住区形态变迁与居民通勤能源消费的关系

快速城市化和城市扩张引发了住区形态的变迁,但形态变迁与居民通勤能源消费关系还不明确,如何通过城市的可持续公共管理政策来控制城市住区形态变迁过程下通勤能源消费及其温室气体排放有着重要意义.以厦门为例,通过土地利用与交通耦合模型TRANUS的情景分析研究了住区形态的变迁对人口、工作以及土地消费空间分布的影响,进而分析了不同情景下通勤能源消费和温室气体排放的水平.结果表明: 基准情景下交通出行早高峰能源消费总量为54.35 tce,CO₂排放为119.12 t;住区形态变迁情景下,通勤能耗和CO₂排放同比基准情景均增加12%;通过适当的土地利用、交通和经济政策的实施,通勤能源消费与CO₂排放同比基准情景减少7%,说明城市公共政策能够有效地控制住区形态变迁背景下通勤能源消费和温室气体排放的增长.     

基于系统动力学的城市住区形态变迁对城市代谢效率的影响

改革开放以来我国的城市化率急速提高,城市住区形态变迁呈现出大规模、翻新频率快和多样化的特点。研究不同城市住区形态变迁前后的代谢效率变化,对我国的可持续人居环境构建有着重大的意义。运用功能分类法设计了城市代谢系统分类框架作为构建城市代谢系统动力学模型的基础,继而通过对住区与住区形态的文献调研与形态分析,将典型住区类型分为旧式住区、传统单位住区、普通商品房住区、新式商品房住区与半城市化住区。选择厦门市为研究区域,采用调查问卷进行了数据收集,并用能值分析法计算出不同住区类型的代谢效率,随后用Vensim软件构建了住区形态变迁对城市代谢效率影响的系统动力学模型。通过情景模拟后发现:住区形态的更迭过程基本上都会带来福利效率的提升,但在很多情况下会给城市整体物质代谢效率带来负面影响,交通效率与住房效率的下滑是最主要的原因。旧式住区向半城市化住区转变是仅有一个城市整体物质代谢效率提高的情景。半城市化住区和普通商品房住区向新式商品房住区转变的情景下,城市整体物质代谢效率的下降幅度与福利效率的增长幅度都较为适中。     

不同情景下河谷型城市建设用地扩张的景观生态格局响应——以兰州市为例

以河谷盆地发育的兰州市主城区为例,利用研究区1995年、2005年和2015年3期的土地利用现状数据,分析建设用地扩张的时空特征并提取相应知识规则,集成Markov模型与CLUE-S模型,模拟2025年3种不同情景下建设用地增长与空间布局,并通过景观学原理分析其景观生态格局响应特征。结果表明:1995—2015年,建设用地扩张以城区各组团的内部填充为主、外部扩展为辅,受地形与政策影响明显; 2015—2025年,建设用地需求量仍持续增长,增长率基准情景综合发展情景生态保护情景,扩张范围主要在城关的黄河北部沿岸、安宁的城区北部和七里河的城区南部边缘;基准与综合发展情景景观斑块形状简单、脆弱性加强、格局不稳定,生态保护情景下建设用地扩张速度得到有效控制,形成斑块组分合理、多样性好且分布均匀的景观格局。     

晋北地区土地利用覆被格局的演变与模拟

区域土地利用覆被变化及未来发展情景对区域土地管理和可持续发展具有重要意义。以地处农牧交错带、土地利用覆被变化剧烈的晋北地区为研究区,获取其2010、2015年的土地利用覆被(Land use/land cover,LULC)数据,选取高程、人口、经济、气温、降水等9种影响因素作为驱动因子,采用CLUE-S模型拟合研究区2015年的土地覆被格局并判断拟合精度,在此基础上,分别设置了3种社会经济发展情景,模拟这些情景下研究区2020年的土地利用覆被格局演变。结果表明:1)晋北地区土地利用覆被以耕地、林地和草地为主,各类型土地主要呈西北斜向的条带状分布;2)Logistic回归模型可以很好地提取LULC与驱动因子之间的关系,反映不同的驱动因素对不同的土地利用类型分布格局的影响效果及程度;3)CLUE-S模型在晋北地区土地利用覆被格局的拟合上有较好的精度,模拟Kappa系数值达0.89,表明该模型能够很好地模拟晋北地区的土地利用覆被;4)情景模拟结果表明,研究区生态保护情景(c)下的土地利用覆被格局明显优于维持现状情景(a)和经济优先情景(b),建议在未来土地开发利用过程中,应当减缓工矿用地增加速度,严格控制建设用地规模,优化土地利用格局。     

“多目标”需求下扬州市土地利用布局优化

建模和情景分析是土地利用变化研究的核心内容，面对城市化进程中日益严峻的生态环境以及粮食安全问题，开展不同约束条件下的土地利用模拟研究对于科学规划和政策制定具有重要意义。以国家级生态示范市扬州市为例，构建耦合景观生态安全格局的CLUE-S模型，结合地类间转变速率调整，模拟预测规划目标年（2030年）不同情景下的用地结构和布局。研究发现：①研究区低、中、高安全水平下生态用地面积比例分别为20.68%、36.50%和48.81%；②现状发展情景下，城镇及工矿用地量增加明显，用地在原有基础上沿外围呈紧凑连续型扩散，耕地、园林地锐减且分布呈现更加破碎化的状态；③耕地保护情景下耕地和园林地分布趋于连片和集中，城镇及工矿用地和交通运输用地对于耕地和生态用地的侵占速率降低；④生态涵养情景下园林地面积略有增加，城镇及工矿用地在原有基础上扩张速度减缓，粮食安全和生态安全基本实现。     

太湖流域建设用地与耕地景观时空演变及驱动力

以2000、2010及2015年的土地利用数据集为数据源,利用格网化、景观梯度、Logistic回归模型及CLUE-S模型研究方法,对太湖流域建设用地与耕地景观时空演变特征及驱动机制进行分析。研究结果表明:2000—2015年间流域内建设用地景观面积增加与耕地景观面积缩减趋势明显,高建设用地景观梯度区主要集中在沪宁线沿途城市地区,并逐渐向周边扩展,尤其是苏州市、无锡市、常州市、上海市以及杭州市周边地区,动态变化程度最为显著,原有大城市中心以及西部和西南部丘陵地区,动态变化幅度相对较小。两种景观类型的变化深受自然环境与社会经济因素的影响,且后者为主要驱动因素。结合CLUE-S模型模拟,不同情境下2030年两种景观类型时空演变存在显著差异,自然发展情景下高景观梯度值区间的建设用地面积最大;生态保护情景下,建设用地增幅明显降低,但耕地仍大幅缩减,多转为生态用地;而耕地保护情景下高景观梯度值区间的耕地面积最大。研究揭示了流域内耕地被建设用地占用过程的空间规律性,从而为太湖流域土地管理决策及城市规划建设提供依据,对解决流域内经济建设与用地矛盾提供一定的借鉴与参考。     

空间形态受限型城市紧凑发展研究——以厦门岛为例

土地资源缺乏决定了空间形态受限型城市急需转变现有城市发展模式。城市中心区内建设用地集中分布、城市功能混合配置的紧凑发展模式符合空间形态受限型城市需求。近似圆形的城市形态和海陆隔离的特征让厦门岛成为典型的空间形态受限型城市,为城市紧凑发展理论在空间形态受限型城市扩张中的适用性研究提供了天然场地。选取厦门岛南北向的厦禾路—嘉禾路和东西向的湖滨北路—吕岭路两条城市发展轴作为样带,从南到北、从西到东分别划分10个样方,采用class水平的CA和PLAND指数分析旧城区及城市扩张方向上的景观格局特征,以空间饱和度和功能单一度表征城市发展紧凑程度。结果显示65%的样方空间饱和度较高,但城市功能主要单一化,大部分样方以居住功能为主,公共服务功能和商业服务功能比例较小甚至缺失;在城市向北、向东的扩张过程中,厦门岛建成区的城市用地利用强度降低,空间饱和度下降,城市功能虽有所增加和转变的趋势,但综合配置水平较低,厦门岛还未形成紧凑发展。最后提出厦门岛向紧凑城市发展的6条建议。     

基于Markov-FLUS模型的饶河流域土地利用多情景模拟分析

流域在不同发展目标定位下的土地利用需求有所不同,科学合理调控土地利用变化是实现流域土地资源高效利用、生态-社会-经济协调发展的重要基石。以饶河流域为例,基于Markov-FLUS耦合模型综合考虑自然人为两方面,选取12类驱动因子,以2005年土地利用数据为初始值,利用2010、2015年实际土地利用类型数据进行验证改正模型,结合惯性发展、耕地保护、生态优先等情景设置,对2035年饶河流域土地利用进行模拟分析,以满足流域不同发展目标导向下的国土空间优化配置。研究结果表明：(1)该模型在饶河流域的适用性较强,模型总体精度达到98.01%,Kappa系数为0.9627,大于0.80,为今后该区域的土地利用模拟提供了方法借鉴。(2) 3种情景设置基本满足饶河流域不同发展诉求,针对不同发展目标,流域土地利用结构变化明显,其中耕地、建设用地变化显著。(3)惯性发展情景、耕地保护情景、生态优先情景下,建设用地扩张趋势分别为39%、16%、12%,表明落实耕地保护、生态优先政策需要加强约束建设用地扩张,进一步调整用地结构以提高土地利用效率。综上所述,基于Markov-FLUS模型对饶河流域土地利用进行...     

CLUE-S模型在南京市土地利用变化研究中的应用

土地利用/覆盖变化模型是研究区域景观动态并解释其驱动机制的重要技术手段.应用CLUE-S模型,在Landsat TM影像等相关数据支持下,对南京地区1998-2006年土地利用的时空动态变化进行了研究.结果表明:各土地利用类型变化受地形因素影响最大,人均GDP与城镇用地和农业用地的分布呈显著相关,城乡主干道对土地利用变化的贡献显著大于省级及以上道路;海拔较高区域林地的发生比率较高,而地形低平区域农田、城建用地的发生比率较高.经检验,在300 m空间分辨率水平,对南京地区2003年、2006年土地利用状况模拟的精度分别达到了85.7%和84.1%;而通过将研究区分成若干子区,分别修正模型参数并重新模拟,准确率提高到89.7%和88.3%,分区赋值法有效地提高了模拟精度.研究表明,CLUE-S模型对城市发展的空间结构也有较强的预测能力,对指导城市规划、分析景观动态的驱动机制有重要参考价值.     

太湖流域景观空间格局动态演变

基于2000、2010和2015年的土地利用数据集,利用景观格局指数、动态变化模型、景观转移矩阵及CLUE-S模型预测的研究方法,对太湖流域景观空间格局动态演变进行分析.结果表明: 2000—2015年间,流域景观类型始终以耕地、建设用地为主,景观破碎化程度加强,分布呈现均匀趋势.从动态转移变化来看,耕地和建设用地变化显著,分别以2.1%和8.4%的速度减少和增加了6761和6615.33 km²;由景观转移可见,耕地减少部分主要转变为建设用地,有7866.30 km²的耕地转变成建设用地,占耕地变化量的91.6%,对建设用地增加的贡献率达到96.5%.各县市的耕地、建设用地变化趋势与整个太湖流域相同,其中,上海市中心城区、浦东新区、临安市、宝山区、闵行区、嘉定区和常州市的耕地和建设用地面积变化尤为突出.结合总量变化与CLUE-S模型模拟2030年景观格局动态演变表明,自然发展情景下耕地和建设用地的变化幅度最大;在生态保护情景下草地面积猛增,动态度达到54.5%;在耕地保护情景下耕地和建设用地的变化幅度骤减.     

基于CLUE-S和InVEST模型的南四湖流域生态系统产水功能对土地利用变化的响应

土地利用/覆被变化对水文过程与水资源利用具有重要影响,是流域生态系统产水功能的驱动力之一.以山东省南四湖流域为研究对象,分析1990—2013年土地利用变化,运用CLUE-S模型预测未来土地利用变化趋势,并基于土地利用变化格局,采用InVEST模型的产水模块和空间制图探讨了近25年、未来城市化增长情景以及流域生态保护管理情景下土地利用变化对产水功能的影响.结果表明: 近25年来,随着南四湖流域城市化进程的加快,城市建设用地增加3.5%,耕地面积减少2.4%,城市用地的增加主要来源于耕地转换;InVEST模型模拟显示,城市建设用地的增加会促进产水,由此引起产水功能在过去25年中先降低后升高,2013年最高达到232.1 mm;CLUE-S模型模拟预测现状增长情景下土地利用变化,按照城市化快速发展的速度,城市建设用地将增加6.7%,由此导致2030年产水量显著增长,流域洪水风险亦会相应升高;湖区周围300 m缓冲区实施退耕还林情景模拟表明,这一生态措施会明显降低流域产水量,较2013年减少1.2%.     

基于FLUS与InVEST模型的北京市生态系统碳储量时空演变与预测

城市地区虽然只占世界陆地面积的2%,却产生了全球约75%的碳排放,而科学合理的土地利用和管理方式可以重新固定大约60%-70%已耗损的碳。因此基于土地利用类型核算碳储量并探究城市土地利用变化其对碳储量的影响,能够揭示碳储量时空变化规律,为双碳目标下国土空间规划提供科学依据。基于1990-2018年北京市土地利用数据,利用InVEST模型测算1990-2018年北京市碳储量变化,再利用FLUS模型,分别测算自然演变情景、人口疏解城市发展情景、绿色集约生态保护情景3个城市发展情景下的土地利用变化,接着采用InVEST模型预测2035年3种情景下的碳储量变化,最后借助空间自相关模型对其进行分区管理研究,并基于此提出北京市未来城市发展与低碳城市建设规划建议。基于研究得出以下结果：（1）2000-2010年是碳流失较严重时期,碳储量下降了4.3%,而2010年后碳流失相对缓和,且在2015年后得到明显改善,2010年至2018年碳储量提升了3.5%。（2）除自然演变情景外,两种情景下的未来碳储量预测值均会进一步增加,且绿色集约生态保护情景的碳储量预测值最高,为16.39×10⁶ t,比最低的自然演变情景高出7.5×10⁵ t。（3）局部空间自相关分析结果显示,3种情景下的碳储量值在空间分布上具有相似性,碳储量高值区域在城市北部、西北部及西部区域出现集聚,低值区域则在中心城区聚集。     

厦门市地面沉降影响分析与风险评价

城市的地面沉降一直以来都是沿海城市密切关注的问题。在沿海城市对高层建筑群诱发的地面沉降进行深入研究具有重要意义。获取地面沉降监测点的高程信息,分析了厦门市地面沉降情况与空间差异性。重点探讨建设用地、建筑容积率与土地利用转化信息这3种因素对厦门市地面沉降的影响,并对厦门岛地面沉降风险进行评估,可为厦门岛的高层建筑三维空间布局与优化研究提供先验知识。结果表明:(1)在2001—2015年厦门市整体的高程存在下降的趋势且较为缓慢,同时厦门市的城市建设规模不断变大且建设面积增速不断增大,与厦门市的城市地面的沉降发展趋势相同。(2)厦门市的高层建筑密度需达到一定程度才对地面沉降有影响,厦门岛的建筑容积率与地面沉降没有存在显著的相关性。(3)在不同土地利用转化建设用地对地面沉降的影响中:原水域用地沉降最为明显,建成时间越长,总沉降量越大;原耕地用地转化成高层建筑之后沉降有明显发生,也随着建成时间的延长有逐渐增加沉降量的态势;原园地、林地用地沉降只在少部分地区发生且与建成时间无明显差别。(4)厦门岛可用于城市建设区域中的53.34%是地面沉降中风险等级以上的。此外,本研究给出防御防治城市地面沉降风险的有效建议与措施。本研究结果可为厦门市城市化进程中的地面沉降监测、规划设计与决策等提供重要的数据支撑,为城市可持续发展提供科学的依据;也可为国内外其他城市的地面沉降监测分析和可持续发展研究提供理论依据和借鉴意义。     

闽三角城市群碳达峰的多情景模拟分析

碳达峰、碳中和是应对气候变化的关键手段。在闽三角碳排放核算的基础上，运用STIRPAT模型建立了碳排放与人口规模、城镇化率、人均GDP、能源强度和产业结构间的函数关系。结合情景分析法，模拟上述因素在不同变化速率下的目标值，对2021-2050年的碳排放及碳排放强度进行了预测，为闽三角碳达峰提供时间和技术路径参考。此外，还引入人均GDP二次方指标，验证EKC假说的存在性。结论如下：（1）能源强度是闽三角碳排放的负向因素，其他因素均为正向因素。产业结构和人均GDP分别对闽三角碳排放有最大和最小的影响。（2）人均GDP的二次方与碳排放间的系数为正，表明碳排放和人均GDP间不存在倒"U"型曲线关系。闽三角碳排放和人均GDP间的关系不符合EKC假说的描述。（3）基准情景下，闽三角碳排放和碳排放强度持续增加，碳排放不能达峰。厦门的碳排放强度将持续下降。低碳情景下，厦门最可能在2020年实现达峰目标。低发展、中减排情景下，闽三角在2030年实现碳达峰，碳排放最大值为0.57亿t。（4）所有情景下，闽三角都未实现2030年碳排放强度比2005年下降60%-65%的目标。基于上述结论，为闽三角碳达峰提供如下意见：（1）优化产业结构。漳州和泉州既需要升级生产技术又需要淘汰高能耗高排放产业，发展高端制造和智能制造等；（2）优化能源消费结构。"十四五"期间重点建设漳州核电、厦门水电、泉州热能等可再生能源工程。加快特高压电网的建设，减少化石能源的消耗；（3）尽快制定厦门的碳达峰计划，引领闽三角碳达峰行动。     

基于效率视角的浙江省2030年碳排放配额分析

测算浙江省1995—2015年的碳排放总量,构建STIRPAT模型,通过岭回归分析各影响因素对碳排放总量的影响,结合情景分析法对浙江省2030年的碳排放总量进行预测,最后以情景预测值为总量限定在效率视角下进行碳配额并分析各市剩余碳排放空间。结果表明:(1)人口总量、人口城市化率、人均GDP和煤类能源占比对碳排放总量起促进作用,人口总量、人口城市化率、人均GDP和煤类能源占比每增加1%,浙江省的碳排放总量会分别增加3.578%、0.588%、0.295%和1.310%;(2)保持经济和城市化高速发展的同时,大力实施产业结构调整和节能减排的情景3最符合现实发展要求,情景3下,浙江省碳排放总量在2030年将达到47902.57万吨;(3)ZSG-DEA模型的碳配额结果显示,2030年宁波市碳配额最多,其次为杭州市,丽水市碳配额最少。从绝对剩余碳排放空间看,宁波市剩余碳排放空间最大,其次为杭州市,舟山市剩余碳排放空间最小。从相对剩余碳排放空间看,丽水市相对剩余碳排放空间最大,其次为绍兴市,舟山市需在2015年碳排放总量的基础上减排9.47%。     

低碳发展背景下北京市土地利用与生态系统服务多情景模拟研究

在全球气候变化的背景下,合理协调低碳减排与经济效益之间的关系,进而指导土地利用优化配置,对于推动经济社会低碳转型与生态系统服务价值的提升具有重要意义。通过耦合多目标规划(MOP)与斑块生成土地利用模拟模型(PLUS),针对北京市构建了自然演变、经济优先与低碳发展这3种未来发展情景,并对不同情景下2030年土地利用与生态系统服务价值进行模拟评估。在此基础上,进一步对北京市未来生态系统服务提升区域进行识别,将传统的多情景土地利用模拟研究进行了延伸与扩展。结果表明：(1)3种情景下的土地利用结构与空间布局存在差异,低碳发展情景下东南部平原区建设用地的扩张与耕地面积的减少趋势得到了有效控制,西北部山区的林地面积有较大幅度的增长。(2)低碳发展情景下的生态系统服务价值总量约为590亿元,高于另外两种情景,且从空间分布上来看,该情景下服务价值提升区域的面积也显著高于其他情景。(3)低碳发展情景下,北京市生态系统服务提升潜力较大的区域面积占比约7.98%、潜力中等区域的面积占比约26.57%,潜力较低区域的面积占比约65.45%。     

海湾型城市生态系统服务权衡的情景模拟——以福建省泉州市为例

海湾型城市拥有丰富的海陆资源和较大的环境承载力,但人口和产业环绕海湾高密度聚集也让海湾型城市成为典型的生态环境脆弱区.本研究以典型的海湾型城市泉州市为例,基于土地利用数据、气象站点数据、地形数据和统计数据等多源数据,运用Logistic-CA-Markov耦合模型,设置自然情景、规划情景和保护情景,模拟了2030年3种不同情景下泉州市的土地利用及景观格局的变化,并进一步预测和估算了保水、保土、固碳(净初级生产力)和食物供给4种关键的生态系统服务功能及权衡关系.结果表明: 3种情景之下,2030年泉州市的耕地和建设用地面积增加,林地、草地和水体面积有不同程度减少,土地利用的破碎化程度加剧.与2015年相比,除保土服务功能外,泉州市2030年的保水、固碳和食物供给服务功能都出现了不同程度的下降;自然情景下生态系统服务功能的降幅更大,保护情景下的降幅低于规划情景.在保护情景和规划情景下,2030年的保水服务与保土服务、保水服务与固碳服务、保土服务与固碳服务的协同关系均增强,权衡关系减弱.     

基于NFA计算方法的厦门市生态足迹分析

运用国家生态足迹账户(NFA)计算方法(2010版),计算并分析2000～2009年厦门市的生态足迹和生态承载力,旨在展示国外生态足迹计算方法研究最新进展,更准确地揭示近年厦门市生态足迹和生态承载力状况。结果表明:2000～2009年厦门市人均生态足迹由1.686 9 gha快速增长至3.245 2 gha;人均生态承载力由0.317 2 gha持续下降为0.268 5 gha;生态赤字持续快速扩大,支撑经济发展由需要5.32个厦门变为需要12.09个厦门的生态承载力;碳吸收地在生态足迹结构中始终占据第一位且呈快速扩大趋势,是厦门市生态赤字的主导因素;生态效率呈持续增长趋势,但目前厦门市生态效率还远低于主要发达国家。     

城市能源利用碳足迹分析——以厦门市为例

城市能源利用碳足迹分析综合考虑直接与间接碳排放,对于深度分析碳排放的本质过程、制定科学全面的碳减排计划具有重要意义。以厦门市为研究案例,应用碳足迹的混合分析方法,对厦门市2009年能源利用碳足迹进行了分析,除了包括传统研究中的城市能源终端利用产生的直接碳排放,还计算了跨界交通和城市主要消耗物质的内含能引起的间接碳排放。研究结果表明:(1)城市边界内的工业、交通、商业等部门的能源消耗产生的直接碳排放(即层次1和层次2)只占到总碳足迹的64%,而一直被忽略的跨界交通和城市主要消耗物质的内含能引起的间接碳排放(层次3)占到36%;(2)在直接碳排放中,工业部门的碳排放贡献率最大,占到直接碳排放的55%,其中化工行业带来的碳排放占到工业部门的25%;(3)在间接碳排放中,跨界交通引起的碳排放占间接碳排放的27%,其中长途道路运输贡献率最大,占跨界交通碳排放的38%;主要材料内含能碳排放占间接碳排的73%,其中燃料的内含能碳排放占总内含能的份额最大,达51%。;(4)从人均碳足迹角度比较,厦门市人均碳足迹和丹佛市的人均直接碳排(层次1+层次2)分别为5.74 t CO2e/人、18.9 t CO2e/人,包含3个层次的人均碳足迹分别为9.01 tCO2e/人、25.3 t CO2e/人,其中跨界交通引起的碳排放均占总碳足迹的10%左右,主要材料的内含能引起的碳排放分别占到总碳足迹的26%、15%;通过国内外典型城市不同层次碳足迹比较可见厦门还是相对低碳的,但有个显著的特点是主要消耗物质的内含碳排放比例较高,这在一定程度上说明了发展中国家城市消耗更多的基础材料,进一步证明了传统核算中忽略的第3层次碳排放核算与管理的重要性。