京津冀地区城市化发展时空差异特征

随着京津冀一体化协同发展的提出,如何协调城市间城市化和产业发展的差异成为目前关注的焦点。因历史原因和政策影响,尤其在城市化发展方面地区之间存在较大差异,定量识别该区城市发展的时空差异性对于制定合理的区域协同发展政策具有重要的指导意义。基于1984—2012年社会经济统计数据,通过引入偏离度指数和变异系数,从人口、土地、社会、经济四方面研究了不同时期京津冀地区城市化发展时空差异特征。研究表明:(1)京津冀地区城市化4个方面的发展均呈整体上升趋势,尤其表现在经济和社会发展方面。整体增长幅度为:经济社会土地人口。(2)从发展速度看,京津冀地区人口与土地增速最快时期发生在2000—2004年;而社会与经济增速最快时期发生在1992—1996年;这些特征充分反映了我国阶段性政策的影响。(3)从城市化发展的驱动因子分析,京津冀地区人口与土地增长速度差异较小,发展趋势较为一致,呈现显著的正相关关系;经济、社会增长速度差异较小,发展趋势较为一致,表现出高度的正相关性;而人口与社会、人口与经济、土地与社会、土地与经济之间的相关性不显著。(4)京津冀地区城市化发展区域差异较大,不同时段各城市发展存在明显差异;在城市化进程中区域间最大差异性表现在土地的扩张,其次是人口增长,而经济和社会增长差异性相对较小。(5)人口、土地、社会、经济四项城市化驱动因子与城市生态因子的耦合协调度均不断提高。     

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。     

京津冀地区生态系统服务供需测度及时空演变

生态系统服务供需状况深刻影响地区生态安全与经济社会的可持续发展。以京津冀为研究区,选取产水、碳固持以及粮食生产3项生态系统服务,应用InVEST模型、ArcGIS空间分析模块,定量测度2005年与2015年京津冀地区生态系统服务供需水平,探索京津冀地区生态系统服务供需时空格局及类型演变特征。结果表明：（1）在2005年与2015年,京津冀地区产水服务处于供需赤字状态,碳固持服务和粮食生产服务处于供需盈余状态,且各项生态系统服务供需状态呈显著的空间异质性;（2）2005年与2015年京津冀地区生态系统服务综合供需状况呈赤字状态,主要赤字范围以京津为中心呈环状分布,并在此期间范围有所扩大。（3）基于生态系统服务供需状况,将京津冀各县区划分为生态涵养区、生态保育区、生态改良区、生态恢复区以及生态控制区,并针对各类型区生态系统供需状况及其时空演变规律,提出了相应的政策建议。     

近20年来京津冀地区土壤风蚀扬尘颗粒物排放变化

京津冀地区是我国大气污染严重区域,土壤扬尘颗粒物排放变化研究对于改善京津冀地区空气质量具有重要意义。收集2000-2019年京津冀地区气候、土壤、植被覆盖数据,分析近20年来京津冀地区土壤扬尘颗粒物排放变化,揭示其变化的影响因素。结果显示2000-2019年京津冀地区土壤扬尘源总悬浮颗粒物（TSP）排放系数均值为1.79 t km^-2 a^-1,其中PM10占8.99%,PM2.5占0.25%。近20年土壤扬尘源TSP排放系数具有下降趋势,PM10和PM2.5排放系数变化过程与TSP一致。上述变化主要受气候因子变化影响,其次受植被覆盖度影响。分析发现近20年来京津冀地区土壤扬尘源TSP排放系数变化主要受年降水量影响。沧州市、天津市和石家庄市土壤扬尘源TSP、PM10和PM2.5排放系数均值较高,张家口市、保定市和沧州市土壤扬尘源TSP排放量占京津冀地区总量的19.18%、12.98%和11.63%。耕地土壤扬尘排放量最大占京津冀地区总量的59.83%,是抑制土壤扬尘源颗粒物排放的重点关注对象,其次为草地占15.66%。2019年邢台市土壤扬尘源PM10排放占观测值比例最高为12.66%,石家庄市和天津市占比也较高分别为11.09%和10.30%,沧州市和邯郸市占比分别为8.63%和8.02%。上述地区环境管理部门均应关注土壤扬尘源颗粒物排放对空气质量的影响。     

京津冀地区景观稳定性评价

景观稳定性是景观生态学中的一个复杂又重要的论题,其在景观生态学的不同研究中,研究与表征方法各异,但京津冀地区景观稳定性的研究相对较少。以京津冀地区为研究范围,以斑块密度(PD)、总边缘对比度指数(TECI)、香农多样性指数(SHDI)等6项景观指数,通过Arc GIS 10.2和Fragstats软件处理遥感影像解译数据;计算其1980、2000和2010年份的景观稳定性,并对不同年份的计算结果进行分析、评价与对比。研究表明,从1980年至2010年,京津冀地区水域湿地、耕地及林草的总面积在波动,但显然这30年间其分布呈破碎化趋势;景观极稳定及极不稳定的区域面积在不断扩大;河北南部、西北部和东北部景观极不稳定区域和北京、天津、河北西南及河北东部的极稳定区域面积在增加;北京、天津、唐山等城市景观稳定性逐步增强,而涿鹿县、文安县、宣化县等城市景观稳定性逐步降低。对景观稳定性的表征方式、分析与对比的方法做了探索,以期为今后大尺度景观稳定性的定量分析与时空对比提供参考。     

基于农牧业产品和生活用水的京津冀地区水足迹时空特征研究

水足迹将实体水消费和虚拟水消费联系起来,能真实地反映水资源利用的空间差异状况。运用自下而上的方法,分别计算了京津冀地区市级、区县尺度2000—2014年水足迹与人均水足迹,并分析其时空变化特征。结果表明:(1)市级尺度上,北京市水足迹、人均水足迹最高,天津市次之。石家庄市水足迹、人均水足迹相对较高,衡水市水足迹、人均水足迹均相对较低。京津冀市级平均水足迹由2000年的35.88亿m~3增长到2014年的50.82亿m~3,天津市、北京市增长幅度最大。(2)区县尺度上,北京市主城六区水足迹、人均水足迹最高,北京市其他市辖区和天津市主城六区、滨海新区水足迹、人均水足迹次之,石家庄市主城区水足迹、人均水足迹也相对较高。北部燕山山区、西部太行山区及衡水市所辖区县水足迹、人均水足迹最低。京津冀区县平均水足迹由2000年的2.30亿m~3增长为2014年的3.16亿m~3。北京市市辖区水足迹增长幅度最大,天津市市辖区次之。(3)水足迹的构成比例从大到小依次是消费虚拟水量、生活用水量和生态环境用水量,消费虚拟水量约占水足迹的90%。京津冀生态环境用水所占水足迹比例总体呈现增加的趋势,北京市生态环境用水所占水足迹的比例高于天津市和河北省。本文对京津冀地区水足迹的计算与时空变化特征分析,以期为研究京津冀地区城镇化对水资源量的胁迫效应提供参考与依据。     

城市扩张导致京津冀区域生境质量下降

城镇化发展极大地改变了区域生境分布格局和功能,从而影响区域生态安全。因此,开展生境质量的评估,对于城市生态安全保障具有重要作用。基于In VEST生境质量模型,评估了京津冀区域2005—2015年生境质量时空变化格局。研究结论如下:1)2005—2015年,京津冀生境面积减少7134.2 km~2,占2005年生境面积的3.7%。耕地、草地和水域生境面积分别减少5081.0、1695.1、421.6 km~2,占对应类型生境面积的4.7%,4.9%和7.2%。2)京津冀生境质量从0.88降至0.83,下降幅度达5.69%。其中,耕地生境质量下降最为严重,其次为水域生境质量。3)生境质量下降区域主要沿北京-保定-石家庄-邢台-邯郸等经济发展迅速的区域分布,表现为城市扩张侵占原有生境。4)京津冀高生境质量斑块破碎度增加,低生境质量斑块集聚度增加。整体上看,京津冀区域生境斑块破碎度增加。     

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。     

京津冀地区生态空间识别研究

生态空间识别是有效维护生态环境和减缓生态退化的有效方法之一,也是生态学目前研究的重要领域。京津冀地区自然禀赋先天不足,由于持续高强度的开发活动,水资源和土地资源的生态压力增大,脆弱的自然生态本底与经济社会发展的矛盾冲突激烈。为了探索基于可持续发展目标的生态空间管控有效方法,依据生态系统服务功能重要性和敏感性评价,以及重点生态功能区、重要生态功能区和生物多样性保护优先区等生态保护重要区域识别,确定了京津冀地区的生态空间。浑善达克沙漠化防治生态功能区、冀北燕山山区和冀西太行山山区,这些重要的区域关系到京津冀地区水资源和生态安全,是京津冀生态安全的重要屏障。生态空间识别将为京津冀地区社会经济可持续发展提供相应的科学依据。     

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。