基于GEE和RSEI的长三角一体化示范区生态环境质量动态评估

生态环境质量变化的及时监测与定量评估,可为区域生态环境协同治理与管控政策制定提供决策支持。本研究基于Landsat5/TM和Landsat8/OLI影像,利用Google Earth Engine(GEE)平台和遥感生态指数(RSEI),综合考虑湿度、绿度、干度和热度等多种生态环境要素,对长三角一体化示范区2000—2020年生态环境质量变化进行了评估,并结合GDP和人口数据分析了社会经济因子对生态环境质量的影响。结果表明：绿度是对研究区生态环境质量贡献率最大的指标,且具有正面效应,而热度指标是引起生态环境质量退化的主要因素;研究区生态环境质量总体上处于中等水平,且呈现平稳上升趋势,其中,青浦区生态环境质量上升趋势明显,而吴江区和嘉善县的生态环境质量略有下降;2000—2020年,研究区生态环境质量提高区域面积占比(30.45%)略高于下降区域(28.35%),良好和优等级区域占比由27.34%增至29.79%,在不同时段,区县间和街镇间差异较为显著;人口增长对生态环境质量具有明显的负面影响,而经济发展并未以牺牲生态环境为代价,二者之间表现为脱钩关系。     

基于水-陆耦合生态系统服务的生态安全格局构建研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

快速城市化和国土空间规划大背景下,评估区域生态系统服务、构建生态安全格局是实现城市精细化发展的有效手段。本研究立足生态系统服务供给效能,以长三角生态绿色一体化发展示范区为例,从陆域、水域两个层面进行量化计算,构建水-陆耦合生态系统服务综合评价体系,将高供给区域识别为生态源地,并基于MCR模型和电路理论分别提取廊道和节点,构建区域生态安全格局。研究结果表明：1）分别识别陆域和水域生境斑块面积34.31km²、272.50km²,为江南水乡空间存续和城市绿地空间选址提供了理论依据;2）水-陆耦合度评价得到源地41个,总面积206.79km²,占研究区总面积8.57%,呈现"西北多东南少"的格局;3）提取89条生态廊道和91个生态节点,生态廊道总长度586.35km,呈均匀网状分布,节点包括44个夹点及47个障碍点,主要位于吴江区。通过区域生态安全格局的构建与优先级评价,分级提出国土空间生态保护与修复建议,为我国其他快速城市化地区及都市圈周边区域的国土空间合理布局、土地利用的转化与管理提供参考。     

基于“水-能源-粮食”纽带的生态系统服务供需关系时空分布研究——以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

生态系统服务供需平衡是区域可持续发展的重要环节,也是有效反映区域社会经济与自然是否能够协调发展的重要表征。以长三角生态绿色一体化发展示范区为例,以"水-能源-粮食"纽带为切入点,基于InVEST模型、CASA模型和Thornthwaite Memoriai模型,测度了示范区2000、2005、2010、2015及2020年产水、固碳、粮食生产服务的供需量,引入基尼系数、供需指数和相关系数,刻画区域生态系统服务供给和需求的空间特征,结果表明：（1）2000-2020年,除粮食生产服务供给量波动下降以外,产水和固碳的供给量均呈波动上升趋势。在需求量方面,三种生态系统服务均呈上升趋势;（2）空间上,产水和粮食服务供给量主要呈"东南、西南高"的特征,固碳供给量高值则集中于吴江区桃源镇,各项生态系统服务需求高值区主要以人口密度较大乡镇为中心呈环状分布;（3）示范区内各生态系统服务空间上呈均衡分布状态,各类生态系统服务供需指数均呈下降趋势;（4）在供给方面,产水-粮食生产呈现显著的协同关系,产水-固碳、固碳-粮食生产的权衡/协同关系不显著;在需求方面,三种生态系统服务呈现出两两协同关系。本研究探索示范区生态系统服务供需关系的时空分布,有利于构建区域生态安全格局,可为长三角地区生态系统服务供需研究提供借鉴。     

国土空间生态修复与保护空间识别——以北京市为例

构建国土空间修复与保护识别体系可以有效实现区域生态系统修复与保护,然而,当前国土空间生态修复与保护研究和规划缺乏从系统性和完整性的角度识别关键生态修复与保护区。因此构建了系统的生态修复与保护空间识别方法,以实现区域协调发展、保障区域生态安全。基于该方法,以北京市为例,通过评估生态系统服务、生态系统质量和生态问题,构建生态修复与保护空间格局。研究结果表明：(1) 2000—2015年生态系统服务和质量退化区主要集中在平原区和密云水库北部,面积为760.4 km~2;生态系统质量低下区主要分布在西南部山区和东北部山区,面积为4925 km~2;水土流失问题区零星分布在山区,面积为130.1 km~2;基于以上三者的北京生态修复建议区总面积5606 km~2。(2)建议北京生态保护区6391 km~2,主要分布在北部山区和西南部山区,保护了79.63%的水源涵养功能,74.97%的土壤保持功能,58.79%的洪水调蓄功能和60.3%的自然栖息地。本研究构建的生态修复与保护空间识别方法体系,为北京生态修复和保护规划与生态安全格局构建提供科学依据,还可以为其他地区的生态修复与保护规划提供参考。     

城市滨江地区生态空间质量快速评价——以长江南京段为例

生态空间质量能够反映自然环境的优劣程度及其生态服务对人类社会的适宜能力。基于国土空间高质量发展理念,结合湿地生态健康快速评价法,从生境自然性、景观稳定性、环境适宜性和管理调控度等维度构建了适用于城市滨江地区的生态空间质量评价的指标体系,通过现场打分和主成分分析等方法,对长江南京段生态空间质量进行诊断。结果表明：总体上,南京滨江生态空间综合质量处于中等水平,生态斑块在土地利用类型和空间分布上具有显著差异,这与人类活动干扰密切相关。其中,生境自然性的数量等级分布均衡,斑块间具有明显的空间自相关性;景观稳定性的数量等级具有“两头高、中间低”的态势,且呈现距长江越近指标越优的分布格局;环境适宜性与管理调控度表现优良,城市化水平越高的区域,生态空间的管控水平越高。研究结果对国土空间规划和长江岸线生态廊道建设具有一定的理论与实践价值。     

基于MSPA-连接度-空间句法的生态保护空间及优先级识别——以苏锡常地区为例

随着城市化进程的加快,对生态保护空间(Ecological Protect Area,EPA)进行优先级识别已经成为保护生物多样性,缓解城市生态压力,提高土地利用效率的重要方法之一。以苏锡常地区为例,通过形态空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis,MSPA)确定EPA,进而采用景观连接度方法对其优先级进行识别,以优先级较高的林地和水域为"源地",构建EPA网络;同时由于景观连接度方法在识别优先级时,未能体现EPA对物种决策的非等权重影响,因此本研究引入空间句法进一步对EPA进行优先级识别。结果显示:1)苏锡常地区EPA中编号1、2的林地以及太湖的优先级最高,是区域网络的3个中心,需要优先保护;2)引入空间句法的优先级识别结果与基于景观连接度的优先级识别结果存在明显差异,后者优先级较高的8个EPA,在引入空间句法后优先级降低1—2个等级;后者优先级较低的4个EPA的优先级则上升了2个等级。同时也表明:基于连接度-空间句法的EPA优先级识别方法能够反映不同景观要素对物种决策行为的非等权重影响,强化了生态要素的空间配置的生态效应,为明确关键...     

城市生态韧性水平空间评估及其驱动力——以北京市通州区为例

随着城镇化水平的提高、城镇化进程的发展,城市生态系统逐渐变得脆弱不堪,增强城市生态韧性水平对城市发展起关键性作用。以韧性的核心内涵为基础评估城市生态韧性水平,探究城市防范化解生态风险能力在空间上的差异,从而制定分区生态治理制度,是提升城市防范化解生态风险能力的有效办法。从抵抗力、适应力和恢复力三方面构建了城市生态韧性水平空间评估模型,以2020年北京市通州区行政边界、土地利用、重点排污单位、人口等数据为例,评估了2020年北京市通州区生态韧性空间格局,并利用空间自相关模型对其分区生态治理进行研究。最后利用地理加权回归分析模型（Geographical weighted regression,GWR）进行驱动力分析,探讨社会经济层面对城市生态韧性水平空间的影响,并提出建设性建议。主要得到以下结论：（1）在空间结构上,通州区生态韧性低值区域最多,占比为52.80%,主要分布于通州区北部、东北部、中部偏西及东南部;高值区域最少,占比0.83%,零星分布于偏西部地区和偏南部地区。通州区由于缺乏相对适宜的整体规划和统筹安排,使城市生态系统的循环体系受到了负面影响,从而导致东南地区抵抗力弱。同时,近年来降水点的南移使得大量水资源在城市热岛效应的作用下流失,通州区东南部及通州大运河沿线区域内恢复力呈现出大范围低值水平。（2）通州区中心偏西北地区为副中心的核心地带,呈现低韧性水平-高排污企业密度的集聚分布情况,且生态韧性低值区域主要集聚于新华街、中仓街、玉桥街等区域,说明这些区域的环境生态风险防范化解能力比较低,需要因地制宜地对生态危机做出可持续的分区生态治理,增强区域对生态风险的调节能力。（3）结合GWR模型的驱动力分析,城市生态韧性水平主要被城市功能多样性驱动,且城市功能多样性越强,城市生态韧性水平越低,在通州区西北部的城市副中心负向影响最为显著。研究结果为城市生态韧性水平发展优化提供了理论依据,为促进国土空间合理利用和有效保护发挥积极作用。     

中小城镇绿色空间评价与格局优化——以山东省即墨市为例

目前引导城市空间合理发展已成为城市研究热点之一。绿色空间具有生命支撑、生态调节与环境保护等多重功能,是城市空间生态调控和可持续发展的基础。为指导快速城市化时期我国中小城镇空间的健康发展,选择山东省即墨市为研究区,以绿色空间类型与功能为切入点,综合运用生态适宜性、敏感性和连通度评价等景观生态学理论与方法,借助GIS技术,探索中小城镇绿色空间评价与格局优化方法,并以此对城镇空间总体布局进行调控。研究结果表明,基于景观生态评价的城市绿色空间格局优化,能够提供城镇发展的生态管制刚性区和引导发展弹性区,是指导城市空间理性发展的一条有效途径。     

流域生态空间与生态保护红线规划方法——以长江流域为例

生态空间是指以提供生态系统服务为主要目标的地域范围,确定生态空间范围是协调保护与发展、保障生态服务持续供给的基础。长江流域是中华民族的摇篮与中国文化发祥地之一,是中国经济发展的重要增长极,以及具有全球意义的生物多样性热点区。以长江流域为对象,探讨面向流域生态空间规划的方法与管理对策。研究中,选择生态系统服务指标(水源涵养、洪水调蓄、水质净化、水土保持和生物多样性维护)和生态敏感性指标(水土流失、石漠化和土地沙化),基于流域水文路径分析和与其关联的生态系统服务的受益人口,提出一种流域尺度的生态空间规划方法。研究结果显示,长江流域生态空间面积为102.25万km^2,占长江流域总面积的57.42%,森林占52.87%,灌丛占19.51%,草地占18.96%,湿地占4.26%,保护了79.47%的水源涵养功能,86.99%的洪水调蓄功能,78.09%的水质净化功能,80.60%的水土保持功能,以及86.49%的自然栖息地。在生态空间规划的基础上,进一步探讨了长江流域生态保护红线的格局,现阶段生态保护红线面积为59.25万km^2,占长江流域总面积的33.27%,其中上游占比59.24%,中游和下游分别占比38.05%和2.71%。本文提出的规划方法与研究结果,不仅可以为长江流域生态空间规划、保障流域生态安全和促进流域经济社会可持续发展提供依据,还可以为其他流域的生态空间的规划提供参考。     

城市生态保护红线划定与管理——以澳门特别行政区为例

我国澳门特别行政区是世界上人口密度最高的地区之一,人地关系紧张。随着城市和经济的发展,人类空间与生态空间失调,城市生态和人居环境问题不断加剧。在建设美丽湾区、美丽澳门和人们对美好人居环境需求的背景下,通过划定城市生态保护红线以控制和维持现有重要功能生态空间,保护和改善高敏感生态空间,维护区域生态安全显得尤为重要。基于对澳门陆域生态系统调查,结合城市和自然资源特征,从生态系统服务功能、生态系统敏感性、生物多样性分布以及现有生态保护区四个方面构建了城市生态保护红线划定方法框架,选取并评估水源涵养、雨洪调节、热岛调节、土壤保持、海岸带防护五类调节服务和生态系统服务中的休闲游憩的空间格局,水土流失敏感性和海岸带风暴潮敏感性两种生态敏感性的分布,并综合澳门具有保育价值生物的栖息地分布和现有保护区范围进行了城市生态保护红线的划定。研究结果显示,澳门城市生态保护红线区域总面积6.71km²,占研究区面积的19.79%,覆盖了44%的生态空间、12.4%的海岸线、所有的重要物种栖息地及三分之一的古树名木。依照此生态保护红线研究进一步提出针对各类红线地块的保护和管理措施。研究提出的城市生态保护红线划定思路,可以为其他城市的重要生态空间保护、修复与管理提供参考。     

珠江三角洲城市群生态安全保障技术研究

近年来,在工业化、城镇化迅速推进和人口急剧增长的同时,珠三角城市群正面临严重的现代城市生态问题。生态安全问题已成为珠三角地区率先全面建成小康社会的重大制约瓶颈,对该地区经济社会的可持续发展构成了严重的威胁。"珠江三角洲城市群生态安全保障技术"项目将围绕脆弱生态修复与保护这一科技需求,对珠三角城市群复合生态系统进行综合研究。项目将针对内部互动复杂、空间组织紧凑、经济关联密切的城市群复合生态系统,开展城市群生态基底核算与健康诊断、城市群代谢模拟与生态风险预测预警技术、城市群生态安全格局网络设计及生态安全保障技术、城市群生态景观重建与生态空间修复技术、濒海城市群受损生境修复与生态安全保障技术以及城市群生态安全调控技术集成及协同监管平台构建与示范等六方面的研究。项目将为珠三角城市群生态问题的识别、评估与调控提供有效的理论基础、方法体系及技术示范,由之将为保障该城市群的生态安全提供科学支持,并带来显著的社会、经济与生态效益。     

长三角地区1995-2007年生态资产时空变化

结合遥感定量反演与经济评价法,利用1995年1 km的AVHRR-NDVI、2000年和2007年250m MODIS-NDVI等遥感数据,模拟与评估长三角1995-2007年生态资产时空变化.结果表明:长三角1995-2007年生态资产总量呈持续下降趋势,由1995年891.39亿元减少到2007年845.54亿元,减少5.14％;各地市生态资产总量总体呈下降趋势,但区域变化差异极其显著;长三角1995-2007年生态资产空间分布呈南高北低格局,空间变化呈南部和北部以轻度增长为主、中部以中度和严重退化为主的变化特征;土地利用变化是导致长三角生态资产减少及空间差异的主导因素,自上而下生态修复工程明显有助于增加区域生态资产.     

基于生态系统服务供求评价的空间分异特征与生态格局划分——以长三角城市群为例

生态系统服务供给与需求能力存在显著的空间异质性与空间失衡,对区域经济发展与环境保护产生巨大影响。以长三角城市群区县为研究单元,分别核算其生态系统服务供给与需求值,引入梯度分析,分析生态系统服务供给与需求的空间特征,并基于供求分析提出长三角城市群生态格局分区方案,且针对性地提出相应片区的发展策略,为长三角城市群土地利用规划、区域协调发展提供科学依据。研究结果表明:(1)长三角城市群生态系统服务供给能力与土地利用类型密切相关,呈现从北到南逐渐升高趋势;(2)长三角城市群生态系统服务需求能力与社会经济发展联系紧密,在长江入海口附近形成生态系统服务需求高值区,然后向外围递减;(3)沪宁杭庐发展梯度带上,生态系统服务供需大致呈现负相关趋势;(4)基于生态系统服务供需关系构建,得到长三角城市群生态格局四大分区:生态保育区(高供给-高需求),生态修复区(低供给-高需求),生态重塑区(低供给-低需求),生态开发区(高供给-低需求)。     

基于适应性循环理论的区域生态风险时空演变评估——以长江三角洲城市群为例

在城市扩张和气候变化背景下,三角洲社会与生态系统正遭受多方面风险威胁,适应性视角下的区域生态风险评估有助于理解复杂系统与风险影响之间的相互作用,为长江三角洲城市群适应性规划策略提供空间定量参考。以长江三角洲城市群社会-生态系统为研究对象,耦合适应性循环与区域生态风险评估理论,构建"潜力-连通度-韧性"适应性生态风险评估框架,从整体和动态的角度评估区域在当前与未来适应性生态风险的时空分布与各城市所处的适应性循环阶段。结果表明,适应性生态风险由沿海区-城市群-生态区域呈现由较高到高再到低的趋势,大城市外围现已出现较高风险。至2030年,风险整体呈上升趋势,高风险向中小城市和生态区域蔓延。从适应性循环阶段来看,杭州、宁波等14个城市处于生态风险较低的重组阶段。常州、南通等8个城市处于风险升高的开发阶段。上海、南京、无锡和苏州处于城市发展成熟风险开始降低的保护阶段。本研究通过评估长三角城市群适应性生态风险,得到高风险区分布与各个城市的适应性风险趋势,为长三角城市群动态变化下的适应性规划策略制定提供了科学的指导,以实现区域的可持续发展。     

长三角城市群碳排放与城市用地增长及形态的关系

城市是一种重要的碳源,城市扩张过程中的用地面积增长和空间特征变化均会影响城市碳排放。分析1995—2015年长三角城市群碳排放重心转移,查明碳排放和城市用地增长的脱钩状态时空变化,并通过构建面板数据模型探究城市形态对碳排放的影响,得出以下结论:(1) 1995—2015年长三角城市群碳排放重心经历了西南向-西北向-东南向-西北向的转移过程,这种转移过程与其相应时期内部分城市的工业发展与产业结构调整有关;(2) 1995—2015年,长三角城市群碳排放与城市用地增长的脱钩状态存在着显著的时空异质性。研究区由以扩张负脱钩为主变化为以弱脱钩为主,2005年以后,区域之间的脱钩差异开始缩小,总体来看研究区脱钩状态趋向于同质。至2015年,近70%的城市已达到了脱钩,其中上海等城市实现了强脱钩;(3)连续完整的地块在区域内的主导程度会对城市碳排放产生负向的影响,而城市用地斑块的破碎化程度和聚集程度对碳排放有着正向的影响,且相对而言,聚集程度的正向影响更为显著。     

珠三角城市群生态空间游憩利用扩展格局及影响因素

生态空间是城市群人居环境的重要保障,探析城市群生态空间游憩利用扩展的格局及影响因素,对于完善城市群功能、构建均衡共享的生态空间游憩服务体系具有重要意义。以珠三角城市群为研究区域,从数量和面积两方面分析其在1990-2017年间区域内生态空间游憩利用的动态扩展特征,并探究其影响因素。研究结果表明：（1）生态空间游憩利用的数量扩展方面具有"由少数点向内、外同时扩展→由外向内部分填充"的特征;（2）生态空间游憩利用规模扩展表现出"少数规模较大的孤点→边缘区和建成区内部同时扩展→中心填充"的空间特征;（3）生态空间游憩利用的空间扩展主要受人口增长、城镇化发展、休闲旅游需求变化、区域生态空间治理政策和城市群规划理念的综合影响。本研究总结了城市群生态空间游憩利用扩展规律和成因,启示城市群要通过生态空间治理政策与整体规划的优化推动全域生态空间游憩利用,并注重生态游憩空间配置与人口和城镇化发展、休闲旅游需求变化相协调。     

基于生态供需视角的生态安全格局构建与优化——以长三角地区为例

生态安全格局构建是保障区域生态安全与提升人类福祉的基本途径之一。以长三角地区为案例区,通过生境质量评估、生态系统服务重要性评价和景观连通性分析识别区域生态源地,在利用生态系统服务价值化方法辨别高生态需求区的基础上,运用最小累积阻力模型提取源地与高需求地之间的生态廊道,以构建并优化区域生态安全格局。研究结果表明:长三角地区生态源地总面积64911km~2,占全区的32.51%,主要分布于皖南和浙中;区域中高与较高生态需求斑块总面积占全区46.60%,主要位于上海市和江苏省;区域生态廊道总长度11188.85km,源间廊道主要分布于长江沿岸和区域南部,需求廊道主要位于区域东中北部。研究首次将生态需求评价纳入生态廊道建设框架,为生态安全格局构建提供新思路,结果可为生态空间保护规划提供参考。     

基于Google Earth Engine的长三角城市群生态环境变化与城市化特征分析

作为城市发展的最高空间组织形式,城市群在高速城市化进程中将不可避免的对地区生态环境产生胁迫影响。如何平衡生态环境和城市化发展已经成为了值得关注的问题。以长三角城市群为例,基于Google Earth Engine云平台,通过整合日间光学遥感和夜间灯光遥感数据对生态环境状况、城市化强度以及二者在发展过程中的耦合协调特征开展了长时间序列的对比分析。结果表明：1）长三角城市群在过去近20年间的遥感生态环境指数（Remote Sensing-based Ecological Index,RSEI）稳定上升,生态环境呈现出好转的态势,但地区间的差异依旧显著;2）综合灯光指数（Comprehensive Nighttime Light Index,CNLI）能够较为准确的刻画城市群的城市化水平,研究期间内长三角城市群形成了"层次分明"、"由东向西"逐步推进的多层次的城市化格局,其中高强度城市化城市集中在上海市及其周边的无锡、苏州和嘉兴,低强度城市化城市则分布在城市群西部;3）基于CNLI和RSEI指数构建的耦合协调距离模型能够有效的识别出城市群内部城市化与生态环境的耦合协调程度,并根据象限特征将城市群城市划分为良好协调类型、初级协调类型、城市化滞后型和生态环境滞后型城市。     

城市群生态安全保障关键技术研究与集成示范——以长三角城市群为例

根据国家科技部"典型脆弱生态修复与保护研究"重点专项(2016年)指南任务要求,本项目将重点开展"长三角城市群生态安全保障关键技术研究与集成示范"的研究。基于对"长三角城市群重大生态安全问题的DPSIR多元共轭机理"及"长三角城市群生态安全协同联动机制与保障路径"重大科学问题的辨识,强化"1、5、1"的整体研究思路和技术路线,即:构建1个基础理论框架、研发5大技术体系、创新1个协同联动决策支持系统和平台。项目成果将有助于长三角地区提高生态系统监管能力,促进区域健康发展,并为国家城市群可持续发展提供科学依据,具有极其重要的社会、经济和生态效益。