หน้าที่หลักประการหนึ่งของวิทยาศาสตร์การเปลี่ยนแปลงที่ดินคือการบันทึกและสร้างแบบจำลองรูปแบบการเปลี่ยนแปลงภูมิทัศน์ในระยะยาว ซึ่งอาจเป็นผลมาจากทั้งกิจกรรมของมนุษย์และกระบวนการทางธรรมชาติ^{[ 23 ]}ในระหว่างการติดตามและประเมินการเปลี่ยนแปลงการปกคลุมและการใช้ที่ดิน นักวิทยาศาสตร์จะพิจารณาปัจจัยหลายประการ รวมถึงตำแหน่งที่การปกคลุมและการใช้ที่ดินกำลังเปลี่ยนแปลง ขอบเขตและช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลง และการเปลี่ยนแปลงที่แตกต่างกันไปตามเวลา^{[ 9 ]}เพื่อจุดประสงค์นี้ นักวิทยาศาสตร์ใช้เครื่องมือที่หลากหลาย รวมถึงภาพถ่ายดาวเทียมและแหล่งข้อมูลการสำรวจระยะไกล อื่นๆ (เช่น ภาพถ่ายจากเครื่องบิน) การสังเกตภาคสนาม บันทึกทางประวัติศาสตร์ และการสร้างแบบจำลองการสร้างใหม่^{[ 23 ]}เครื่องมือเหล่านี้ โดยเฉพาะภาพถ่ายดาวเทียม ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ด้านการเปลี่ยนแปลงที่ดินสามารถติดตามอัตราการเปลี่ยนแปลงที่ดินได้อย่างแม่นยำ และสร้างบันทึกระยะยาวที่สอดคล้องกันเพื่อวัดปริมาณความแปรปรวนของการเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป^{[ 9 ]}ด้วยการสังเกตรูปแบบในการเปลี่ยนแปลงการปกคลุมที่ดิน นักวิทยาศาสตร์สามารถกำหนดผลที่ตามมาของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ทำนายผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงในอนาคต และใช้ข้อมูลนี้เพื่อแจ้งการจัดการที่ดินเชิง กลยุทธ์

การสร้างแบบจำลองความเสี่ยงและความเปราะบางยังเป็นหนึ่งในการประยุกต์ใช้ในทางปฏิบัติของวิทยาศาสตร์การเปลี่ยนแปลงที่ดิน การคาดการณ์ที่แม่นยำว่ากิจกรรมของมนุษย์จะส่งผลต่อ การเปลี่ยนแปลง การปกคลุมของที่ดินเมื่อเวลาผ่านไปอย่างไร รวมถึงผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวต่อความยั่งยืนของระบบนิเวศและระบบมนุษย์ สามารถนำไปสู่การสร้างนโยบายที่ออกแบบมาเพื่อจัดการกับการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ได้^{[ 10 ]}

การศึกษาความเสี่ยงและความเปราะบางเกี่ยวข้องกับการพัฒนารูปแบบ วิธีการ และเครื่องมือสนับสนุนเชิงปริมาณ เชิงคุณภาพและเชิงพื้นที่^{[ 24 ]}วัตถุประสงค์ของเครื่องมือเหล่านี้คือการสื่อสารความเปราะบางของทั้งชุมชนมนุษย์และระบบนิเวศทางธรรมชาติต่อเหตุการณ์ภัยพิบัติหรือการเปลี่ยนแปลงที่ดินในระยะยาว การสร้างแบบจำลองความเสี่ยงและความเปราะบางต้องอาศัยการวิเคราะห์ความไวของชุมชนต่อภัยพิบัติ ความเข้าใจเกี่ยวกับการกระจายทางภูมิศาสตร์ของประชากรและโครงสร้างพื้นฐาน และการคำนวณความน่าจะเป็นของการเกิดการรบกวน เฉพาะอย่างอย่างแม่นยำ ^{[ 24 ]}

วิธีการสำคัญในการศึกษาความเสี่ยงและความเปราะบางคือการสร้างแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงที่ดิน (LCM) ซึ่งสามารถใช้จำลองการเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดินและการปกคลุมที่ดินได้^{[ 25 ]} LCM สามารถใช้เพื่อทำนายว่าการใช้ที่ดินและการปกคลุมที่ดินอาจเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรภายใต้สถานการณ์อื่น ซึ่งเป็นประโยชน์สำหรับการประเมินความเสี่ยง เนื่องจากช่วยให้สามารถทำนายผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นได้ และสามารถใช้ประกอบการตัดสินใจเชิงนโยบายได้ แม้ว่าจะมีความไม่แน่นอนอยู่บ้างก็ตาม^{[ 25 ]}

แบบจำลองการเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดิน (Land Change Models: LCMs) อธิบาย คาดการณ์ และอธิบายการเปลี่ยนแปลงและพลวัตของการใช้ที่ดินและการปกคลุมของที่ดิน LCMs เป็นเครื่องมือในการทำความเข้าใจวิธีการที่มนุษย์เปลี่ยนแปลงพื้นผิวโลกในอดีต ปัจจุบัน และอนาคต

แบบจำลองการเปลี่ยนแปลงที่ดินมีคุณค่าในนโยบายการพัฒนา ช่วยชี้นำการตัดสินใจที่เหมาะสมยิ่งขึ้นสำหรับการจัดการทรัพยากรและสิ่งแวดล้อมทางธรรมชาติในระดับต่างๆ ตั้งแต่ที่ดินผืนเล็กๆ ไปจนถึงพื้นที่ทั้งหมด^{[ 26 ] [ 27 ]}ยิ่งไปกว่านั้น การพัฒนาภายใน ข้อมูล การปกคลุมที่ดินสิ่งแวดล้อม และเศรษฐกิจสังคม (รวมถึงโครงสร้างพื้นฐานทางเทคโนโลยี) ได้เพิ่มโอกาสสำหรับการสร้างแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงที่ดินเพื่อช่วยสนับสนุนและมีอิทธิพลต่อการตัดสินใจที่ส่งผลกระทบต่อระบบมนุษย์และสิ่งแวดล้อม [ ^{26 ] เนื่องจาก}ความสนใจในระดับชาติและนานาชาติมุ่งเน้นไปที่ประเด็นการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ โลก และความยั่งยืน มากขึ้นเรื่อย ๆ

การตัดไม้ทำลายป่าคือการเปลี่ยนพื้นที่ป่าเดิมอย่างเป็นระบบและถาวรเพื่อใช้ประโยชน์อื่น^{[ 11 ]}ในอดีต การตัดไม้ทำลายป่าเป็นปัจจัยหลักที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดินและการปกคลุมของที่ดิน^{[ 10 ]}ป่าไม้เป็นส่วนสำคัญของระบบนิเวศโลกและจำเป็นต่อการดักจับคาร์บอนกระบวนการทางนิเวศวิทยา และความหลากหลายทางชีวภาพ [ ^{10 ] อย่างไรก็ตาม}นับตั้งแต่มีการคิดค้นการเกษตร พื้นที่ป่าทั่วโลกลดลงถึง 35% ^{[ 10 ]}

การทำลายป่ามักไม่มีสาเหตุโดยตรงหรือสาเหตุพื้นฐานเพียงสาเหตุเดียว^{[ 28 ]}แต่การทำลายป่าเป็นผลมาจากแรงผลักดันเชิงระบบที่เกี่ยวพันกันซึ่งทำงานพร้อมกันหรือตามลำดับเพื่อเปลี่ยนแปลงการปกคลุมของที่ดิน^{[ 28 ]}การทำลายป่าเกิดขึ้นจากหลายสาเหตุที่เชื่อมโยงกัน^{[ 29 ]}ตัวอย่างเช่น การทำลายป่าครั้งใหญ่ มักถูกมองว่าเป็นผลผลิตของการเกษตรเชิงอุตสาหกรรม แต่ การทำลาย ป่าดั้งเดิม ส่วนใหญ่ เป็นผลมาจากการทำฟาร์มแบบย้ายถิ่นฐานขนาดเล็ก^{[ 29 ]}เมื่อพื้นที่ป่าถูกทำลาย ทรัพยากรป่าไม้ก็จะหมดไป และประชากรที่เพิ่มขึ้นนำไปสู่ความขาดแคลน ซึ่งกระตุ้นให้ผู้คนย้ายไปยังป่าที่ไม่ถูกรบกวนก่อนหน้านี้อีกครั้ง ทำให้กระบวนการทำลายป่าเริ่มต้นขึ้นอีกครั้ง^{[ 29 ]}มีหลายสาเหตุที่อยู่เบื้องหลังการย้ายถิ่นฐานอย่างต่อเนื่องนี้ ได้แก่ การขาดแคลนที่ดินทำกินเนื่องจากความยากจนและต้นทุนที่สูง อาจนำไปสู่การเพิ่มความเข้มข้นของการทำฟาร์มในที่ดินทำกินที่มีอยู่^{[ 29 ]}สิ่งนี้นำไปสู่การใช้ที่ดินทำกินมากเกินไป และในที่สุดก็ส่งผลให้เกิดการกลายเป็นทะเลทรายซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงการปกคลุมของที่ดินอีกรูปแบบหนึ่ง ทำให้ดินใช้ประโยชน์ไม่ได้และไม่คุ้มค่า ส่งผลให้เกษตรกรต้องแสวงหาป่าดั้งเดิมที่ยังไม่ถูกแตะต้องและไม่มีประชากรอาศัยอยู่^{[ 29 ]}

นอกจากการอพยพจากชนบทและการทำเกษตรกรรมเพื่อยังชีพแล้ว การพัฒนาเศรษฐกิจยังมีบทบาทสำคัญในการทำลายป่าอีกด้วย^{[ 28 ]}ตัวอย่างเช่น การขยายถนนและทางรถไฟที่ออกแบบมาเพื่อเพิ่มคุณภาพชีวิตกลับส่งผลให้เกิดการทำลายป่าอย่างมากในอเมซอนและอเมริกากลาง^{[ 28 ]}ยิ่งไปกว่านั้น ปัจจัยขับเคลื่อนพื้นฐานของการพัฒนาเศรษฐกิจมักเชื่อมโยงกับการมีส่วนร่วมทางเศรษฐกิจระดับโลก ตั้งแต่การส่งออกที่ เพิ่มขึ้นไป จนถึงหนี้ต่างประเทศ^{[ 28 ]}

โดยทั่วไปการขยายตัวของเมืองหมายถึงจำนวนประชากรที่อาศัยอยู่ในเขตเมืองที่เพิ่มขึ้น การขยายตัวของเมืองหมายความถึงทั้งการเติบโตของประชากรในเมืองและการเติบโตทางกายภาพของเขตเมือง^{[ 30 ]}ตามข้อมูลของสหประชาชาติประชากรในเมืองทั่วโลกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วตั้งแต่ปี 1950 จาก 751 ล้านคนเป็น 4.2 พันล้านคนในปี 2018 และแนวโน้มปัจจุบันคาดการณ์ว่าจำนวนนี้จะยังคงเพิ่มขึ้นต่อไป^{[ 31 ]}การเปลี่ยนแปลงของประชากรนี้มาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในด้านการไหลเวียนทางเศรษฐกิจ วัฒนธรรมและวิถีชีวิต และการกระจายตัวของประชากรตามพื้นที่^{[ 31 ]}แม้ว่าพื้นที่เมืองจะครอบคลุมเพียง 3% ของพื้นผิวโลก แต่ก็มีผลกระทบอย่างมากต่อการใช้ที่ดินและการเปลี่ยนแปลงการปกคลุมของที่ดิน^{[ 32 ]}

การขยายตัวของเมืองมีความสำคัญต่อการใช้ที่ดินและการเปลี่ยนแปลงการปกคลุมของที่ดินด้วยเหตุผลหลายประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การขยายตัวของเมืองส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงของที่ดินในที่อื่นผ่านการเปลี่ยนแปลงความเชื่อมโยงระหว่างเมืองและชนบทหรือรอยเท้าทางนิเวศวิทยาของการถ่ายโอนสินค้าและบริการระหว่างพื้นที่เมืองและชนบท^{[ 16 ]}การเพิ่มขึ้นของการขยายตัวของเมืองนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของการบริโภค ซึ่งทำให้เกิดแรงกดดันเพิ่มขึ้นต่อที่ดินชนบทโดยรอบ^{[ 16 ]}การขยายตัวออกไปของเมืองยังสามารถเข้าครอบครองที่ดินที่อยู่ติดกันซึ่งเคยใช้สำหรับการเพาะปลูกพืชผลได้อีกด้วย^{[ 16 ]}

นอกจากนี้ การขยายตัวของเมืองยังส่งผลกระทบต่อการปกคลุมของพื้นที่ผ่านปรากฏการณ์เกาะความร้อนในเมืองเกาะความร้อนเกิดขึ้นเมื่อพื้นที่ในเมืองมีอุณหภูมิสูงกว่าพื้นที่โดยรอบ เนื่องจากมีโครงสร้างหนาแน่น เช่น อาคารและถนน ที่ดูดซับและปล่อยรังสีจากดวงอาทิตย์ และมีพืชปกคลุมน้อย^{[ 33 ]}อุณหภูมิสูงที่เกี่ยวข้องกับเกาะความร้อนอาจส่งผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์ โดยเฉพาะในพื้นที่ที่มีรายได้น้อย^{[ 33 ]}

การลดลงอย่างรวดเร็วของทะเลอารัลเป็นตัวอย่างหนึ่งที่แสดงให้เห็นว่าการใช้ที่ดินและการเปลี่ยนแปลงที่ดินในระดับท้องถิ่นสามารถส่งผลกระทบต่อระบบภูมิอากาศระดับภูมิภาคได้อย่างไร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อกิจกรรมของมนุษย์รบกวนวัฏจักรภูมิอากาศตามธรรมชาติอย่างรุนแรง และวิทยาศาสตร์การเปลี่ยนแปลงที่ดินสามารถนำมาใช้ในการทำแผนที่และศึกษาการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวได้^{[ 34 ]}ในปี 1960 ทะเลอารัลซึ่งตั้งอยู่ในเอเชียกลาง เป็นทะเลสาบที่ใหญ่เป็นอันดับสี่ของโลก^{[ 35 ]}อย่างไรก็ตาม โครงการผันน้ำที่ดำเนินการโดยสหภาพโซเวียตเพื่อชลประทานที่ราบแห้งแล้งในปัจจุบันคือคาซัคสถานอุซเบกิสถานและเติร์กเมนิสถานส่งผลให้ทะเลอารัลสูญเสียพื้นที่ปกคลุมไป 85% และปริมาตร 90% ^{[ 35 ]}การสูญเสียทะเลอารัลส่งผลกระทบอย่างมากต่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับสิ่งแวดล้อมในภูมิภาค รวมถึงการทำลายล้างอุตสาหกรรมการประมงของทะเลและการเกิดดินเค็มในพื้นที่เกษตรกรรมจากการแพร่กระจายของชั้นเกลือทะเลแห้งโดยลม^{[ 34 ] [ 35 ]}

นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังสามารถใช้เทคโนโลยี เช่นModerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS)ของNASAเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของทะเลอารัลและสภาพภูมิอากาศโดยรอบเมื่อเวลาผ่านไป^{[ 36 ]}การใช้แบบจำลองและภาพถ่ายดาวเทียมเพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงการปกคลุมของพื้นดินที่เกิดจากมนุษย์เป็นลักษณะเฉพาะของขอบเขตของวิทยาศาสตร์การเปลี่ยนแปลงของพื้นดิน

ในอเมริกาในยุคอาณานิคม เดิมทีมีการกำหนดกฎระเบียบเกี่ยวกับการใช้ที่ดินเพียงเล็กน้อย เมื่อสังคมเปลี่ยนจากชนบทเป็นเมือง การควบคุมที่ดินสาธารณะจึงมีความสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับรัฐบาลเมืองที่พยายามควบคุมอุตสาหกรรม การค้า และที่อยู่อาศัยภายในเขตแดนของตน กฎหมายการแบ่งเขตพื้นที่ฉบับแรกถูกตราขึ้นในนครนิวยอร์กในปี 1916 ^{[ 38 ] [ 39 ]}และภายในปี 1930 รัฐส่วนใหญ่ได้นำ กฎหมาย การแบ่งเขตพื้นที่ มาใช้ ในช่วงปี 1970 ความกังวลเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมและการอนุรักษ์ทางประวัติศาสตร์นำไปสู่การออกกฎระเบียบเพิ่มเติม

ปัจจุบัน รัฐบาลกลาง รัฐ และท้องถิ่นควบคุมการเติบโตและการพัฒนาผ่านกฎหมายอย่างไรก็ตาม การควบคุมที่ดินส่วนใหญ่มาจากการกระทำของผู้พัฒนาเอกชนและบุคคลทั่วไป คำตัดสินของศาลและการบังคับใช้ข้อตกลงการใช้ที่ดินส่วนตัวสามารถเสริมสร้างการควบคุมของภาครัฐ และบรรลุรูปแบบและระดับการควบคุมที่การแบ่งเขตตามกฎระเบียบไม่สามารถทำได้ มีความกังวลเพิ่มมากขึ้นว่ากฎระเบียบการใช้ที่ดินเป็นสาเหตุโดยตรงของการแบ่งแยกที่อยู่อาศัยในสหรัฐอเมริกาในปัจจุบัน^{[ 40 ]}

กฎหมายรัฐบาลกลางที่สำคัญสองฉบับซึ่งผ่านการอนุมัติในทศวรรษ 1960 ได้จำกัดการใช้ที่ดินอย่างมีนัยสำคัญ ได้แก่พระราชบัญญัติการอนุรักษ์มรดกทางประวัติศาสตร์แห่งชาติปี 1966 (ปัจจุบันบัญญัติไว้ใน 16 USC 461 et seq.) และพระราชบัญญัตินโยบายสิ่งแวดล้อมแห่งชาติปี 1969 (42 USC 4321 et seq.)