基于Google Earth Engine的长三角城市群生态环境变化与城市化特征分析

作为城市发展的最高空间组织形式，城市群在高速城市化进程中将不可避免的对地区生态环境产生胁迫影响。如何平衡生态环境和城市化发展已经成为了值得关注的问题。以长三角城市群为例，基于Google Earth Engine云平台，通过整合日间光学遥感和夜间灯光遥感数据对生态环境状况、城市化强度以及二者在发展过程中的耦合协调特征开展了长时间序列的对比分析。结果表明：1）长三角城市群在过去近20年间的遥感生态环境指数（Remote Sensing-based Ecological Index，RSEI）稳定上升，生态环境呈现出好转的态势，但地区间的差异依旧显著；2）综合灯光指数（Comprehensive Nighttime Light Index，CNLI）能够较为准确的刻画城市群的城市化水平，研究期间内长三角城市群形成了"层次分明"、"由东向西"逐步推进的多层次的城市化格局，其中高强度城市化城市集中在上海市及其周边的无锡、苏州和嘉兴，低强度城市化城市则分布在城市群西部；3）基于CNLI和RSEI指数构建的耦合协调距离模型能够有效的识别出城市群内部城市化与生态环境的耦合协调程度，并根据象限特征将城市群城市划分为良好协调类型、初级协调类型、城市化滞后型和生态环境滞后型城市。     

贵阳市城市化与生态环境耦合研究

随着中国西部地区城市化的快速推进, 生态脆弱城市的环境问题日益引起国内学者的重视。通过构建贵阳市城市化与生态环境指标体系, 以综合指数评价模型为基础分析贵阳市城市化与生态环境发展趋势, 并利用协调发展度模型揭示贵阳市城市化与生态环境耦合协调的演化轨迹。结果表明, 贵阳市城市化综合指数与生态环境综合指数总体上呈上升趋势, 两大系统的发展均依赖于各子系统的共同进步, 不同子系统与指标对综合评价体系具有不同的作用;协调度的演变明显表现为不同的两个阶段, 而协调发展度演变表现为线形的上升趋势, 由严重不协调阶段逐渐步入高级协调阶段。只有两大系统共同发展, 二者的耦合关系才会逐渐增强。     

吉林省城镇化与生态环境协调发展的时空演变特征

构建城镇化与生态环境评价体系,评价2000—2012年吉林省城镇化和生态环境综合发展水平及两者耦合协调度.结果表明: 研究期间,吉林省城镇化综合水平呈持续增长态势,其中,经济城镇化贡献份额最大;生态环境综合水平呈波动上升趋势,国家实施振兴东北战略以来生态环境状态、响应、压力都增长较快;耦合协调度呈持续增长趋势,从基本不协调发展为高级协调,由城镇化滞后型转化为生态环境滞后型.中部地区城镇化水平较高,东西部地区生态环境水平高于中部地区,长春市城镇化与生态环境耦合协调度最高,白山市最低;2000—2012年,长吉地区耦合协调度在全省一直处于领先水平,但生态环境滞后水平越来越严重,四平、辽源、松原3市和延边朝鲜族自治州的耦合协调度呈上升趋势,白城市呈现下降趋势.     

辽中南城市群城市化及生态效应

20世纪90年代以来,我国进入快速城市化阶段,城市化引发的一系列环境问题不容忽视。本研究基于1995—2020年夜光遥感数据和土地利用数据,提取灯光指数测度辽中南城市群城市化水平,借助InVEST模型评价生境质量,并使用相关性分析方法和地理加权回归模型探讨辽中南城市群城市化水平与生境质量的关系。结果表明: 灯光指数在1995—2020年间增加了0.14,城市化水平不断提高,且呈现东低西高的格局;生境质量下降0.005,呈东高西低的格局,生态环境变差;辽中南城市群城市化水平与生境质量呈现显著的空间负相关关系,且城市化水平对生境质量的负面影响逐渐减少。为了缓解城市化带来的生境退化,实现区域社会经济协调可持续发展,迫切需要采取一系列措施,如:划定生态保护红线、提高土地集约利用度、划定城镇边界、促进区域一体化协调发展等。     

基于耦合协调度模型的黄土高原生态环境质量测度及预测

生态环境质量评价作为生态文明建设的基本依据,对于积极适应气候变化、合理开发及保护生态环境等具有重大意义。本文以生态环境脆弱的黄土高原为研究区,基于植被覆盖度、地形位指数、人口密度等数据反演资源环境承载力,以MODIS数据和土地利用数据表征生态弹性限度,分析2000—2020年研究区资源环境承载力与生态弹性限度的演变特征,利用耦合协调度模型综合表征区域生态环境,通过标准差椭圆方法探究协调度的重心变化及转移路径,并在此基础上利用粒子群优化的Elman神经网络对生态环境的未来趋势进行预测。结果表明：2000年以来黄土高原资源环境承载力呈现东南高、西北低的分布格局,呈指数缓慢上升趋势(0.0625 a^-1),生态弹性限度与该区域土地利用格局呈高度一致,指数波动上升但整体水平低;黄土高原生态环境耦合协调度从轻微失调阶段转变为初级协调阶段;黄土高原生态环境协调发展度的重心向东南偏移,且呈现东北-西南方向向心聚集,西北-东南方向空间发散的趋势;预测发现,2030年各市(自治州)资源环境承载力-生态弹性限度系统耦合协调度将稳步上升,这表明未来黄土高原的生态环境质量将逐步趋于协调,...     

京津冀地区城市化与生态环境交互耦合关系定量测度

城市化与生态环境之间客观上存在着极其复杂的交互耦合关系,如何实现城市化与生态环境协调发展将是世界经济社会发展的核心议题,也是近年来国内外研究的热点命题。首先构建了城市化和生态环境系统综合评价指标体系,然后借助物理学耦合模型,构建了城市化与生态环境动态耦合协调度模型,定量分析了1980—2011年京津冀地区城市化与生态环境的耦合过程与演进趋势。结果表明:人口城市化和生态压力分别对城市化子系统与生态环境子系统的贡献份额最大,明显高于其他因素;在耦合协调度测算模型中,城市化子系统与生态环境子系统3种不同贡献份额所得出的耦合协调度的变化趋势是一致的,表明耦合协调度模型受城市化与生态环境子系统贡献份额比例的影响很小;1980年以来京津冀地区的城市化与生态环境耦合协调度呈现出S型曲线变化,协调类型从严重不协调-城市化受阻发展到高级协调-生态环境滞后类型;正确认识城市化与生态环境交互胁迫的时空动态耦合规律,采取恰当的区域发展政策和适当的城市发展战略,对进一步加快区域城市化进程,改善生态环境,实现京津冀地区城市化与生态环境的协调和可持续发展具有重要的指导意义。     

治沟造地背景下延安市农业生态经济系统耦合发展分析

治沟造地是继退耕还林工程后延安市实施的又一项重大生态环境治理工程。研究治沟造地工程背景下延安市农业生态经济系统耦合关系的发展变化,对科学评价治沟造地工程生态经济效益和黄土高原地区农业生态经济协调与可持续发展具有重要意义。本研究通过构建农业生态经济系统耦合协调度模型和耦合度模型,定量分析了2010—2018年延安市农业生态与农业经济系统的综合评价指数变化、耦合协调状态及耦合度演变趋势。结果表明: 2010—2018年间,延安市农业生态系统综合评价指数和农业经济系统综合评价指数均呈现S型增长曲线,两者变化趋势较为一致;农业生态经济系统耦合协调度指数由0.51增长至0.72,耦合协调状态由初级协调水平发展为良好协调水平,说明该区域农业生态与经济关系不断改善,系统耦合关系向相互协调的方向发展;研究期间,延安市农业生态经济系统耦合演变过程较为复杂,系统耦合趋势经历了“衰退耦合、协调耦合、修复耦合、协调耦合”阶段,2018年耦合关系处于经济快速增长的协调发展阶段。治沟造地工程促进了农业生态经济系统的耦合协调发展,但其生态经济效益具有一定的滞后性。     

城市化与生态环境协调发展的动态耦合模型及其在干旱区的应用

在分析城市化进程与生态环境状况之间交互胁迫、动态演进关系的基础上,借助于系统科学理论建立了城市化与生态环境协调发展的动态耦合模型。认为整个城市化过程就是城市化的各个层面与生态环境的综合协调、交互胁迫的耦合发展过程。在这一过程中,城市化与生态环境协调发展系统的演化周期将经历低级协调共生、协调发展、极限发展和螺旋式上升4个阶段,城市化与生态环境协调发展耦合过程的实质,就是系统各要素相互作用、相互制约,由低级协调共生向高级协调发展的螺旋式上升的过程。以河西走廊为例,对干旱区城市化与生态环境协调发展的动态耦合规律进行了实证分析,认为1985~2003年间,河西走廊城市化水平不断提高,生态环境状况曲折下降,生态环境对城市化的响应较为明显,但相对于城市化进程,生态环境的响应又有一定的滞后性。目前河西走廊处于城市化与生态环境的协调发展阶段,然而协调耦合度的增长很快,整个协调发展系统即将进入极限发展阶段,生态环境危机正在进入潜伏期。基于动态耦合模型所建立的协调耦合度,能够较好地反映城市化与生态环境的交互胁迫、动态耦合的演变情况。根据河西走廊耦合度的变化可知,在城市化发展的初期,往往是需要一定的生态破坏为代价的,然而随着城市化的发展,生态环境必将随城市化而好转。因此,正确认识城市化与生态环境交互胁迫的动态耦合规律,采取适当的城市化发展模式,对于促进河西走廊城市化与生态环境的协调发展具有重大意义。     

干旱区城市化与生态环境交互耦合的规律性及其验证

在分析干旱区城市化与生态环境交互耦合关系的基础上,系统阐述了城市化与生态环境之间的交互耦合函数、耦合轨迹、耦合类型和耦合阶段,并以河西走廊为例,对干旱区城市化与生态环境交互耦合的规律进行了验证.在干旱区城市化与生态环境之间,既有相互胁迫的过程,也有相互促进的环节,它们之间是一种在交互胁迫中相互促进的动态耦合关系;这种耦合关系在其演化周期内呈现出双指数函数的变化规律,其耦合演化轨迹是一条双指数曲线;在城市化与生态环境的交互耦合过程中,可能会出现低级协调型、生态主导型、同步协调型、城市化滞后型、逐步磨合型、城市化超前型、生态脆弱型、低级磨合型和不可持续型等九种基本耦合类型,并经历低水平协调、拮抗、磨合、好转和高水平协调等5个耦合阶段.河西走廊各城市城市化与生态环境交互耦合的演进过程符合双指数函数的变化规律,其耦合轨迹均呈现出双指数曲线的变化形式;嘉峪关市属于逐步磨合型,目前处于好转阶段;金昌市属于城市化超前型,处于磨合阶段;酒泉市属于生态主导型,处于拮抗阶段;张掖市属于同步协调型,处于拮抗阶段;武威市属于生态脆弱型,处于拮抗阶段;玉门市属于低级磨合型,处于好转阶段;敦煌市属于生态脆弱型,处于拮抗阶段;河西走廊属于生态脆弱型,处于拮抗阶段.     

1996—2008年广东省城市化进程与生态环境的协调性分析

在构建城市化和城市生态环境评价指标体系、并对广东省城市化发展水平与城市生态环境质量分别进行综合评价的基础上,将模糊数学中的隶属度引入到城市化与市生态环境协调度的计算中,并对两者协调发展程度的变化趋势进行了分析。结果发现,1996-2008年间,广东省城市综合发展与城市环境的协调度具有明显的阶段性和波动性特征,总体均呈现下降趋势;静态协调度可大体上划分为两个阶段,其中前9年均处于总体协调阶段,以1998年的静态协调度为最高,但自2005年后,两者的静态协调度逐年降低,处于不协调阶段;与静态协调发展度相比较,广东省的城市化发展与城市生态环境的动态协调度变化略为平滑。说明广东省生态环境对城市化的响应较为明显,但生态环境质量发展指数的上升滞后于城市化发展的进程。随着城市化进程的不断发展,城市化与生态环境的矛盾逐渐加剧,生态环境对城市化的约束作用逐渐增加,系统的协调性也有所下降。     

长江中游城市群城市化与生态环境耦合协调分析及模拟预测

研究长江中游城市群的城市化与生态环境耦合协调的特征为城市群实现高质量发展提供理论参考。以长江中游城市群28 个城市为研究对象, 运用耦合协调模型定量分析2006-2017年城市化与生态环境耦合的时空演变规律, 同时运用LSTM深度学习模型预测2018-2022年城市化与生态环境耦合协调发展。“城市群-城市”的多重视角下, 长江中游城市群城市化与生态环境的耦合协调度呈现波动上升趋势。其中, 长沙、武汉、南昌3 个中心城市在城市群中具有带动性作用; 长江中游城市群城市化与生态环境耦合协调发展空间格局形成以武汉、长沙、南昌三个中心城市为核心的多中心空间结构。空间格局表现出空间异质性, 尚未形成一体化的耦合协调空间格局; 预测结果表明2018-2022年长江中游城市群城市化与生态环境耦合协调度整体有所提升, 但整体提升速度较慢; 大部分城市耦合协调度延续了增长的趋势, 升级为初级以上的协调发展等级。     

陕北安塞县生态与经济系统耦合协调发展

协调生态环境与社会经济的均衡发展,是实现县域可持续发展的重要因素。以延安市安塞县为对象,基于社会经济与生态环境的数据,构建安塞县社会经济系统与生态环境系统的指标体系,利用熵权法计算社会-经济-环境综合评价指数,在此基础上利用耦合协调度模型、剪刀差方法和耦合度模型分析了社会经济系统与生态环境系统的耦合协调状态、发展速度差异以及耦合度演变趋势。结果表明:1996—2013年间,安塞县社会经济系统综合评价指数稳定上升,自然生态系统综合水平呈现波动下降趋势,前者发展速度总体上快于后者;耦合协调度指数由0.33增长至0.59,反映了该区域社会经济与生态环境的关系不断改善,较好地实现了二者的协调;剪刀差在0. 032水平范围内波动上升,说明二者发展趋势之间的差异逐渐增大;安塞县社会经济与生态环境的耦合度分布于45°β90°范围内,二者处于协调发展阶段,耦合度β表现为先下降后上升,说明经济与环境之间的矛盾开始显露。研究表明,安塞县应着力加强生态建设的固基和推进作用,缓解社会经济和生态环境的矛盾,实现二者的协调发展。     

黄土高原沟壑区生态环境状况遥感动态监测——以陕西省富县为例

基于主成分分析耦合植被指数、湿度指数、地表温度和裸土指数4个遥感评价指标,对黄土高原丘陵沟壑区陕西省富县1995—2014年的生态环境质量进行评价.结果表明: 基于主成分分析确定权重的遥感生态指数能客观定量揭示区域生态环境的变化;富县生态环境现状整体上属于良好级别,植被覆盖度较高,生物多样性较丰富;1995—2014年,富县生态环境总体上得到了较大改善,生态环境质量综合指数由3.17上升到3.53,牛武镇的生态环境质量整体状况最好,全县由西北方向到东南方向,生态环境质量改善的幅度逐渐递增,其中,交道镇和南道德乡变化最大;研究期间,生态环境质量等级下降地区的面积占全县总面积的16.7%,生态质量等级提高的面积占富县总面积的42.7%,生态环境等级提高的地区主要分布在县域中部的高塬和丘陵沟壑地、县东北部的土石低山区、西南的子午岭自然保护区.     

基于多源数据的泰国生态环境遥感评估

针对国家层次的生态环境状况开展评估与分析对于生态保护和环境治理意义重大, 而遥感技术应用于生态环境评估已经显示出大范围、多尺度、高时效的优势。基于MODIS、灯光数据等遥感产品及社会经济数据, 建立泰国生态环境评估指标体系, 采用层次分析法(AHP)确定各指标层权重, 利用“压力-状态-响应”(PSR)模型开展了泰国2005—2015年生态环境在压力、状态、响应各层和综合状况的时空变化分析。结果表明, 泰国整体生态环境综合状况处于健康等级的中(Ⅲ)级, 呈逐步退化趋势, 2010年至2015年退化程度较大。泰国七个主要地区中, 曼谷地区从生态状况中(Ⅲ)级退化为差(Ⅱ)级; 南部地区生态状况最优, 处于良(Ⅳ)级; 中部和东北部地区生态状况处于差(Ⅱ)级; 北部、西部和东部地区生态状况处于中(Ⅲ)级。泰国生态环境遥感综合评估结合使用了多源遥感数据和社会经济统计数据, 对泰国近十年的生态环境进行评估, 得到了泰国2005年、2010年和2015年三期1 km×1 km象元尺度的生态环境时空变化结果, 可以为区域生态保护战略提供科学依据。     

基于模糊物元的淮河流域城市化与生态环境系统的耦合协调测度

基于2010年淮河流域35个地级市城市化和生态环境指标数据,运用模糊物元分析模型建立城市化-生态环境系统指标体系,采用熵值法确定指标权重,构造改进的城市化与生态环境耦合协调度函数,测度淮河流域城市化与生态环境系统交互耦合的协调程度.结果表明:2010年,淮河流域城市化子系统的发展水平低于生态环境子系统,两者综合协调指数值为0.186,两类响应指标之间存在一定差距.城市化与生态环境耦合度的平均值为0.475,流域城市化-生态环境系统处于颉颃阶段.不同城市的城市化发展子系统之间存在较大差异,而生态环境子系统现状发展水平之间差异相对较小.城市化与生态环境协调度的平均值为0.706,表明淮河流域正处于高度协调耦合阶段,城市化与生态环境建设的整体“功效”与“协同”效应较高.     

基于阈值分割的京津唐城市群生态用地多源遥感识别

当前中国快速城市化进程中的生态环境问题日益突出,在国家生态文明建设理念及新型城镇化战略指引下,有必要通过区域生态用地的快速遥感识别为城市群生态环境问题的有效解决提供基础数据支撑。鉴于不同类型遥感数据在表征特定地物类型的精度上各有优劣,综合多源信息的区域生态用地遥感反演是当前研究的趋势所在。本研究以京津唐城市群为例,综合考虑DMSP/OLS夜间灯光数据和SPOT/VGT数据在建设用地、植被覆盖度识别方面的优点,探讨基于阈值分割法的大尺度区域生态用地多源遥感快速识别方法。研究采用SPOT/VGT数据定量识别林地、草地与耕地,进而基于DMSP/OLS夜间灯光数据区分水体与建设用地。结果表明:京津唐城市群土地覆被整体识别精度达到85.64%,Kappa系数0.771;各类生态用地识别精度均较高,其中林地识别精度最高(90.87%)、水体次之(78.33%)、草地最低(70.97%)。该方法较好地解决了单一遥感数据难以快速区分所有生态用地类型的不足,是基于全球开源数据进行大尺度生态用地快速识别的有效手段。     

黄河三角洲区域生态经济系统动态耦合过程及趋势

黄河三角洲地区正处于快速开发建设时期,资源丰富,但生态环境脆弱,区域生态经济耦合状况影响着区域可持续发展的态势。借鉴一般系统论的思想,构建了区域生态经济系统耦合过程模型,定量分析了黄河三角洲区域生态经济系统的耦合过程与演进趋势。结果表明:1990年以来黄河三角洲区域生态系统综合指数与经济系统综合指数均呈上升趋势,区域资源供给和生态环境调节能力逐渐提高,经济生产能力和社会消费水平不断提升;黄河三角洲区域生态系统与经济系统总体上处于互动协调发展状态,1990—2007年区域生态经济系统耦合度指数先增加后减少,耦合过程经历了由相悖发展到良性耦合的过程;按照区域生态经济系统耦合趋势外推,2019年将接近最佳耦合点45°;区域生态经济系统仍处于较低水平的良性耦合,区域生态经济发展的速度和质量有待进一步提升。应协同推进区域经济生态化和生态经济化建设,建立高效生态经济体系,努力实现区域生态资源资产化、价值化,提升区域生态经济系统耦合的状态水平。     

山东半岛城市群城镇化与生态环境耦合协调发展的时空格局

城镇化与生态环境耦合协调发展研究,是目前国际研究的热点与前沿领域。以山东半岛城市群为研究对象,建立城镇化系统和生态环境系统指标体系,运用耦合协调度模型定量分析山东半岛城市群2000—2016年城镇化与生态环境耦合协调发展时空格局。结果表明:(1)2000—2016年城镇化水平不断提高,多年平均值表现为空间城镇化人口城镇化经济城镇化社会城镇化,生态环境水平呈现出波动中上升的趋势,生态压力子系统曲线下降,生态状态和生态保护子系统曲线不断上升,生态环境总体有了一定的改善和提高;(2)2000—2016年耦合协调度逐渐增强,依次经历了严重不协调、基本不协调、基本协调、中度协调、高级协调5个阶段,实现了从极度不协调向优质协调的转变,子系统耦合协调特征从严重不协调-城镇化滞后型向高级协调-生态环境滞后型演变;(3)17地市城镇化以中等水平城镇化区为主要类型,高水平城镇化区集中在济南、青岛"双核"地区和北部的东营,较低水平城镇化区范围逐渐缩小,低水平城镇化区消失;生态环境优质区主要集中在东部沿海城市带威海、青岛、烟台、日照和中部泰安,生态环境中等区从胶济城市带轴线向南北扩散,生态环境较低区主要集中在菏泽、聊城、滨州,生态环境恶劣区不存在;(4)2000—2016年城市耦合协调度不断提高,空间差异明显,呈现出由沿海城市带、济南都市圈核心城市向西南地区逐渐降低的空间分布趋势,子系统耦合协调特征由城镇化滞后型向同步型、生态环境滞后型开始转化,发达城市的集聚作用明显,落后地区的城镇化问题和生态环境问题比较严重。     

西安市生态环境及城市发展质量评估

良好的生态环境是推动城市高质量发展的重要基础,决定了城市建设水平与人居环境质量。以西安市为研究区,计算遥感生态指数(RSEI)评估城市生态环境状况;构建城市高质量发展评价指标体系,使用全排列多边形图示法评估城市发展质量;再运用耦合协调度模型分析两者耦合协调度的时间变化趋势。结果表明: 西安市城市生态状况呈南高北低的格局,2010—2020年RSEI整体呈上升趋势,但城内六区的RSEI一直在降低,周边区县的RSEI基本保持不变或有所提升;西安市城市发展质量有所提升,城市发展质量等级为较低级别,城市发展3个子系统的质量提升具有不均衡性,提升幅度为生态子系统>经济子系统>社会子系统;西安市两类指数的耦合协调度提高,协调水平从勉强协调提升为初级协调。     

渭南市土地利用与生态环境协调发展预测与评价

针对研究区土地利用与生态环境系统的特点, 以渭南市为例, 选取 2000-2013 年渭南市统计年鉴数据, 建立土地利用与生态环境评价体系, 利用主成分分析法确定指标权重, 根据杨士弘提出的协调发展模型计算该市近 20 年的协调发展水平, 采用 NAR 模型对 2014-2020 年的发展水平进行预测。研究结果表明: 渭南市土地利用与生态环境之间的关系是动态非线性的, 具体表现在 2000-2004 年为发展初期, 这一阶段表现为失调衰退状态的更替及向协调状态的过渡调整, 土地利用的发展滞后于生态环境的发展; 2005-2010 年为发展中期, 两者协调发展, 整体呈稳步上升的状态; 2011 年以后, 两者的关系逐渐变得稳定协调, 生态环境的发展滞后于土地利用的发展。并得出以下结论: 1)渭南市土地利用综合评价指数呈逐年增加的趋势, 生态环境综合评价指数则表现为波动性的变化; 2)自 2011 年起, 两者的关系 一直处于中级协调发展阶段, 反映出土地利用效益与生态环境效益之间仍然存在着较大的可挖掘潜力。因此, 本文尝试提出渭南市在调整土地利用结构与方式的同时, 应加大生态环境保护的力度, 建立生态环境友好型的土地利用模式,提高土地利用的综合效益, 以保证该市土地利用与生态环境的协调发展程度向更高的阶段推进。