城市生态智慧管理系统的生态系统服务评估功能与应用

开展生态系统服务评估已经成为国土空间功能管治、城市治理、生态产品价值实现等工作中的先行基础动作。生态系统服务的类型和模型方法多,数据需求复杂,传统基于多学科软件开展生态系统服务评估的工作模式知识和技术门槛较高、效率低。当前专业的生态系统服务评估软件多为美国从业人员开发,对我国的数据构成和本地化参数适应性有限。介绍了我国自主开发的生态系统分析软件（城市生态智慧管理系统,IUEMS）的主要功能和应用情况,并将其的生态系统服务评估功能与InVEST、ARIES等国外主流软件在操作逻辑、评估模型、数据取得、空间精度、界面交互五个方面进行了对比。     

基于生态系统服务的城市生态管理分区——以深圳市为例

生态系统服务是人类赖以生存和发展的基础,开展城市生态系统服务评估并对生态管理单元实行分区管控有助于人居环境的改善。针对高度城市化地区生态系统服务的功能特征,采用生态系统服务价值当量测算不同用地类型的生态系统服务价值。研究从生态功能和经济功能2个方面构建生态系统服务指标体系,对2017年深圳市666个社区单元的生态系统服务价值进行评估;运用空间自相关分析方法,依据局部空间自相关的集聚特征叠加产生的组合类型,划分不同社区生态管理单元,并提出生态分区管控策略。研究结果表明：①生态系统服务价值评估便于高度城市化地区城市生态系统服务功能的整体评价。②2017年深圳市生态系统服务价值空间差异明显,呈现东部高、中西部低的空间格局。深圳市生态系统服务总价值约583.96亿元,最高值为大鹏新区的160.25亿元,最低值为福田区的13.24亿元。③将深圳市666个社区单元划分为4类城市生态管理分区,并采用差异化的分区管控措施,表明有效的城市生态管理分区能够兼顾各项生态系统服务功能并实现功能效益的最优化。该研究结果可为区域生态系统服务精细化管理和生态治理差异化管控提供借鉴。     

基于多源数据的城市住区生态宜居性评价——以深圳市为例

作为反映城市生态环境的重要指标,城市生态宜居性受到学术界越来越多的关注。结合遥感与兴趣点（POI）数据生成分类特征,利用文档主题生成模型进行特征重表达,采用随机森林模型提取住区,为后续的生态宜居性评价提供基本单元;随后,依据多源数据生成多个生态宜居性评价指标,使用基于熵权的TOPSIS方法构建生态宜居评价模型,得出每个住区综合得分;以深圳市为实验区对研究提出的方法进行了验证,并对深圳市的住区生态宜居性进行了空间分析。结果表明：（1）机器学习方法与多源数据结合可得到精细的城市功能分区图,总体精度可达82.1%;（2）基于TOPSIS方法构建的生态宜居评价框架能够对住区生态宜居性进行有效量化,综合得分高的住区多为片区绿化率高、空气质量好、建筑密度较小的住宅区,而得分较低的住区主要集中在城中村等生态环境较差的区域,结果符合客观事实;（3）深圳市内的住区及其评价得分呈现出明显的空间分异,南山、福田、罗湖区域的住宅小区较多;宝安、龙华、龙岗区内部同时包含较多的住宅小区与城中村,导致三个区内部各评价单元的得分差异较为明显;因住区数量少、绿地面积大、空气质量高等客观条件,坪山、盐田和大鹏区生态宜居得分情况较好。以上结果展示了研究方法的有效性,可为城市生态宜居建设及城市规划等提供案例参考和数据支撑。     

社会-生态综合视角下海岸带生态监管框架与应用——以深圳为例

海岸带作为海洋与陆地两大生态系统的连接与桥梁，既是国民经济、社会发展的重要区域与战略中心，也是生态环境破坏和污染的热点区域。以往针对海岸带区域开展的城市化对生态环境的影响研究，主要利用30 m空间分辨率的Landsat数据分析城市扩张对自然生态系统的侵占，如自然用地减少、景观异质性降低、填海造陆速度变快等，而针对污染产业、人类活动等引起的河口水质污染、水温异常、自然岸线退化等复杂生态环境问题关注不足，难以满足陆海统筹管理、综合防治的需求。因此，研究围绕海岸带面临的主要问题，面向海岸带生态环境综合管制，构建了“问题识别-格局量化-地面调查-生态监管”的综合框架，通过明确生态环境问题，量化社会-生态格局，开展实地调查，制定生态监管目标和策略。通过融合高分影像、兴趣点、道路等多源异构数据并结合地面调查，准确识别影响生态环境的社会-生态格局因子，实现空间显性的生态监管。进一步以深圳为典型案例，探讨该概念框架的应用，将深圳市海岸带划分为了四类共980个生态监管单元，其中包括153个优先保护单元，主要为分布在海岸带东部的林地，7个生态风险较大的核心管控单元，597个几乎分布在海岸带西部的重点管控单...     

城市复合生态及生态空间管理

城市是一类基于区域水-土-气-生-矿五类生态因子,生产-流通-消费-还原-调控五类生态过程,以及经济-政治-文化-社会-环境五类生态功能,在时间-空间-数量-结构-功序范畴耦合的复合生态系统。阐述了城市复合生态的整合机制、体制、结构、功能的内涵,提出以净化、绿化、活化、美化、进化型安全生态保障目标,生物链-矿物链-服务链-静脉链-智慧链五链合一的循环经济耦合构架,以及污染防治、清洁生产、产业生态、生态社区和生态文明五位一体的和谐社会建设模式为城市生态管理的3个支柱。城市生态管理是对城市涵养、调节、流通、供给和支持五类生态服务功能的调节、修复和建设而不只是保护城市生物。城市生态空间是指城市生态系统结构所占据的物理空间、其代谢所依赖的区域腹地空间,以及其功能所涉及的多维关系空间。通过天津、扬州、淮北、合肥等市复合生态规划与建设的案例,阐述了区域、市域、城域和社区/园区4尺度城市生态空间的管理方略。最后以延庆和北京主城关系的演变探讨了复合生态位势在城市生态管理中的应用。     

雄安新区多尺度生态安全格局构建框架

维持城市所处的生态系统格局与过程,使得城市生存和发展所依赖的关键生态系统服务实现供需平衡是保障城市生态安全的根本要求和基本前提。因此,城市生态安全不仅是城市本身的问题,还涉及到城市所处的流域、区域、国家等多个不同的空间尺度,具体由支撑城市及其发展的关键生态系统服务所涉及的生态过程所决定。对生态安全概念及研究进展进行了梳理和分析,在此基础上,提出了一个城市生态安全保障的生态系统服务研究框架,将维持城市生态安全的关键生态系统服务需求分为3个层次：一是水资源供给、食物生产、水质净化等城市生存所依赖的基础资源与基本环境维持相关的服务,二是土壤保持、水源涵养、防风固沙、固碳释氧、生物多样性等生态系统稳定和可持续性维持相关的生态系统稳定和调节类服务,三是生态休闲、微气候调节、降尘减噪、文化审美等人居环境与文化类服务。进而利用该框架,从不同需求层次分别对雄安新区生态安全保障的生态系统服务需求进行了分析,结合其自然地理特征和新区建设的社会经济发展情景,从新区城市、大清河流域和京津冀区域三个尺度提出了雄安新区生态安全格局构建框架,以及相应的保障对策和建议,包括从多尺度进行生态环境调控和管理,打破行政和地域边界限制;关注各尺度各关键生态系统服务的过程,加强生态环境要素的监测和预警;重视新区在人居环境改善层次的生态系统服务需求等。     

基于因果网络模型的城市生态安全空间分异——以大连市为例

城市生态系统是一个脆弱而不稳定的生态系统,与自然系统相比较具有高能耗物耗、高环境污染、低自然资源储备的特点.同时,其生态安全评价也存在特有的空间特性、非线性和随机性.城市化进程的快速推进引发了众多生态环境问题,而且问题发展日趋严重.生态环境安全在城市中的空间分异现象也日益彰显.分析了PSR、DSR、DPSIR因果链结构模型的利弊,提出了一种新的生态安全评价模型-因果网络模型DPSRC模型,结合地理信息系统空间分析的方法,研究大连市生态系统健康状况,得到如下结论:①根据城市生态系统的复杂性,分析了以往链式模型的弊端,提出了网络分析模型,并且拟定"驱动力-压力-状态-响应-控制"DPSRC模型指标体系,运用模糊层次分析法(Fuzzy AHP)和综合比较法赋权并量化计算;②实地调查、收集了关于城市生态安全的数据资料,并将其数字化建立大连市生态安全指数的矢量网格数据库;③运用地理信息系统空间分析方法,揭示了大连城市生态健康状况和城市生态安全空间分异格局.     

粤港澳大湾区海岸带生态系统保护和修复策略

粤港澳大湾区是我国海岸带高强度开发区域,面临着生态环境质量不高、生态系统受损严重的压力,开展海岸带生态系统保护修复是绿色湾区发展的必然需求。在分析大湾区海岸带基底、生态环境现状及问题的基础上,提出大湾区海岸带生态系统保护修复规划的策略,从以下5个方面构筑粤港澳大湾区海岸带生态系统保护修复规划的体系：一是从陆海污染统筹治理来恢复海域生物生存环境;二是从自然岸线保护、自然保护地体系重构与规范化建设、珍稀濒危物种栖息地保护来加强海岸带生态的保护;三是通过岸线生态修复、典型滨海湿地生态系统（红树林、珊瑚礁、海草床）修复、受损海岛生态修复来构筑生态安全屏障;四是从海堤生态化改造与建设、沿海防护林体系建设和海岸带综合防护工程建设来促进生态减灾协同增效;五是打造智慧海岸带管理服务平台来保障海洋命运共同体健康发展。本研究提出大湾区海岸带生态保护修复策略,期望为大湾区生态建设和环境保护提供参考。     

基于生态系统服务供需的城市群生态安全格局构建框架

近年来,生态系统服务供需失调引发了一系列问题,诸如城市热岛、生态用地流失、环境污染、生物多样性减少等生态风险问题,已成为威胁生态安全、制约社会经济可持续发展的重要因素,因此维持生态系统服务供需平衡是生态安全健康发展的保障和关键。梳理了生态系统服务评价、生态安全格局构建的研究现状,指出了存在的不足,同时构建了基于生态系统服务的城市群生态安全格局基本框架,并提出了生态安全格局未来的研究重点:城市群区域和城市内部生态系统服务的多尺度综合评价、城市功能区的划分及对生态安全的胁迫作用、生态过程与生态系统服务与生态安全的耦合、基于生态系统服务流的生态安全格局构建、模拟和优化。通过耦合社会经济数据、卫星遥感数据、城市地图大数据,评价城市内部和外部不同尺度的生态系统服务,保障城市群生态系统服务流畅通传输,实现城市群生态安全格局评价和优化。     

生态环境大数据面临的机遇与挑战

随着大数据时代的到来和大数据技术的迅猛发展,生态环境大数据的建设和应用已初露端倪。为了全面推进生态环境大数据的建设和应用,综述了生态环境大数据在解决生态环境问题中的机遇和优势,并分析了生态环境大数据在应用中所面临的挑战。总结和概括了大数据的概念与特征,又结合生态环境领域的特点,分析了生态环境大数据的特殊性和复杂性。重点阐述了生态环境大数据在减缓环境污染、生态退化和气候变化中的机遇,主要从数据存储、处理、分析、解释和展示等方面阐述生态环境大数据相较于传统数据的优势,通过这些优势说明生态环境大数据将有助于全面提高生态环境治理的综合决策水平。虽然生态环境大数据的应用前景广阔,但也面临着重重挑战,在数据共享和开放、应用创新、数据管理、技术创新和落地、专业人才培养和资金投入等方面还存在着许多问题和困难。在以上分析的基础上,提出了生态环境大数据未来的发展方向,包括各类生态环境数据的标准化、建设生态环境大数据存储与处理分析平台和推动国内外生态环境大数据平台的对接。     

城市土地利用变化对生态系统服务价值影响的多情景模拟——以深圳市为例

深圳市作为粤港澳大湾区城市化水平最高、经济最为发达区域，其快速变化的土地利用方式对生态系统服务价值产生了深刻影响。基于1995—2015年深圳市土地利用和生态系统服务价值(ESV)变化规律，运用FLUS模型与ESV算法，设定自然发展、城市发展、耕地保护和生态保护4种情景，模拟不同情景下土地利用变化对ESV的影响。结果表明：(1) 1995—2015年转出量最高的地类是草地，草地与林地间存在密切相互转化关系，除建设用地外，其余地类均呈“入不敷出”态势；(2) 1995—2015年ESV总价值的下降趋势由迅猛变化为和缓，调节服务是深圳市最主要的生态系统服务功能，其次则是支持服务功能；(3)秉持粤港澳大湾区建设基本原则，以2035年为目标年，设定了自然发展、城市发展、耕地保护和生态保护四种情景，发现自然发展和城市发展的ESV总价值损失量较高，建筑面积的增加和草地面积的大规模减少成为两情景下生态系统服务价值减少的关键。生态保护情景下，虽然ESV总价值减少趋势并未有效遏制，但减少量明显少于其余三种情景，成为未来深圳市土地利用优化的最优情景。     

Territorial spatial vulnerability assessment based on PSO-BP neural network: A case study in Shenzhen,China

Studies on vulnerability, a fairly new research paradigm inspired by global environmental change, are expanding to support scientific decision-making for developing sustainable, resilient territorial space at the regional level. The goal of this research is to reveal the vulnerability of a human-environment coupled system and its interaction mechanisms amidst a changing environment. This study started with the vulnerability scoping diagram (VSD) conceptual model and built up a research framework of territorial spatial vulnerability according to the three structural elements of ecological protection, agricultural production and urban construction. Following the requirements for intelligent computing, we introduced particle swarm optimization and BP neural network learning algorithms to evaluate the vulnerability of Shenzhen's territory. We also introduced flow cytometry to analyze the mechanism of Shenzhen's territorial spatial vulnerability driven by human and natural forces. The results showed that the territorial spatial vulnerability of Shenzhen was low under various functional orientations. Among them, ecological protection-oriented territorial spatial vulnerability was high in the west and low in the east and followed an inverted U-shaped trend in the north-south direction. Agricultural production-oriented territorial spatial vulnerability was high in the east and low in the west, high in the north and low in the south. Urban construction-oriented territorial spatial vulnerability was high in the west and low in the east, high in the north and low in the south. Under the complex orientation of the gigantic human-environment coupled system, the vulnerability of territory was symmetrical and balanced in the north-south direction and fluctuated with an overall declining trend in the east-west direction. In vulnerability, ecological protection, agricultural production and urban construction systems independently accounted for 35.642%, 38.209%, and 26.149% of the territorial spatial vulnerability, respectively.     

基于景感生态学的生态环境物联网框架构建

更高的城市化率造成新的城市生态环境问题和变化趋势，新理论与新技术也为生态环境监测与管理提供了新方法。景感生态学是以可持续发展为目标，基于生态学的基本原理，从自然要素、物理感知、心理感知、社会经济、过程与风险等相关方面，研究土地利用规划、建设与管理的科学。基于景感生态学理论，开展生态环境物联网的监测网络设计与监测平台构建。首先，从自然要素中的光、热、水、土壤、综合气象等，以及物理感知的视觉、嗅觉、听觉、触觉等作为监测要素并进行特征分析；其次，结合多目标约束和聚类分析约束条件，提出非规则网格最优法进行生态环境监测网络的布设。再其次，重点探讨了联合地面固定监测站、无人船与无人机构建的"陆海空一体化"的生态环境数据采集与监测；其中，在地面构建综合气象与土壤传感器，可监测自然要素的光照、热量、雨量、气压，以及物理感知要素的风速、风向温度、湿度及噪声等；在海洋中，基于无人船搭载的水环境与水质传感器，可监测水体温度、水浑浊度与水污染状况，以及水体总磷与水体质量等；在空中，基于无人机搭载的气体监测仪、多/高光谱传感器与数码相机，可获取不同区域与不同高度的CO₂、SO₂、PM_1.5、PM_2.5、NO、O₃等大气环境状况及粒子溶度与污染物扩散状况。最后，从全方位、多要素的数据获取、有线网络与无线网络相结合的数据传输、数据分类处理、数据智能控制，以及包含实时监测、预报预警、综合分析和平台管理的远程监控平台等五个模块来构建物联网监测平台。构建的生态环境物联网框架可实现生态环境全方位、全天候、多维度的远程实时监测与智能预警预报，为提升城市生态环境监测与管理提供支撑平台，增强了生态环境安全，满足人民日益增长的优美生态环境需要，提高了城市生态环境动态监测和智能管理的效益。     

基于LSMM与MSPA的深圳市绿色景观连通性研究

基于线性光谱混合模型(LSMM,Linear Spectral Mixture Model),引入形态学空间格局分析(MSPA,Morphological Spatial Pattern Analysis)进行城市地域绿色景观连通性评价。根据城市绿色景观特点和MSPA方法中的7种连通性类型的涵义,定义了城市绿色景观连通性功能类型。以深圳市1986年、1995年、2000年、2005年及2010年五期Landsat TM影像为数据源,应用线性光谱混合模型提取植被覆盖率,得到深圳市植被覆盖图。在此基础上,提取出高、全植被覆盖作为目标像元进行MSPA处理,分析植被覆盖状况与绿色景观功能类型的时序总体特征及空间梯度动态。结果表明:深圳市绿色景观破碎程度较高,表现为对结构连通性贡献最小的斑块类型总数最大。城市内部东西部连通性呈现出不同变化的趋势;右侧外圈层的大鹏半岛结构连通性最佳;在同一城市化发展梯度上,东部的样带连通性水平比西部要好。在城市化过程中,深圳市高、全覆被植被像元连通性大小受以下因素的影响:城市化程度,地形因素及区域定位。在同一城市化程度上,地形因素对景观连通性的影响较大。从整体的时间变化和空间梯度动态分析可知,在快速城市化过程中植被覆盖率和连通性功能均下降,而到稳定城市化阶段植被覆盖率和连通性均得到改善。研究表明线性光谱混合模型与形态学空间格局分析相结合可以较好的表征城市绿色景观连通性类型时空分布特征,进而明晰城市化过程与区域内绿色景观数量及连通性动态变化关系。     

景感生态学在煤电基地生态建设与管理中的应用

煤电基地的开发对中国能源利用格局具有深远的影响,是煤炭行业发展的重要方向,但也对生态环境提出了严峻的挑战。在我国煤电基地的生态建设中,基于景观生态学的应用研究较多,缺乏对居民感知、愿景和福祉等方面的联系和研究。以内蒙古锡林郭勒煤电基地为例,在分析因煤电基地的开发建设而导致的生态环境问题基础上,运用景感生态学的理论和方法,从煤电基地的景感营造、景感修复、景感保护监测管理、生态文明的建设共4个方面进行了分析,为煤电基地的生态建设、保护与管理提出了具有建设性的措施和建议。结合生态环境物联网对所选景感指标的监测、谜码数据平台的评价分析及预警系统,对实现煤电基地的生态健康保障、生态服务提升、以及居民愿景和福祉的提高有着重要意义,为实现区域可持续发展的目标提供了有效措施。本研究为煤电基地相关区域的生态建设、保护与管理提供科学依据和有效对策,为后续相关研究打下基础。     

生态系统生产总值核算制度及管理应用——以深圳为例

“两山”理念提升了我国各级各地政府对生态价值的认识和重视，自然资本核算在全球学界研究及应用已进入新的阶段。如何开展常态化的核算与应用，如何将科研分析转化为管理制度，成为该领域新的研究命题。深圳积极响应中央政府要求，开展生态系统服务价值核算，服务生态治理，在全国（乃至全球）率先制定了第一个政府生态系统生产总值（GEP）核算制度体系。介绍了深圳GEP核算制度体系的建设过程，描述了深圳GEP核算的主要特点，以及"十三五"期间（2016-2020年）深圳GEP试算的结果，讨论了深圳GEP在城市治理方面的应用路径。     

大数据在生态环境领域的应用进展与展望

随着互联网和移动通讯技术的发展,生态环境领域从信息采集到加工处理也进入信息化和数字化时代,数据量呈现爆发式增长,生态环境大数据受到越来越多的关注.生态环境大数据是在对生态环境要素“空天地一体化”连续观测的基础上,集成海量的多源多尺度信息,借助云计算、人工智能及模型模拟等大数据分析技术,实现生态环境大数据的集成分析和信息挖掘.生态环境大数据存在数据来源多样、涉及部门广;数据采集方式不统一;服务对象众多、对专业化服务要求高等特点.大数据已在生态环境领域得到了初步应用,如在全球气候变化预测、生态网络观测与模拟和区域大气污染治理等方面作用明显.目前我国生态环境大数据的发展还存在诸多问题,包括数据共享难、监测技术落后、传感器等监测设备严重依赖进口、数据集成和深度分析能力不足等.随着大数据技术的进步,未来大数据在解决生态环境健康问题、提高重大生态环境风险预警预报水平、提高生态环境领域科学研究水平等方面都将发挥巨大作用.大数据将最终实现生态环境管理决策定量化、精细化,生态环境信息服务多样化、专业化和智能化,为中国社会经济可持续发展和生态文明建设提供技术保障.     

基于生态系统服务供需的景感尺度特征分析和应用

自然生态系统与人类感知的交互作用是景感生态学关注的焦点，与生态系统服务的供需紧密关联。生态系统、生态过程、生态系统服务以及人的需求均具有一定的时空尺度特征，因此，由这些过程产生的"景感"也具有时空尺度特征，并依赖于这个过程的尺度特征相互作用。梳理生态系统服务供需关系与景感营造规划的尺度特征，探索二者相互联系，进而提出基于景感生态学理论，通过景感营造实现生态系统服务供需平衡的多尺度实现路径。从空间维度，体现从"社区-城市-流域-区域"的多尺度景感规划框架，从应用维度，体现从生态系统服务需求探索-关键指标体系识别-多源谜码数据感知-景感营造与规划设计的具体流程。通过多尺度的联合景感营造，调整自然供给水平与人类不同尺度的生态系统服务需求以期达到平衡，从而实现人类生存环境福利与居民福祉提升的目标。在此基础上，结合雄安新区规划建设实例，从多尺度景感营造的角度为城市绿色生态建设与可持续发展提出优化建议。主要结论：（1）基于"社区-城市-流域-区域"的多尺度景感分析框架，将景感要素与生态系统服务供需思想融入城市规划，在不同尺度上趋善优化，对于实现可持续发展城市规划和管理具有重要指示意义；（2）雄安新区规划设计需更系统和细致地考虑人类感知需求，通过多尺度景感营造设计，共同实现雄安新区的可持续发展与人居环境提升。其中，在社区尺度，需重点关注社区植被配置和居民的休闲游憩；在新区尺度重点关注绿地系统网络构建；在大清河流域尺度重点关注河流健康与水文调节；在京津冀区域尺度需注重山体通风廊道与生态屏障的构建与优化。