京津冀地区污染物排放与城市化过程的耦合关系

我国快速的城市化发展不仅带来了经济的迅速发展和人口的大量聚集,同时也对资源和环境产生了巨大的影响。在城市化进程较为快速的城市群地区,城市化带来的生态环境胁迫尤为突出。以典型污染物为指标,定量研究了京津冀地区13个城市在2000年、2005年、2010年的工业和生活污染物的排放总量、人均排放量、排放效率、排放强度的时空特征,研究了经济发展与污染物排放的定量响应模式,以探讨污染物排放与城市化的耦合关系。研究发现:(1)京津冀地区的污染物排放空间分异特征显著,其中北京的生活污水、生活COD等污染物排放总量为地区内最高,唐山、天津、石家庄等城市的工业污染物排放高于其它城市。(2)北京、天津工业污染物的排放效率较高,人均排放量、排放强度低于其它城市。(3)2000—2010年间,京津冀地区的生活污水、工业废气、工业固废排放显著增加(P0.05),而其它生活和工业污染物排放量、排放效率和排放强度等呈显著下降趋势(P0.05)。(4)京津冀地区的工业废水、工业和生活SO2、生活烟尘、工业固废和工业废气等污染物的排放量与经济发展存在环境库兹涅兹曲线特征(R20.5,P0.05)。定量揭示了京津冀地区污染物排放的时空分布特征及其与城市化发展的关系,可为城市群区域污染物排放的管理及环境保护政策的制定提供科学参考。     

京津冀城市群空间扩张及其经济溢出效应

随着我国城市化的快速发展,区域城市之间的联系逐渐加强,不同的扩张模式对城市间经济增长溢出效应会产生不同的影响。基于Capello模型,计算了京津冀城市群地区13个城市扩张带来的经济增长溢出效应,通过比较扇状扩张城市和轴向扩张城市得到和给出的城市增长溢出效应,研究了不同扩张类型城市溢出效应的差异,以及京津冀地区经济增长溢出效应的空间分布特征。结果表明,京津冀城市群地区城市间经济增长溢出效应明显,北京和天津给出的溢出效应远高于其他城市,扇状扩张城市比轴向扩张城市更有利于城市之间的增长效益溢出。京津冀地区已经形成了以北京、天津、廊坊和唐山为中心的核心区,石家庄、保定为核心的次级核心区,位于城市群边缘的城市与核心城市联系较弱,在未来的城市群发展中,可通过政策和规划优化城市形态,使城市空间形态更有利于城市经济发展。     

京津冀城市群能源供需与城市化的关系模式

城镇化发展加剧了城市对能源的消耗,进而加剧了能源供需不平衡,这种不平衡已经成为限制城镇化发展的重要因素。目前,城市群作为我国城镇化发展的重要形式,充分发挥城市群的协同效应以减缓能源供需矛盾,对实现区域可持续发展具有重要意义。研究以京津冀城市群为例,从地级市尺度系统地核算了2001—2015年能源供应和需求量,并采用ward聚类方法划分3种不同类型的能源供求特征,并分析了每种类型的能源供需特征差异。同时,以能源供需比值表示供需差异并进行了比较。在此基础上,采用多指标综合分析方法进一步探讨了能源供需与城市化的关系模式。结果表明:(1)京津冀城市群不同城市能源的供求特征及变化存在明显的时空差异。一方面,从能源供给特征来看,年平均能源生产量较高的城市(天津市)能源产量由上升转变为平缓变化趋势,而低产城市(石家庄市)呈不稳定的变化趋势,两类城市平均能源产量相差2497.66万t标准煤;另一方面,从能源需求特征来看,北京、天津市等能源高耗城市能源消费近年来趋于下降趋势,而低耗型城市(沧州市)近年来呈波动变化,二者平均差值为4752.49万t标准煤;(2)基于能源供需比值,京津冀城市群所有城市均表现为能源供不应求,且不同城市能源供需缺口差异明显。其中,天津市能源供给能力最强,但其生产量却不及自身消费量的65%,而供给能力相对最弱的城市保定市,其能源需求几乎完全依赖外部能源供给;(3)城市能源供需与城市化水平之间关系不完全一致。研究对能源供需模式与城市化模式不一致的城市,划分了先进型和滞后型两种关系模式。对于先进型的城市,主要有北京市、沧州市和廊坊市,它们的城市化水平相对较高,分析认为其能源开发利用相对集约;而属于滞后型的城市,包括唐山市、邯郸市和邢台市,其城市化水平偏低,分析认为这类城市能源开发利用效率低、发展方式相对粗放,是城市群能源效率提升的重点。本研究旨在为今后的城市群能源规划提供科学依据,建议北京市等能源相对集约型城市带动唐山市等发展方式粗放、落后的城市,以提高京津冀城市群整体的能源效率。     

京津冀城市群人-地、人-水与人-碳交互胁迫关系及其叠加效应

随着社会、经济效益的不断增加及国际影响力的不断增大，京津冀正在向世界级城市群迈进。而快速的城市增长与资源环境的交互胁迫效应严重制约了京津冀地区的可持续发展，因此，明确城市增长与不同资源环境要素的相互作用机制并采用有效的措施，是实现京津冀地区发展和保护共生的关键。目前针对城镇化与单一种资源环境要素交互作用的研究较多，但对城镇化与不同资源环境要素相互作用的叠加效应的关注很少。针对土地、水资源与能源这三种明显限制京津冀地区发展的资源要素，综合考虑了供给侧与需求侧特征，分析了人-地、人-水与人-碳的相互作用关系，解析了京津冀地区城镇发展与不同资源环境要素交互胁迫作用及其叠加效应。结果表明：2002-2017年，1、城市群整体水平上，人-地、人-水和人-碳关系总体上均呈"强协调"或"弱协调"交替变化的状态；2、城市尺度上，不同城市的人-地、人-水和人-碳交互关系存在明显时空分异。多数城市都曾面临土地、水资源或能源的胁迫影响，尤其是河北的一些城市（石家庄、邯郸、承德、衡水、邢台、唐山及保定等）在有些年份面临土地、水资源或能源的"强胁迫"影响；3、从京津冀地区整体水平上看，不存在多种资源要素的叠加胁迫影响，但是，城市群内部多数城市在有的年份同时面临土地、水资源或能源两种以上资源要素的叠加胁迫影响。因此，要协同改善京津冀地区资源环境的胁迫，需要全面考虑不同空间尺度之间，不同城市之间，以及不同资源要素之间的叠加影响机制，有针对性的提出政策与措施。     

京津冀地区新型城镇化对土地生态效率影响的实证分析

近年来, 城市化进程的不断推进对城市土地利用及生态环境产生了极大影响。选取城镇化发展最为迅速与典型的京津冀地区作为研究区域, 采用超效率DEA模型及Malmquist效率指数, 从经济学角度分析2006-2015年土地生态效率的时空演变, 随后, 基于人口、富裕和技术(STRIPAT)模型, 构建新型城镇化发展水平的综合指标评价体系, 分析新型城镇化对土地生态效率的影响。研究结果表明: 京津冀地区城镇化发展水平与土地生态效率之间存在显著的正相关关系, 即城镇化水平的不断提升对土地生态效率的提高具有积极作用, 各城市土地生态效率在新型城镇化发展背景下存在明显的空间差异, 此外, 土地利用与管理技术水平的提高、环境政策的改变等均会对土地生态效率的提升产生积极影响。这项研究旨在为提高城市土地管理水平, 推动城市可持续发展提供决策支持。     

我国三大城市群地区城市和农业用地地表热环境效应对比研究

以大中小城市协同发展为特征的城市群已成为我国城市化发展的主要形式，城市化和农业作为城市群地区最主要的土地利用活动，其气候效应是国际研究的热点。然而过去研究多关注大城市的热岛效应，对更为普遍的农业活动以及中小城市城市化的气候效应认识十分薄弱。基于MODIS地表温度数据，以自然林地为参照，提出了一种可逐像元估算土地利用地表热环境效应的新方法，进而对比分析了我国三大城市群地区（京津冀、长三角和珠三角）城市和农业用地地表热环境效应及其驱动因子差异。结果表明各城市群白天城市热岛效应明显，地级以上城市年平均热岛强度达3.2℃以上，但最强热岛均未发生在核心城市。夜晚热岛效应明显减弱，京津冀和长三角部分城市甚至出现冷岛效应。农业用地在白天亦表现出明显的增温效应，特别是在京津冀地区，而在夜晚除珠三角城市群外，降温效应明显，京津冀和长三角地区平均降温2.3℃和0.7℃。虽然城市用地平均增温强度大于农业用地，但农业用地因面积优势对区域温度变化起控制作用。白天城市和农业用地整体导致各城市群温度明显增加，京津冀增温最高（4.0℃），夜晚二者导致长三角和京津冀地区平均温度降低。研究还发现各城市群城市和农业用地地表热环境效应时空异质性极大，主要受植被、地表反照率、气候背景和人口密度控制。本文对制定缓解气候变化的土地利用策略具有重要的指导意义。     

基于数据包络分析方法的城市水资源利用效率研究

为了对我国城市水资源利用效率问题进行分析和评价,本文基于数据包络分析方法,从农业、工业、生活、社会等几个方面共选取了5个输入指标及6个输出指标,利用AIC信息准则(Akaike information criterion)进行了变量选择,构建了较为科学合理的用水效率评价指标体系.在此基础上,采用香农熵指数提升了传统CCR(由Charnes A,Cooper W W,Rhodes E提出)模型的识别能力,选取我国31个省会城市为研究对象,给出了省会城市水资源效率的完整排名。结果表明:①绝大部分城市综合效率得分(CES,Comprehensive efficiency score)普遍不高,投入产出比仍有较大的进步空间;②拉萨、北京、天津、银川、海口、上海等城市CES得分相对较高,这说明一个城市水资源利用效率的高低与经济发展水平可能没有必然的联系,其他城市应结合自身情况向CES得分靠前的城市进行学习;③重庆、南宁、南昌、长沙等水资源较丰富的城市CES得分反而较低,表明这些城市可能存在大量水资源被浪费,应建立起节水机制,同时优化产业结构。     

城市扩张背景下城市群环境问题的区域性特征分析

作为区域空间组织的重要形式,城市群已经成为促进城市化快速发展的重要地区,同时也逐渐成为生态环境问题高度集中的地区。采用夜晚灯光影像在分析京津冀、长江三角洲和珠江三角洲城市群空间扩张进程的基础上,从空气质量、工业固体废物处置利用情况以及植被覆盖度3个方面对三大城市群环境问题的区域性特征及其敏感区进行分析。结果表明:三大城市群空间扩张进程不断加快,并逐渐形成城市用地连绵区,长江三角洲城市群城市用地连绵区范围最大,珠江三角洲城市群城市用地连绵区范围高于京津冀城市群;从城市群层面看,三大城市群在空气质量、工业固体废物综合利用率以及植被覆盖度演变方面已呈区域性特征,城市化水平与工业固体废物综合利用率呈正相关,与城市群植被覆盖度呈负相关;从城市层面来看,空间扩张较快的宁波市和北京市为长江三角洲和京津冀城市群在空气质量、工业固体废物综合利用率以及植被覆盖度方面的敏感区,中山市为珠江三角洲在工业固体废物综合利用率以及植被覆盖度方面的敏感区。环境问题的区域特征以及环境敏感区分析对环境治理工作具有一定的指导作用,对区域的可持续发展具有一定的现实意义。     

中国生态地理区城市水资源利用效率及影响因素

水资源利用效率是落实最严水资源管理制度和水生态文明建设的重要内容,是中国国民经济社会发展的重要战略问题。通过分类数据包络分析模型对2007-2016年中国生态地理区城市水资源利用效率进行测算,分析全国和生态地理区城市水资源利用效率特征,采用Tobit回归模型探讨中国和生态地理区城市用水效率的影响因素。研究结果表明：我国城市水资源利用效率普遍较低,全国水资源效率均值呈现先下降后上升波动式发展,全国城市间用水效率差距在缩小。生态地理区水资源利用效率差异显著,温带干旱区、温带半干旱区、温带半湿润区、温带湿润区和亚热带湿润区用水效率依次递减,区域间水资源效率差异在逐渐减小。城市人口、土地利用结构、经济发展水平、产业结构与全国城市水资源利用效率呈显著正相关,而城市供水、用水结构、水资源管理政策则表现为显著负相关性。     

京津冀城市群扩张模式对区域生态安全的影响预测

当前,城市群是推动我国区域发展的增长极,但其快速的扩张模式对区域生态系统安全的胁迫影响越来越大,已经成为制约城市可持续发展的重要问题,科学地预测城市群未来扩张对区域生态安全格局的影响对区域协同发展的战略实施具有指导意义。以我国最具影响力的京津冀城市群为例,结合空间模型模拟方法及生态系统服务功能评估方法,预测了基于当前京津冀城市群的扩张模式对区域生物多样性保护、防风固沙功能、土壤保持功能与水源涵养等重要生态服务功能的胁迫影响。结果表明:(1)京津冀城市群发展速度较快,但存在区域发展不均衡,呈两极化的发展特征;(2)京津冀城市群具有重要级以上的生态服务功能占区域总面积的三分之一,其中同时包含两种及以上服务功能的地区将近一半,且其空间分布也很不均衡;(3)应用CLUE-S模型可以较好地模拟京津冀城市群未来的扩张格局,模型的Kappa指数为0.84。至2020年,预测京津冀城市群将增加3630.24km~2建设用地面积,而其中约六分之一的新增人工表面侵占具有重要及以上生态服务功能的区域,防风固沙和水源涵养为主要被侵占功能,这些区域集中分布在北京、天津与唐山等核心发展城市;(4)京津冀城市群不均衡的区域扩展模式不仅会进一步加剧不同地区间城市化水平的差距,对区域重要生态系统服务功能的潜在胁迫影响也将会增加。本研究结果可为京津冀城市群协同发展规划与区域生态安全格局保障方案的制定提供科学支撑。     

京津冀城市群地区影响城镇化的关键要素识别及其交互作用

中国的城镇化率随经济快速发展而迅速提高,由此导致的生态环境问题不断涌现,城镇化对区域生态环境的胁迫作用日益增加,城市可持续发展受到严峻挑战。目前城镇化和生态环境交互关系的关键影响因子仍不明确,而基于关键影响因子描述城镇化与生态环境要素交互胁迫作用的研究也较少。以京津冀城市群为研究区,使用城镇化率描述城镇化发展过程,使用相关分析初步总结了生态环境要素与城镇化过程的相关性,基于灰色关联分析方法求取了生态环境要素与不同城市城镇化率的关联度,使用方差分析法得到影响城镇化与生态环境交互胁迫的关键要素,最后明确了城市和生态环境要素交互胁迫作用的显著性。结果表明,水资源要素和生态要素与城镇化率相关性较弱;居民用电与城镇化过程的关联度最大、生活用水关联度最小;方差稳定性排名显示建成区面积关联度在各城市间最稳定,常住人口最不稳定;同类别要素间关联度差异不明显,可以将10要素合并为6要素;关联度的稳定性对识别关键要素有重要作用;城市和生态环境要素同时对要素关联度分布具有影响,二者存在显著的交互作用。本研究对明确生态环境对城镇化过程的影响模式,分析生态环境对城市群发展的限制或支撑作用提供参考。     

京津冀地区的生态质量定量评价

生态质量的好坏标志着区域经济社会可持续发展的能力以及社会生产和人居环境稳定可协调的程度,如何定量评价区域生态质量状况与变化,协调其与城镇化的关系,日益成为城市生态学研究的热点.本文选择城市化发展迅速、生态环境问题突出的京津冀城市群为研究对象,基于遥感技术反演京津冀城市群植被覆盖度、生物量和人工表面比例、植被面积百分比等生态参数,结合植被破碎化指数,采用主成分分析法,构建了基于遥感参数的生态质量指数综合模型,定量评价了2000—2010年京津冀城市群生态质量及动态变化.结果表明: 本文构建的生态模型可以更客观、综合地定量评估城市与区域的生态质量状况与变化.2000—2010年,京津冀城市群的生态质量指数从2.38上升到2.84,增幅达19.3%.其中,2000—2005年的增幅(12.2%)高于2006—2010年(7.2%).从空间分布来看,生态质量指数的高值区位于京津冀北部,西部、东南部较低.不同城市的生态质量状况及变化趋势不同.承德的生态质量状况最好,并显著高于其他城市;其次为北京、秦皇岛和保定;天津的生态质量最差.承德、北京、秦皇岛和保定的生态质量高于京津冀地区的平均水平;廊坊、天津和沧州的生态质量明显低于平均水平.2000—2010年间,除唐山外,其他城市的生态质量均呈好转趋势.其中,沧州、衡水的生态质量指数提升最显著,增幅分别达520.5%和171.8%.     

权衡城市扩张、耕地保护与生态效益的京津冀城市群土地利用优化配置情景分析

京津冀城市群作为影响我国经济发展的重要区域,具有多重战略意义。然而,快速的城市扩张在提高社会、经济水平的同时,伴随着资源供求矛盾加深、耕地被侵占、生态退化,以及水、大气环境污染等众多突出问题,如何优化调整城市空间结构与布局,实现社会、经济发展与生态环境保护等多目标的协同优化是京津冀规划管理与决策的关键。从土地覆盖/利用数量和空间布局两个重点方面出发,通过多目标优化模型和CLUE-S模型的构建,提出了多目标权衡下的土地扩张优化情景预案,以期为京津冀城市群扩张布局与土地利用优化配置规划与管理提供科学参考。结果表明:一方面,利用多目标遗传算法(MOGA)可以很好地实现对京津冀土地利用结构优化配置及其与社会、经济及生态效益等多目标的定量化求解,为决策人提供满足不同权衡目标的多种选择,并通过与CLUE-S模型相结合,实现京津冀城市群土地利用格局的空间优化配置情景模拟;另一方面,研究结果表明,综合考虑了社会、经济和生态效益的优化方案中,林地的增加可以相对满足政策要求,增幅较大,耕地较未优化方案减幅放缓,符合耕地保有量的要求,同时,也从空间上减少了对重要生态用地的侵占。本研究的方法与结果可为京津冀城市群土地利用规划与生态安全格局建设提供理论与应用参考。     

基于“氮补偿”机制及数据包络分析的活性氮减排评价——以京津冀区域为例

快速城市化在消耗营养氮元素的同时,直接或间接导致大量人为活性氮流失到大气与水环境中,带来了巨大的生态环境压力和严重的污染问题.本文在定量分析京津冀区域活性氮排放量的基础上,借助数据包络模型分析此区域的氮减排效率,并提出基于氮补偿机制的低氮发展对策.结果表明: 2004—2014年,随着城市化程度的提高,活性氮排放呈波动缓慢降低的趋势.河北省一直是京津冀区域的主要氮排放源,其气态与水体氮排放量分别占整个区域的79%～84%和74%～79%.研究期间,京津冀区域活性氮主要来源于农业活动,逐渐转为工业生产与居民生活.城市化对区域各地氮排放强度的影响并不一致,区域年均氮排放强度为5.8 t N·km^-2.北京市氮减排效率相对最高,河北省次之,天津市最低.降低河北省氮排放强度与提高天津市氮减排效率是研究区城市低氮化的关键.采用基于协同氮补偿机制的减排策略,有助于三地在氮减排方面上实现互助互补的可持续发展战略.     

京津冀城市群能源协同发展背景下能源生产结构变化探究

能源作为城市生产与生活中不可替代的资源类型,在城市化发展过程具有至关重要的作用。工业革命时代的结束,信息时代的开始,标志着以化石燃料为主要原料的发展方式发生转变,能源生产结构随着化石燃料比重下降而优化。城市群成为当前城市化的主体形态,其发展战略对区域能源结构具有重要影响。以京津冀城市群为例,从地级市尺度核算了2001—2015年不同城市能源生产结构的特征及其变化,并分析了城市群能源协同发展战略对不同城市能源生产结构的影响。主要结论包括:(1)2001—2015年京津冀各城市能源生产结构整体上趋于优化,但能源生产化石燃料占主导地位的本质特点没有改变。例如,河北的邯郸和邢台市增加了一次电力生产,但原煤生产仍占比90%以上。(2)研究根据能源生产的主导类型,可将京津冀城市划分为两类,即原煤主导型与原油主导型城市。其中,原煤主导型城市能源生产结构的调整明显优于原油主导型城市,例如,北京、石家庄、张家口与承德等原煤主导型城市的煤炭生产比重显著下降,而天津与沧州市等原油主导型城市的原油生产无明显下降趋势。(3)京津冀能源协同发展战略的实施有助于推进能源生产结构的优化,但对不同城市的影响不同,其中,对北京和河北承德市能源生产结构优化最显著,2001—2015年原煤生产比例下降了近40%,与协同发展战略的"基本无煤矿"目标方向一致,而对邯郸市、邢台市影响不明显。京津冀城市群能源生产结构调整仍具有较大潜力,对于原煤生产比例最高的城市(邯郸和邢台市),需要加快城市的能源生产转型,增加清洁能源产出,改善能源生产单一的结构特点;对于原煤生产产量较高的城市(唐山市),需要根据资源禀赋情况逐步调整原煤产量,进一步集约地区煤矿,同时鼓励发展煤炭洗选业,提高煤炭清洁生产技术;对于具有"无煤矿化"目标的高煤产城市(承德市和张家口市),需加快淘汰落后产能,同时依托京津冀能源协同发展战略,充分利用自身自然风力优势和区位优势,大力发展新能源。     

京津冀城市群城市化与生态环境时空分异及协同发展格局

京津冀城市群在快速城市化进程中,"高耗能、高污染、高排放"的粗放型经济发展模式引发了一系列诸如雾霾、水质污染及生态体系破坏等问题。选取2000—2015年京津冀城市群13个地级以上城市作为研究对象,采用系统指数评估模型评价城市化与生态环境系统及其子系统指数值,运用耦合协调度模型及其分类原则判定两者协同发展格局。结果表明:(1)北京、天津、唐山、石家庄、廊坊城市化发展较强,邯郸、秦皇岛、衡水、沧州居中,邢台、保定、张家口、承德较弱;北京、保定、张家口、承德和秦皇岛生态环境保护较好,天津、石家庄、廊坊、邯郸、沧州居中,邢台、衡水、唐山较弱。(2)2000—2007年为城市化缓慢发展阶段,2008—2015年为稳步提升阶段;2000—2010年为生态保护攻坚期,2011—2015年为生态文明建设期,环保投入剧增。(3)高城市化区的空间格局保持不变,偏高城市化区和中城市化区空间格局相对稳定,低城市化区基本不存在;优生态环境区、偏优生态环境区和中生态环境区空间格局相对稳定,劣生态环境保护区不存在。(4)京津冀城市群城市化与生态环境系统耦合协调度上升趋势显著,但是濒临失调和中度协调占主导类型,具有较大上升空间;协同发展类型整体上逐渐由城市化滞后演变为生态环境滞后,生态环境质量需要进一步提高。由此,需要以生态环境保护为抓手,坚持产业转型升级和"高科技+"的自主优化思想,打造集聚区域特色的"美丽中国"绿色城市化样板区;加大地区生态环境保护的投入和宣传,以"生态+"思想融入经济社会发展,培育区域性绿色小城镇;建立多样化生态保护园区、现代化旅游和康养基地、科技化教育培训机构,促进区域内外多维多向联动发展;保有生态环境危机意识,积极创建保障措施,杜绝重大生态破坏、环境污染等事件。