基于多种方法的景观格局动态变化综合分析——以辽宁省铁岭市为例

景观格局变化一直是景观生态学研究的核心问题之一,也是相关生态和环境过程研究的基础.本文应用3S技术,综合传统的空间统计分析、转移矩阵、景观指数和景观动态指数、Kappa指数系列,并引入模糊Kappa指数方法,以铁岭市2002-2011年间景观格局变化为例进行了综合研究.结果表明:铁岭市景观空间格局在研究时段内发生一定程度的变化.旱地面积大幅增加,水田面积明显减少,各景观类型之间均有相互转化.景观格局总体的变化趋势是形状趋于复杂、异质性增加、破碎化加剧,人为干扰的影响较明显.研究区域2002-2007年综合景观动态度指数明显高于2007-2011年,景观动态总体呈现放缓趋势.通过Kappa指数系列可知,研究时段内研究区景观变化由景观类型之间变化为主逐渐转变为各类斑块位置上的变化为主.应用多种方法进行综合分析更能全面有效地反映景观格局变化.     

SWMM模型参数局部灵敏度分析

利用Morris筛选法,分析了3场不同雨强降雨条件下,城市降雨径流模型SWMM的水文水力模块和水质模块的参数灵敏度。结果表明:对SWMM模型径流总量和径流峰值最敏感的参数依次是不透水面洼蓄量(destore-imperv)、管道曼宁系数(conduit roughness)和汇流区宽度(width-K),最大灵敏度分别为-0.329、-0.144、0.133和-0.294、0.171和0.143;对污染物总量敏感性较高的是路面和屋面的最大积累量(max buildup)、冲刷系数(coefficient)和冲刷指数(exponent)参数。雨强对于SWMM模型水文水力参数中的下渗参数的敏感性有较大影响,而对水质参数的敏感性影响较小;研究区的土地利用状况对参数敏感性也有较大的影响。水质参数总体的稳定性要高于水文水力参数。     

基于增强回归树与区域增温敏感性指数的城市升温效应空间分异

热岛效应已成为城市化进程中备受关注的城市生态环境问题。有关城市热岛效应的研究对区域在地表升温过程中的空间分异关注尚不足。通过设计区域增温敏感性指数,借助增强回归树（boosted regression tree,BRT）机器学习算法,量化城市不同区域在地表升温过程中的敏感性差异。结果表明：（1）上海市各辖区增温敏感性从高至低依次是：黄浦区、杨浦区、虹口区、静安区、普陀区、徐汇区、长宁区、宝山区、闵行区、浦东新区、嘉定区、奉贤区、松江区、青浦区、金山区、崇明区;（2）区域增温敏感性在不同的温度梯度下具有明显差异,在高温梯度下区域间指数值的差异最大;（3）地表覆被的增温敏感性存在明显的区域分异特性;（4）基于BRT的增温敏感性指数具有较好的指示意义和较高的灵敏度。在城市热环境持续恶化背景下,探讨城市异质空间中地表温度变化的敏感性可为城市热环境调控提供科学依据。     

基于增强回归树的流域非点源污染影响因子分析

地表水的非点源污染在点源污染不断得到控制的前提下已经成为水环境污染的首要问题.非点源污染影响因子的复杂性及不确定性一直是流域非点源污染研究的重点和难点.本文利用SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型,以辽河子流域汎河流域为例,模拟了2003—2012年的非点源污染状况,对其空间分布状况进行了分析,并应用增强回归树的方法定量分析各种影响因子(坡度、土地利用类型、高程和土壤类型)对该流域非点源污染的贡献率.结果表明: 在汎河流域,非点源污染呈现较高的空间异质性,其中总氮的空间分布差异较大,总磷的空间分布差异较小.坡度因子与载体泥沙、总氮和总磷均呈极显著正相关关系(P<0.01),对泥沙和总磷有显著影响,其贡献率分别为46.5%、38.2%;土地利用因子对载体泥沙、总磷的负荷量有重要影响,其贡献率分别达到27.2%、35.3%;高程较低、坡度较缓的耕地地区易产生较高的总磷负荷量;褐色土壤最易流失总磷,而草甸土易流失总磷,且易受泥沙侵蚀.本研究利用增强回归树模型克服了流域非点源污染影响因子的复杂性,可加深对非点源污染产生机制的理解.     

基于GEE和BRT的1984—2019年长三角生态绿色一体化发展示范区植被覆盖度变化

长三角生态绿色一体化发展示范区是国家重大战略的区域,生态环境保护是该区域发展的优先本底。探究植被覆盖度(FVC)时空变化有利于更准确地认识生态环境质量状况,对区域绿色可持续发展具有重要意义。本研究基于Google Earth Engine(GEE)云平台,分析了一体化示范区1984—2019年植被覆盖的时空变化特征和变化趋势,并基于增强回归树(BRT)量化不同生态因子对FVC的影响。结果表明: 1984—2019年间,研究区域植被覆盖整体呈先减少后增加的趋势。研究区域植被覆盖空间分布具有阶段性和区域性的特征。植被覆盖以退化为主, 相较于1984年,2019年覆被退化和改善的区域面积占比分别为49.8%和12.8%。其中,覆被退化主要发生于吴江北部、嘉善南部和青浦东北部。人类活动完全削弱了自然因素对FVC的影响。基于研究结果,提出GEE平台是实现植被覆盖常态化监测的有效工具。     

土地利用模型CLUE-S在辽宁省中部城市群规划中的应用

土地利用模型在分析、模拟和预测景观格局和过程中发挥着重要的作用。本文应用CLUE-S模型以辽宁省中部城市群为例,探讨了该模型在规划中的应用。在分析研究区1988—2004年景观格局和景观变化的驱动力基础上,对CLUE-S模型进行了参数设置。根据研究区的实际情况设置了3个规划预案:历史趋势预案、生态保护预案和城市规划预案,分别从2004年一直模拟到2024年;并将城市规划方案的结果与辽宁中部城市群的规划进行了对比,结果表明,CLUE-S模型模拟结果更符合实际情况,是区域规划有力的技术手段和科学支撑,能够对规划结果进行预测和评价。     

城市非点源污染研究进展

城市非点源污染是伴随城市化而出现的新问题,其主要来源于城市中的工业排放、化石燃料燃烧、汽车尾气和土壤侵蚀等,通过暴雨径流的冲刷作用汇入城市水体,从而严重危害着城市水体水质和生态系统的安全.本文阐述了城市非点源污染的概念、形成过程及其影响因素;评述了城市暴雨径流的主要研究方法,即事件平均浓度(EMC)和初期冲刷(FF);介绍了国内外常用的SWMM和HSPF两种城市非点源污染模型的研究进展;总结了最佳管理措施(BMPs)和低影响发展(LID)在城市非点源污染控制中的应用;最后根据目前研究的不足,提出了未来研究要在加强污染物机理研究的基础上,进一步完善城市非点源模型,而中国要研究适合本国的城市非点源污染控制措施和将城市非点源污染治理与城市规划、景观设计相结合.     

基于增强回归树和Logistic回归的城市扩展驱动力分析

研究城市扩展驱动力对于准确判断城市发展规律,剖析演化过程和预测城市未来扩展趋势具有重要意义,同时也能为制定合理的调控政策提供指导。以沈阳市1997—2010年城市建成区变化作为因变量,选取三大类10种驱动因子,利用增强回归树(BRT)和Logistic回归两种方法分析影响城市扩展的主要驱动力。结果表明:(1)BRT分析得到影响沈阳城市扩展的驱动因子从大到小依次是:距1997年城区距离、距河流距离、数字高程模型DEM、距高速公路和铁路距离、土地利用类型、开发区规划、GDP、人口密度、坡向和坡度;(2)Logistic回归分析得到影响沈阳城市扩展的前8位驱动因子依次是:开发区、距1997年城区距离、DEM、距高速公路和铁路距离、人口密度、距河流距离、农村居民点和坡度;(3)距1997年城区距离、DEM、距高速公路和铁路距离是影响沈阳城市扩展的主要驱动力,均位于主要因子的前四位;(4)总体来说,沈阳城市扩展受邻域因子影响最大,而自然因子的影响相对较小,社会经济因子则只有开发区和农村居民点对城市扩展影响较大。     

沈阳市降雨径流污染物排放特征

城市降雨径流作为污染物迁移转化的主要驱动力,是城市非点源污染研究的热点和重点。本文以沈阳市典型区域为例,研究了坡顶屋面、平顶屋面和路面3种下垫面降雨径流的总悬浮颗粒物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(Cd、Pb、Cr、Cu、Ni和Zn)共10种污染物的排放特征。结果表明:污染物的浓度峰值提前于径流峰值;路面径流的污染程度重于屋面径流,TN是屋面径流的主要污染物,TSS、TN、TP、Pb和Cr则是路面径流的主要污染物,TSS超过了国家污水二级排放标准,其余污染物均超过了国家V类地表水标准;径流中TSS与除TN以外的其他8种污染物有较强相关性,氮、磷营养元素与降雨量和雨强大小呈显著正相关,COD则易随着降雨时间的延长而逐渐释放到径流中;与其他国家和城市对比发现,沈阳屋面径流中TSS、TN、TP和COD较少,但却有一定的重金属污染;路面径流中TSS和TP浓度较高,但TN和COD浓度较低,且重金属中Pb、Cr、Cu和Zn的污染较严重。     

沈阳市降雨径流初期冲刷效应

研究探讨城市降雨径流的初期冲刷效应对于城市水环境治理和水污染防治具有重要意义。以沈阳市典型区域为例,对坡顶屋面、平顶屋面和路面3种典型下垫面的降雨径流进行了监测,分析的污染物包括总悬浮颗粒物(TSS)、总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)和主要重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Zn)。利用M(V)曲线和污染物初期冲刷率(MFF₃₀),分析了不同降雨径流事件的初期冲刷强度和发生强冲刷、弱冲刷的概率。结果显示:研究区较易产生初期冲刷现象,约有50%-90%的降雨事件能产生初期冲刷现象。3种下垫面发生初期冲刷的强度依次是:平顶屋面>坡顶屋面>路面。降雨历时和干期长度与初期冲刷效应具有正相关关系,降雨量和降雨强度与初期冲刷先是正相关关系,但当稀释效应大于冲刷效应时,呈现负相关关系。重金属污染物较容易发生初期冲刷现象,而TN易发生强初期冲刷。