城市住区形态时空模拟——以厦门岛为例

住区形态变迁受到人口迁移、住区满意度和低碳城市发展政策等因素的限制,常用的土地利用模型难以有效表征这一相互制约关系,使得这方面的研究仍然相对不足。通过耦合SD模型和CLUE-S模型,充分发挥了2个模型在宏观情景模拟和微观土地分配上的优势,模拟了住区、人口、住区碳足迹等制约因素的相互关系,为住区形态变迁时空模拟提供了一种有效的方法。以厦门岛为例,根据研究区历史统计数据、问卷调查数据构建了住区形态变迁SD模型,模拟了基准情景、紧凑情景和低碳情景3种不同发展情景下各类住区类型的用地需求,结合CLUE-S模型预测了3种情景下2009年—2020年各类住区类型的用地范围。结果表明,基准年住区类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三者占地面积比例为1∶1.18∶0.83,基准情景下2018年住区类型Ⅲ将成为主要的住区类型。低碳发展和紧凑发展是惯性发展的两种极端情况,体现在总住区面积、人均住宅面积和人均碳足迹大小的变化,但是对厦门岛总人口数量的影响并不大。根据目前厦门的发展趋势,低碳发展情景与紧凑发展情景相结合可能更靠近现实。在空间分布上,住区类型Ⅰ未来不再新建;住区类型Ⅱ遵循现状继续发展的惯性较大;住区类型Ⅲ分布在征地成本相对较低的区域。模型模拟结果能够为住区用地规划、住区发展对策建议提供有效的技术支撑。     

以材料“创造”土地？——中国城市化进程的一个重要特征

中国快速城市化进程的一个重要特征是以土地为载体,通过大量投入钢铁、水泥等建材大规模修建城市建筑和基础设施,创造出大量的城市生产和生活空间。利用1985—2010年中国省级行政单元城市建成区总面积、城市居住用地总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量等数据,识别城市扩张模式,揭示中国城市化进程中土地、建筑面积及其构筑材料三者间的关系。研究表明2000年是中国城市扩张的重要分界点,2000年之前中国各省份的城市建成区总面积、城市住宅总面积和城市住宅建筑材料总使用量均较小且省份间差异不大,2000年之后三者迅速增长且省份间差异逐渐扩大。在地区尺度上,三者均呈现东部地区最高、中部次之、西部最低的特点,地区内部差异则表现为东部地区最大、西部次之、中部最小的特征。大多数省份的城市住宅总面积及其构筑材料总量随着城市建成区的扩张而增长,表明城市在发展初期以扩大建成区和水平扩张为主。随着城市化水平的不断提高,城市内部空间重组和用地置换导致高层建筑逐步替代了原有的单层或低矮建筑,城市扩张的方向由依赖土地的水平扩张转向以大量使用建筑材料为基础的垂直扩张,使得许多省份的城市住宅总面积逐渐超过辖区内居住用地总面积。这种以建筑材料"创造"出更多"土地"的城市垂直扩张在满足人们对城市生产和生活空间需求的同时,有利于节约土地资源和保护生态空间,但需要以消耗更多的建筑材料并承担建筑材料在开采、制造、运输、使用和废弃过程中所造成的环境影响为代价。     

基于网络分析的生态建设评估指标体系定量选取——以福建省为例

科学有效的指标体系是开展区域生态建设评估以及规划、管理的重要技术手段。然而目前在生态指标体系构建中仍缺乏对指标内涵的系统研究,同时指标的选取过程不够透明,掺杂诸多主观臆断,损害了生态指标体系构建的科学性和有效性。针对福建省生态建设实践,将网络分析与量化指标选择过程相结合,(1)根据福建省生态建设规划和目标,建立主题导向的生态省建设评估网状指标体系;(2)从因果联系、生态过程和管理需求三方面分析各个备选指标之间的相互联系,形成基于主题导向的生态指标网络;(3)根据生态指标应用的科学性和实用性标准,基于网络分析原理,建立生态建设评估指标选择标准矩阵和备选指标矩阵;(4)构建面向经济社会成本和生态完整性的指标选取模型,定量化选取符合福建省实际发展特征的生态建设评估操作指标体系。将有助于深入理解生态建设评估指标体系的内涵,提高指标体系构建的科学性和系统性,提升生态指标体系在实际生态建设评估、规划和管理应用中的效用。     

厦门市三个产业土地利用变化的敏感性

沿海城市人类生存和发展依赖于海岸带生态系统所提供的各类生态系统服务。伴随城市化进程的加快和开发利用程度的提高,沿海城市生态系统受到自然和人类活动越来越大的压力,正面临着剧烈的环境问题,如气候变化、海平面上升、海岸侵蚀等,各种尺度的海岸带脆弱性研究日益引起诸多学者的关注。敏感性是脆弱性分析中的主要因素之一,敏感性指在系统内部、系统与系统之间、复合系统之间相互作用的关系中,用来表征某个系统应对其内部或外部因素变化的响应程度。土地利用变化是城市化过程的集中体现,沿海城市土地利用变化深刻影响了区域生态系统服务的供给、需求和空间配置,进而影响依赖于这些服务的社会产业部门。以厦门市为例,识别沿海城市3个主要产业——渔业、港口航运业、滨海旅游业依赖的主要生态系统服务,构建沿海城市产业部门的土地利用变化敏感性指数,利用生态系统服务价值变化率与土地利用强度变化率的比值对产业部门在土地利用变化背景下的敏感性响应灵敏程度进行表征。计算结果表明,渔业的生态系统服务价值由1987年的1.52610^9元,减小为1992年的1.48510^9元,增加为2002年的2.61410^9元,再下降为2007年的1.11310^9元;港口航运业的生态系统服务价值由1987年的2.13810^9元下降为1992年的1.96310^9元,增加为2002年的2.18710^9元,再减小为2007年的1.85410^9元;滨海旅游业的生态系统服务价值由1987年的2.05610^9元下降为1997年的1.92510^9元,增加为2002年的2.07310^9元,再减小为2007年的2.03810^9元。以1987年为基准年,1992年、1997年、2002年和2007年厦门市渔业敏感性指数分别为0.377、2.692、7.815、3.211,呈现增加-减小的变化;港口航运业敏感性指数分别为1.169、0.474、0.251、1.578,呈现减小-增加的变化;滨海旅游业敏感性指数分别为0.814、0.743、0.091、0.101,呈现减小-增加的变化。在研究结果基础上,探讨了各个产业部门的土地利用变化敏感性响应机制,并且提出未来研究的方向。     

基于LMDI分解的厦门市碳排放强度影响因素分析

研究碳排放强度的变化趋势及其影响因素对于指导低碳城市建设具有重要意义。应用对数平均权重分解法(LMDI),基于厦门市2005—2010年各部门终端消费数据对碳排放强度指标进行因素分解,并将传统分析仅注重产业部门的能源碳排放,拓展到全面考虑产业部门和家庭消费的能源活动和非能源活动影响。研究结果表明:2005—2010年厦门市碳排放强度下降17.29%,其中产业部门能源强度对总碳排放强度变化影响最大(贡献63.07%),家庭消费能源强度是碳排放强度下降的主要抑制因素(-45.46%)。从影响效应角度看,经济效率对碳排放强度下降贡献最大,碳排系数减排贡献最小;从部门减排贡献角度看,第二产业贡献最大,家庭消费贡献最小。总体而言,厦门市未来碳减排重点部门在第二产业,优化产业结构和能源结构有较大减排潜力。     

城市化进程中城市热岛景观格局演变的时空特征——以厦门市为例

热岛效应作为城市化过程中产生的特有环境问题,对其形成和演变规律的研究有助于人们提出有效的应对措施。以厦门市为研究对象,利用1987—2007年等时间间隔、同时相的5景Landsat TM/ETM+遥感影像数据进行地表温度反演,在此基础上使用景观格局指数分析厦门城市热岛景观格局随城市化进程演变的趋势。结果表明:随着厦门城市化进程加深,整个热岛景观在逐渐变得更加破碎化,高等级热岛景观斑块个数、类型面积和个体面积都增大;新的高等级热岛景观斑块都出现在原有高等级斑块附近,致使高等级类型的邻近度增加而各类型之间相互接触的程度也增加;景观总体的聚合度逐渐下降,而高等级热岛景观类型的聚合度则呈上升趋势;景观水平的蔓延度总体呈下降趋势,优势度高的低等级热岛景观所占的比重下降,优势度逐渐降低;多样性指数、均匀度指数总体呈上升趋势,各热岛景观面积在各类型间的分配逐渐趋于均匀;热岛景观斑块的转化方面,在20 a间低等级斑块类型(1、2、3级)向高等级斑块类型(4、5、6级)转化的面积总体上呈增加趋势,而高等级斑块类型向低等级斑块类型转化的面积总体上呈减小趋势,且等级升高的面积明显大于同期等级降低的面积;就高等级热岛景观斑块而言,他们与3级热岛景观斑块间的相互转化最容易发生,远比高等级斑块内部各类型之间的相互转化来得容易,尤其6类和5类的转化是最为困难的热岛景观变化之一;从空间上看,各高等级热岛景观斑块都经历了数量增加、面积扩大、等级升高三个方面的变化,形成了海沧、新阳、杏林、厦门岛西北港口区和机场5个高温组团。利用景观指数分析城市热环境,可探明热岛景观随城市化演变的趋势,并为有效的热岛效应减缓措施提供直接的理论依据。     

城市居民食物磷素消费变化及其环境负荷——以厦门市为例

城市磷代谢不但关系到居民食品安全,还影响到城市生态系统的环境质量.快速的城市化进程及由此带来的居民生活水平的提高,会改变食物消费的数量、质量和结构,从而对城市磷代谢产生重要影响.分析了1988-2010年厦门市经食物消费进入城市系统的磷素变化动态,在此基础上对人均食物磷消费量与相关社会经济因子进行了Spearman相关分析,并计算了居民食物磷素消费的环境负荷.研究结果表明:(1)随着厦门城市化进程的推进,食物磷素消费总量波动上升;人均食物磷素消费量呈M型变化,两个峰值分别出现在1998年和2003年;高磷含量食物如奶制品、水产品,在人均食物磷素消费量中所占比例剧增,分别由0.3％和6.8％上升至14.9％和15.5％.(2)人均粮食磷素消费量与恩格尔系数、平均家庭人口数呈高度正相关,与人均可支配收入、食物价格指数以及具有大学学历以上人口比重呈高度负相关;而植物油、瓜果、畜禽肉、蛋类、奶类和水产品磷素消费量则与粮食所呈现的相关性相反.(3)随着食物磷素消费总量的增加,磷素的环境负荷总量也呈剧增趋势,尤其进入土壤的磷素量剧烈上升,所占比例由59.7％增至85.1％,这可能与禁磷措施的实行、污水处理率的提高、处理工艺的改进等有关.     

城市居民食物氮消费变化及其环境负荷——以厦门市为例

食物消费是城市养分流动的重要环节,以厦门市为例,分析了1988—2009年居民食物氮素消费的变化特点,分析与其变化相关的经济、社会因素,并探讨了居民食物氮素消费变化所带来的环境负荷。研究结果表明,厦门市人均食物氮消费量变化与食物消费量变化并不完全一致,人均氮消费量2000年以前维持在3.29 kg N.人-1.a-1,2000年以后呈现波动性的增长,2004年达到最高值4.00 kg N.人-1.a-1。厦门市食物氮素消费总量增长幅度较大,由1988年的0.54万t增至2009年的1.50万t。同时,粮食在食物氮消费量中所占比例由45.5%下降到15.9%。畜禽肉、奶制品所占比例分别由25.0%和0.4%上升至29.8%和8.8%。通过将相关经济、社会因素与居民食物氮消费量进行相关性分析表明,人均可支配收入、食物价格指数、具有大学学历以上人口比重均与其联系较为密切,呈正相关;恩格尔系数、平均家庭人口数与居民食物氮消费量呈负相关。通过选取1988、1994、2001、2008年分析居民食物氮素消费造成的环境氮负荷发现,由其带来的环境氮负荷量由3509.12t增加至7629.36t,约90%的氮素进入了土壤和水体。其中,进入土壤的氮素占进入环境氮总量的比例由37%增长到60%,进入水体的氮素比例由57%降至35%。     

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。     

厦门市土地利用变化下的生态敏感性

当前,城市化与全球变化背景叠加,海岸带生态系统发生了巨大的变化,沿海城市在全球变化下的脆弱性、敏感性与适应能力等问题已经成为政府和科学界关注的重要问题.土地利用变化是导致生态系统敏感性的重要因素之一.以厦门市作为沿海城市的典型代表,对近20 a土地利用变化下的生态敏感性进行系统研究.分析了城市建设用地扩张、围填海等主要土地利用活动对生态敏感性的影响机制;其次建立土地利用变化下的生态敏感性指数,并分析其变化过程;最后通过ArcGIS图层叠加计算功能,获得生态敏感性空间分布状况.结果表明:1987-2007年厦门市城市建设用地面积由1987年的67.48 km2,增加为2007年的308.21 km2,扩张了4.57倍,主要为蚕食农业用地和林地而来;海岸线长度由1987年的290.19 km,增加为1992年的343.23 km,而后减小为2007年的299.93 km,围垦养殖活动使得岸线变得曲折,填海造地活动导致岸线变得平滑.厦门市土地利用强度由1987年的2.44逐年增加为2007年的2.52,生态系统服务价值总体呈现减小的趋势,由1987年的7.39×109元减少到2007年的7.02× 109元,土地利用强度与生态系统服务价值呈现负相关关系.土地利用变化下的生态敏感性指数由1992年的1.50增加为1997年的4.94,而后减小为2002年的4.12,再增加为2007年的4.47.整体而言,近20a来厦门市生态系统对土地利用变化的敏感性灵敏响应程度不很剧烈,生态敏感性高的区域主要位于沿海区域.