中国34个省级行政区三维生态足迹动态研究

当前中国正处于生态文明建设的关键时期,东西部环境资源不均衡的格局日益加剧,限制了区域社会经济的可持续发展。基于资源、社会经济统计数据,利用三维生态足迹模型对中国34个省级行政区进行动态研究,细化不同类型土地的均衡因子与产量因子,刻画2009—2016年人均生态足迹广度、生态足迹深度的时空特征,并探讨分析省域间的资本利用格局及其社会经济影响因素。主要结论如下：人均生态足迹广度在省域间差异较大,且生态足迹深度均已超过自然原长1.00;足迹广度在研究期间呈先降后升趋势,最高值为西藏的10.87—12.35 hm2/cap,最小值为澳门的0.02 hm2/cap;且资本流量占用率并不充足,广西与上海分别仅为47.68%—67.34%、66.31%—68.88%。香港、澳门、宁夏的足迹深度远高于中国均值,分别为19.24—26.02、8.60—10.88、4.60—7.46,最小值为西藏（1.64—1.79）,其中耕地、化石能源用地的生态赤字贡献率最高,而林地则为生态盈余状态。将各省自然资本利用格局聚类分为4类并通过ArcGIS进行空间分析。基于改进的三维生态足迹模型并系统性地应用于中国34个省域,本研究定量化各省的自然资本利用格局,可为中国区域间资源配置、政策制定提供基础数据支撑及环境决策参考。     

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。     

区域生态系统重心指标的概念与应用

生态系统重心的变化可以反映生态系统整体的空间变化的特征和趋势,但是,目前生态系统重心这一指标只是简单作为指示社会经济变化的因子,或是作为辅助的角色用于探索生态景观格局的变化,其重要性一直未受到足够的重视。在阐述生态系统重心指标的概念及内涵,总结国内外有关重心应用研究成果的基础上,以川滇两省共同确立的泸沽湖生态保护区为例,运用重心理论分析了1990—2005年该流域生态系统重心的变化及影响因素。结果表明,泸沽湖流域农田、森林、草地、湿地和人居用地均具有相对独立且稳定的重心区间。相对来说,人居用地和农田重心的变化幅度明显大于其他用地,其重心均总体向东南方向偏移,不断靠近泸沽湖水体。2005年人居用地和农田重心均有所回撤,这主要是因为2003年泸沽湖景区进行调整,政策的强制干预导致其重心回撤。分析重心变化的影响因素发现,区域旅游业发展带来的人类干扰加剧及国家的生态保护政策主导重心变化。在总结前人研究和应用案例具体分析发现,由于重心理论假设区域背景为匀质平面,分析是基于二维空间进行,而不考虑海拔维度,这就限制了重心模型应用的深度和广度。但是在泸沽湖这样地形复杂多变的区域,地形因素在该区域生态系统变化过程中的作用不容忽视。因此,应尽快完善在垂直空间应用重心理论的研究方法并加强相关研究。     

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。     

城市建筑群三维空间布局评价与优化——以厦门岛滨海地带为例

随着城市化进程的快速推进,城市建设带来了土地资源紧张,使得越来越多的城市向着高层化、立体化、智能化方向发展;城市建筑群三维空间的最优布局是城市集约化发展的基础条件。针对现阶段的城市建筑群三维空间布局存在一些不足,构建城市建筑群三维空间布局的评估方法体系。以厦门岛滨海地带为研究区,基于多源、多空间分辨率遥感影像数据,从建筑景观、热环境和视觉效果3个角度评价厦门岛滨海地带三维空间格局的现状;并总结城市三维空间布局优化发展模式;从建筑景观、热环境和视觉效果这三个角度提出了厦门岛滨海地带城市建筑三维空间的布局优化建议。三维空间布局评价的结果表明：（1）从建筑景观角度,不同功能建筑群与容积率关系：商业区容积率最高,其次是商品房居住区,文教区占地面积广且建筑密度低,民房居住区的容积率是最低的但其建筑密度高;（2）从热环境角度,考虑温度因素,建筑群建筑密度过大、建筑层数过多都会造成温度较高;（3）从视觉效果角度,研究区具有宽广的视觉空间和宽阔海面,与以山体为背景的天际线形成了鲜明的对比。此外,提出优化低层建筑和合理布局中高层建筑的建筑容积率,设计建筑形态多样化和优化天际线前景、中景和背景的层次布局,可提高厦门岛的城市建筑群三维空间布局。本研究可为厦门岛滨海地带的城市建筑群三维空间布局优化提供基础数据支持与技术支撑,为城市土地资源规划等政府部门提供决策支持,对城市建筑群三维空间的合理利用和景观优化具有重要意义;也为我国其他城市的可持续发展研究提供新的科学理论依据和参考借鉴。     

基于景感生态学对生态修复的再思考

总结了生态修复工程的现状、我国在推进生态修复上的举措,指出未来生态修复的着重点是要找到更科学且高效的生态修复途径,以及将本地人福祉有机整合到生态修复当中以全面提高生态系统服务效果的方法。阐述了目前常见的生态修复方式,对其各自通常的适用情况及作用特征进行分析,并在此基础上得出一种生态修复的理想模式。阐述了景感生态学的定义,分析了景感生态学、景感营造以及其在稳定、提高生态系统服务及其价值方面的作用机制;讨论了如何基于景感生态学和景感营造分步实现生态修复的理想模式,其重点在于营造景感生态系统,使生态系统服务得到充分发挥,为本地谋取更大福祉。山水林田湖草生态修复工程的决策者、规划者和实施者要在观念、策略、方法以及评价四个方面做出转变。     

闽三角区域生态系统服务重要性评价及其空间分布

基于GIS及RS技术,选取研究区内最重要的水源涵养服务、水土保持服务、生物多样性保护服务、生态系统综合服务为研究对象,采用NPP定量指标评价方法,对4种生态系统服务的重要性进行评价,试图揭示闽三角区域各类生态系统服务重要性分级情况及其空间分布规律。同时,从土地利用以及主控因子识别两方面对形成闽三角区域生态系统服务各重要性级别区域的深层次原因做出科学分析。以最终闽三角生态系统综合服务为例,研究结果表明:(1)极为重要和高度重要的区域面积共占研究区总面积的30.39%,总体分布在闽三角中部偏西南地区的南靖县、平和县以及长泰县境内,其在海拔300—600 m以及坡度10°—20°的环境中面积占比较高。(2)一般重要和较为重要区域总体分布在闽三角东北部沿海地区的泉州市及厦门市范围内,其在海拔900—1800 m以及坡度40°的环境中面积占比较高。(3)随着重要性级别从一般重要到极为重要的提升,其相应重要性级别区域的地理中心由南安市境内出发,逐渐向西方向移动,后经由华安县境内转向西南方向,最终落在南靖县境内。(4)从一般重要区域到极为重要区域,林地和草地的面积占比显著增加,而城乡、工矿、居民用地、耕地以及水域的面积占比则出现明显降低。(5)一般重要区域划分的主要控制因子依次为多年平均净初级生产力、降水因子、土壤渗流能力因子,极为重要区域划分的主要控制因子依次为多年平均净初级生产力、海拔因子、降水因子。     

基于DMSP/OLS影像的我国主要城市群空间扩张特征分析

20世纪90年代以来,随着中国城市化步伐的加快,城市用地空间扩张极为明显。采用1992、1995、2000、2005、2009年5期的夜间灯光影像数据提取了京津冀、长江三角洲和珠江三角洲城市群的城市像元,并从空间扩张强度、扩张类型以及方向性空间扩张特征3个方面对三大城市群城市用地的空间扩张特征进行了分析,同时还从社会经济方面对城市群空间扩张的驱动因素进行了讨论。结果表明,三大城市群的空间扩张特征既存在共性也存在明显的差异,同时社会经济的快速发展对城市用地的扩张具有明显的驱动作用,为进一步推动中国城市化进程提供了数据支撑。     

景感生态学方法与实践综述

当前生态学研究前沿正在走向城市,更加关注城市中人类福祉的多元化。而我们在工作中也深刻体会到,对于以人为核心的城市复合生态系统,有一些问题用已有学科是难以解决的。在这一情况下,提出了景感生态学这一研究方向。系统阐述了景感生态学的概念与内涵、学科框架、研究框架,从国家重大开发建设中的生态环境保障系统方案和景感生态规划与设计等方面总结了景感生态学的研究进展,并就景感生态学发展方向和重点提出展望。