分点的格网占比均分别在80％和95％以上，在过渡阶段使用两种分配结果的均值，可将传统和现代农业两个阶段的分配结果相互衔接。过去200年，欧洲耕地总面积在时间上呈现先增后降的变化，于1900年达到峰值；空间上，1800年高垦殖率重心分布在欧洲大陆西侧，1950年重心转移至大陆东侧。与国际数据集HYDE3.2相比，该项研究的耕地数量更可靠、耕地空间分布更合理、耕地趋势变化更符合欧洲史实。
在“过去300年中国北方东部地区耕地覆盖变化重建与数据整合研究”和“过去千年欧洲和中亚西亚LUCC数据集研制”项目中，叶瑜与合作者为了分别对中国和欧洲已有区域历史土地覆被数据集有一个综合全面的认识，并为今后的研究方向提供参考，筛选了近百余篇空间表达清晰的面向全球变化研究的中国和欧洲历史土地覆被重建文献，从数据源选取与数字提取和订正处理、时间尺度与覆盖时段、空间范围与空间分辨率、重建的主要土地覆被类型几个方面进行总结和评述。得出了一系列重要结论：首先，历史文献是重建中国与欧洲历史土地覆被变化的最主要数据源，数字提取和订正方法因数据源不同而各异；其次，目前叶瑜研究团队的历史土地覆被研究最长时段能达到千年（如中国东北地区），空间分辨率最高达到30m或5’×5’（如中国东北三省及欧洲等）；再次，重建研究空间范围在中国全国、中国东部和某个行政单元或地理形态上比较完整或典型的区域3种空间尺度均有涉猎；最后，更集中于不同土地覆被类型中的耕地覆被重建。这些研究成果充分利用了不同数据源、加强了研究空白区内的历史土地覆被重建、并在优化网格化处理方法及数据整合方面为今后研究引领了风向与潮流。
在历史气候变化与自然灾害研究方面叶瑜及其研究团队也有涉猎和探索。例如，利用经验正交函数（EOF）方法对江浙沪地区汛期降水时空变化特征的研究；利用地方志、档案等文献资料对1883年长江三角洲地区台风灾害事件进行重建与分析等。特别是她对1801年永定河水灾与1841年黄河下游水灾及应对的比较研究，通过具体案例详细介绍了水灾影响研究的方法和过程，为深入理解历史时期自然灾害的发生机制、影响以及人类的应对策略提供了经典案例。
总而言之，随着人类活动的不断扩张和延伸，地球的生态环境问题一直不容忽视，全球气候的重大变化对全球的环境、生态会产生重大影响，威胁人类的生存环境，可持续发展和应对气候变化已经成为当前全球所面临的重要任务。面向未来，叶瑜及其研究团队将继续立足于自己的科研专业领域，与时代接轨并聚焦历史土地利用／覆盖变化和碳循环和历史气候变化影响与人类适应的新科学问题，从历史中发掘潜在农业碳汇实现“双碳”国家目标和汲取应对气候变化的经验和智慧，探索地理环境变迁的历史逻辑、基本规律和发展趋势，为全人类的未来寻求新出路做出应有的贡献。（文／张霞 ＊由国家自然科学基金项目（41471156）资助。）
