基于GIS的产业生态学研究述评

产业生态学由于缺少关于空间分析的工具,使得研究结果因缺乏空间维度信息而影响对管理效率和精准度的支持。基于GIS的产业生态学相关研究已成为产业生态学研究的一个新的方向。为总结已有的研究成果并展望未来的研究方向,运用文献计量及对比分析的手段,系统分析了国内外基于GIS的产业生态学的相关研究进展,得出以下结论:当前基于GIS的产业生态研究主要集中在物质代谢、产业共生和生命周期评价3个方面,将GIS技术引入到物质代谢研究中,可以更好的展示物质代谢的时空分布格局,为物质代谢研究提供了一种新的方法;基于GIS技术,不仅可以更加高效地挖掘潜在的产业共生机会,还可应用于生态产业园的规划管理如企业的选址、空间布局等以及废弃物的回收再利用方面;将GIS与LCA耦合在一起,可以很好地补充、完善和管理传统数据,有助于探索产品、活动或工艺的环境影响的空间特性以及进行土地利用相关的环境影响评价。另外,国内外研究的侧重点也不尽相同。在物质代谢研究中,国内研究较少,仅在城市尺度上进行了基础设施的物质代谢及其存量分析,国外在国家、城市尺度上研究了铜、锌等金属的物质代谢情况;在产业共生研究中,国内侧重于生态产业园的研究,而国外侧重于城市尺度的产业共生机会识别的研究;在LCA的研究中,国内开展了基于GIS的生命周期评价数据库和产品材料信息管理系统的研究,而国外侧重于进行区域化的生命周期评价、进行土地利用影响类型的相关评价以及污染物的追踪,国内在该方面尚处于起步阶段。国内外在研究方法上存在共性,都是基于GIS的空间分析方法、缓冲区分析方法以及数据库技术等。未来将GIS作为一个平台,面向产业转型展开产业生态学综合理论方法的研究,可以为产业的可持续性管理提供有效支持。     

噪声诱导多细胞系统的同步切换

在以往的工作中讨论了对单细胞的基因开关系统噪声如何诱导连贯切换．在此,对多细胞的基因开关网络系统研究各种噪声（包括细胞内噪声和细胞环境噪声）对同步切换的影响．发现：细胞内基因调控过程中的合成率和降解率的随机涨落以及细胞内的附加噪声均能够诱导群体基因开关系统的同步切换,而且存在一个最优的噪声强度,它使得这种同步切换的效果最佳．另一方面,细胞环境的随机涨落所导致的噪声（即环境噪声）,不但能诱导上述同步切换,而且当细胞内噪声不足以诱导细胞群体的同步切换时,它通过压制内部噪声来达到增强群体系统的协作行为．最后,还分析了受噪声影响的信号分子的扩散率对细胞群体切换行为的影响．     

大鼠胎儿期噪声暴露对成年后听觉目标探索行为的影响

环境噪声被认为是影响健康的重要因素之一,但有关胎儿期环境噪声对成年后听觉行为的影响缺少系统的研究。本研究对胎儿噪声暴露组、成年噪声暴露组和正常对照组大鼠在出生后第11周开始进行为期17d的听觉目标探索训练,观察其在水迷宫中寻找听觉目标的行为差异。以大鼠寻找平台的时间、成功率、运动轨迹为指标对其听觉目标探索行为进行比较。结果发现,噪声暴露可导致大鼠在水迷宫中的听觉目标探索行为的缺陷,在胎儿期噪声暴露比成年期噪声暴露对动物探索听觉目标的行为影响更大。该结果提示,孕期进行适当的噪声防护以保证优生优育是非常必要的。     

大学校园的健康服务功能及要素构成—以北京为例

作为教学科研场所的大学校园,可以提供重要的健康服务功能。但是,除了为师生提供服务,市民是否也应该享受大学校园提供的健康服务缺乏清晰的判定。以大学校园承载的健走、跑步等线性体育活动为研究对象,利用在线用户最多的"咕咚软件"获取运动健身活动的VGI共享数据,结合GIS分析技术,从个体属性、运动时间、运动空间、运动模式4个维度,分析行为与空间的关系,通过比对城市空间和校园空间的健身特征,对高校提供的健康服务功能进行解析,判定大学校园提供的健康服务功能。研究表明,校园空间承载着将近30%的城市健身行为,对师生和市民都具有较高的支持潜力。校园健身活动的主要空间载体是校园道路、体育设施和景观空间,空间类型多元化可以有效地促进体育活动。同时,校园的安全效应也增强了校园健身的吸引力。因此,合理有效的校园管理可以提升校园对城市的健康服务效能。     

试析地理信息系统在环境流行病学中的应用

地理信息系统(GIS),其基础主要是地理空间数据库,通过采集相关的地理空间信息,并进行相应的处理分析、操作模拟等,运用地理建模的思想,提供多样、动态的地理信息资源。流行疾病的研究中方发现很多疾病的传播与地理空间因素有很大关联,因此在流行病学的研究中应用GIS技术,通过对相关数据的分析处理,能为人们提供更多的疾病相关的信息,为深入了解疾病提供了更多可供参考的资料,具有广阔的应用前景。本文主要结合GIS技术和流行病学研究特点,分析GIS技术在流行病学研究中的重要作用,同时,也对当前具体应用中存在的问题进行分析,并对流行病学研究中GIS技术的应用前景做了简要分析。     

基于GIS的苏南地区城市生态空间划定——以苏州市为例

城市生态空间是指能够维持城市生态系统平衡、为城市提供生态系统服务和提升城市居民生活质量所不可或缺的城市空间。合理划定城市生态空间是构建可持续发展的国土空间格局的重要基础,是维持城市经济发展和生态建设之间平衡的关键所在。本文以苏州市为案例,基于生态系统服务功能和生态敏感性评价,选取针对性的评价指标和评价模型,利用遥感数据和GIS技术,划定苏州市生态空间。结果表明:苏州市生态空间总面积为4543.64 km~2,占苏州市国土面积的52.48%;缓冲区域面积为2465.11 km~2,占国土面积的28.47%。利用Fragstats 4.2统计分析可知,苏州市生态空间总计有2877个斑块,生态空间破碎化较为明显。对生态空间土地利用类型统计发现,13%左右的城市建设用地侵占了生态空间。     

环境噪声对临安和阜阳两地白头鹎鸣声频率的影响

为了解环境噪声对白头鹎(Pycnonotus sinensi)鸣声频率的影响,在浙江临安和安徽阜阳两地分别对白头鹎在高低噪声水平环境中的鸣声做了研究。把用数码录音机记录到的鸣声输入计算机,利用计算机声谱分析系统进行分析,再对每一鸣声的每个音节的主频进行Mann—Whitney U检验。结果显示：高噪声水平区和低噪声水平区相比,在两地白头鹎每一鸣声的各音节主频中,最低和最高主频以及第I、Ⅱ音节的主频都有显著提高;在阜阳第Ⅲ音节的主频也有显著提高。这表明白头鹎可以通过提高声音频率来避免环境噪声对鸣声的影响,从而保证噪声环境中声信息的有效传递;而噪声对各音节的不同影响也表明,同一鸣句的各音节,对于噪声通讯中的信息识别,具有不同的地位。     

城市绿地可达性与公平性评价

城市绿地是城市重要的绿色基础设施,是实现城市可持续发展的重要空间保障,具有重要的生态、社会文化功能.20世纪80年代以来,我国一直以城市人均(公共、公园)绿地面积、绿地率、绿化覆盖率等面积比率指标作为核心指标来指导城市绿地建设,缺乏具体引导城市绿地空间分布的指标,较少关注城市绿地服务功能的公平性问题.借助于GIS技术,构建了城市绿地社会功能评价的简明框架,尝试将表征城市绿地空间分布的可达性和公平性指标引入城市绿地的功能评价中,以体现城市建设"以人为本"、"社会公平"的理念,并以上海和青岛为实证,对新构建的系列指标进行了分析与检验.研究结果表明:(1)可达性和公平性系列指标导入城市绿地的功能评价中是可行的,能够有效的表征和测度城市绿地空间布局的合理性程度;(2)可达性和公平性指标使用时需要界定研究区范围、研究尺度,特别是数据精度,以利于研究区的纵向比较和城市间的横向比较.研究结果将丰富我国城市绿地评价的核心指标体系,亦可为城市规划者和建设者合理规划与布局城市绿地提供重要的依据和参考.     

环境噪声对蝙蝠回声定位叫声及飞行活动的影响

环境噪声影响动物的活动及其叫声特性,已成为动物面对的一种重要选择压力。为应对噪声的干扰,多数动物类群会远离噪声区域和改变其叫声的频谱时间结构,如延长叫声持续时间、提高叫声频率等,但有些动物的活动和叫声频谱时间结构并不受环境噪声的影响。本研究在自然条件下,研究不同环境噪声强度对蝙蝠活动和回声定位声波的影响。选取噪声强度有差异的12个样点,分别录制各样点大卫鼠耳蝠、西南鼠耳蝠、亚洲长翼蝠及未知蝙蝠的回声定位声波,分析其持续时间、起始频率、峰频、终止频率和带宽,统计蝙蝠通过次数。回归分析结果显示：环境噪声强度与大卫鼠耳蝠、西南鼠耳蝠、亚洲长翼蝠及未知蝙蝠的活动无显著相关性P > 0.05）,与回声定位声波的脉冲持续时间、起始频率、峰频、终止频率及带宽均不显著相关（P > 0.05）。暗示低频低强度（< 20 kHz, < 67.5 dB）的环境噪声可能对高频回声定位蝙蝠的叫声及活动没有显著影响。     

海湾型城市半城市化地区空间扩展演化——以厦门市为例

选择海湾型城市--厦门市半城市化地区为研究对象,基于研究区1987、1992、1997、2002和2007年5个时相的TM/ETM+遥感影像数据,在遥感与GIS技术支持下获取了近20a 来各期土地利用信息数据,采用景观格局转移矩阵、景观格局指数和分形理论等方法研究了厦门市半城市化地区城市化过程中的景观格局空间演变特征,详细分析了城市形态演变、城市围填海特征及政策影响.结果表明:20 a 年来厦门近郊建设用地从18.4 km2增加到108.4 km2,远郊则从35.7 km2增加到114.9 km2,分别增长为原来5.9倍和3.2倍;城市空间扩展过程通过不断侵蚀耕地、林地和大规模填海造地完成,其中耕地景观变化最大,城市扩展最高峰(2002～2007年)近郊与远郊被建设用地"蚕食"的耕地多达19.74 km2和33.11 km2;在城市空间不断扩展的过程中,近郊城市城市由不稳定形态逐步向稳定形态(填充增长)演化,但远郊形态格局尚处于以中心城市扩展为主体的时期;填海造地面积及其时空分布与政策因素密切相关,20 a来厦门半城市化地区海岸线缩短了14.3%,近郊与远郊海岸分维数分别从1.236和1.267降到1.191和1.262,岸线复杂性明显降低,逐步趋于平直;海湾型城市战略的提出对填海造地影响最为明显,2002～2007年期间填海进程明显加快,近郊与远郊分别填海13.32和9.15 km2,超越了前15 a 填海总面积.     

基于城市控制性详细规划的热岛效应评价

随着城市规划法律地位的提升,控制性详细规划在指导土地出让、规范城市建设空间结构方面发挥着越来越重要的作用.在控规单元尺度上理解各项控制指标的热岛效应,在控规地块尺度上进一步揭示控制指标组合的“热环境绩效”,对于定量评价控规的热环境效应、提出缓减热岛的控制措施具有重要意义.本文利用遥感Landsat8 TIRS热红外遥感数据反演的地表温度来表征热岛效应,结合统计分析与GIS空间分析技术,定量评价城市控制性详细规划主要技术经济指标及其配置结构的热岛效应.结果表明: 绿地率、地块面积、建筑密度、建筑高度在控规单元尺度上对地表温度具有显著影响.通过构建三维模型发现,控规地块对热环境影响最小的组合为绿地率30%,容积率2.5～3.5.研究结果为城市控制性详细规划的优化提供了新的视角.     

基于城市环境气候图的宁波大气环境分析与调控对策

城市化的蓬勃发展改变了城市气候和环境,产生了诸多气候环境问题,需要有效的城市气候环境信息与调控对策来应对和缓解,城市环境气候图在城市气候环境的规划与调控方面提供了重要指导。在传统城市气候图的基础上,提出了多季节、多环境要素相结合的城市环境气候图构建方法。在此基础上,以具有复杂下垫面和明显季节性气候特征的宁波市区为案例,综合运用遥感反演、GIS空间分析、中尺度数值模拟等技术手段,对城市热负荷、大气污染、通风潜力和风场及整体的城市气候环境进行多季节分析与评估。结果表明:在形成城市气候环境的主要要素方面,城市热负荷、大气污染物分布都具有显著的季节性和空间性差异,宁波市春、夏季同时受热负荷和大气污染影响,冬季仅受大气污染影响,秋季受二者影响均较小;通风潜力的空间格局各季节之间具有高度的相似性;风环境复杂多变,呈现出显著的季节性和空间性差异。对城市气候环境的整体分析发现,城市气候环境高价值区和中价值区主要分布于山林、农田和水体,高风险区位于北仑、镇海和杭州湾南岸的沿海重化工业带,中风险区分布于江北区东部、鄞州城区东西两翼、慈溪城区和奉化城区东北部等工厂厂房密集的区域。进一步在前述分析的基础上,提出了城市风道规划方案和气候环境调控对策,包括2条一级风道、5条二级风道、3条受海陆风影响的三级双向风道、12条受海陆风影响的三级单向风道、13条受山谷风影响的三级单向风道和七类城市气候环境调控对策。提出的多季节、多环境要素相结合的城市环境气候图构建方法适用于季风气候地区复杂气候环境的分析与评估研究,能够提高城市气候环境分析的综合性和准确性,并能够通过风道规划及相关调控对策的制定和实施改善城市热负荷和大气环境质量,缓解各季节的城市气候环境问题,为城市环保、气象、规划等部门提供重要的决策支持,从而促进城市可持续发展和生态城市建设。     

成渝城市群城镇化与生态环境耦合协调及交互影响

以成都-重庆(简称成渝)城市群为研究对象,从经济、社会、生态和城乡协调4个子系统构建城镇化综合评价指标体系,将生态环境承载力和生态弹性结合构建生态环境综合评价指标体系,应用耦合协调度模型测度2005-2018年成渝城市群各地级市城镇化与生态环境的耦合协调度,借助GIS空间分析法、象限分析法和Tapio模型,分析成渝城市...     

西安市典型区域城市生态单元空间格局研究

综合利用遥感(RS)与地理信息系统(GIS)技术手段,选取西安市南郊城乡结合部为研究区,采用室内遥感影像判读、野外考察验证与室内机助制图相结合的方式,根据城市生态单元分类体系,在GIS的支持下建立了研究区城市生态单元数据库,并在此基础上,通过计算研究区城市生态单元的平均面积、形状指数、分形分维数、稳定性指数、MoranI指数这五项指数,对城市生态单元空间格局进行定量化研究.结果表明,城市生态单元主类斑块数量和斑块总面积基本保持正比例关系,形状指数和分形分维数之间、稳定性指数和MoranI指数之间均存在着正相关关系.     

近10年北京极端高温天气条件下的地表温度变化及其对城市化的响应

以北京市为研究区,利用2000年和2010年极端高温发生时MODIS卫星的地表温度（LST）产品数据,结合DMSP/OLS夜间灯光数据,应用差值、等温线、剖面分析等方法,分析了北京市近十年来极端高温发生时地表温度的时空变化特征及其对城市化的响应。研究结果表明：（1）近十年来,极端高温时的地表温度升高,高温区范围增加,城市功能拓展区与发展新区的高温区增加面积大于首都功能核心区与生态涵养区;（2）北京市城市化发展迅速,城市扩张对极端高温条件下的地表温度时空分布与变化趋势起着主导作用。     

城市绿地空间结构对绿地生态场的影响

国内外对城市绿地生态效应的研究主要有以下3个特点：一是基于GIS技术,在中尺度上（一般以一个城市作为研究对象）开展城市绿地与城市气候的相关分析;二是以绿地斑块为单位,观测比较不同结构绿地内部的小气候效应;三是基于植物蒸腾理论,通过计算绿色生长量估测不同结构绿地内的小气候效应.对自然生态系统的研究结果表明,城市绿地作为一个开放的生物系统,必将通过系统交换对绿地周围的环境产生影响.绿地与非绿地空间的系统交换过程不仅仅与植物的叶面积指数有关,还要受到绿地斑块的大小、几何形状、植物类型、生长密度与高度及周边环境和气候条件等因素的影响.尽管植物生态场理论的研究侧重对植物群落中个体的空间作用,尤其是相邻植物竞争过程的分析,但其理论构架和计算方法有可能为城市绿地生态效应的研究开辟一条新的路径. 试验者在太原市区选择了6个不同空间结构的绿地样地.使用温湿度记录仪观测了绿地周边的温湿度变化,并利用植物生态场理论作了分析.提出用生态场强、场梯度和场幅作为城市绿地生态效应的主要评价指标.其中,场强用绿地内侧5m处的测试数据与对照的差值来表示.其含义为绿地对周边环境温度或湿度的干扰强度.场梯度是指相邻两个数据的差值.场幅即场影响范围. 结果表明,绿地面积、林分和生长量等绿地空间结构因子对绿地的生态场特征都不同程度地产生影响.在其他结构因子相近或相同的条件下,当绿地面积达到一定时,随着面积的进一步增加,绿地降温和增湿的幅度（场幅）有降低的趋势.与片林相比,草坪的增湿效果好于降温效果.分析结果显示,利用生态场理论能够更好地描述城市不同空间结构绿地的生态效应及其差异.     

Spatial Epidemiology and GIS in Marine Mammal Conservation Medicine and Disease Research

The use of spatial epidemiology and geographical information systems (GIS) facilitates the incorporation of spatial relationships into epidemiological investigations of marine mammal diseases and conservation medicine. Spatial epidemiology is the study of the spatial variation in disease risk or incidence and explicitly addresses spatial structures and functions that factor into disease. The GIS consists of input, management, analysis, and presentation of spatial disease data and can act as an integrative tool so that a range of varied data sources can be combined to describe different environmental aspects of wild animals and their diseases. The use of modern spatial analyses and GIS is becoming well developed in the field of marine mammal ecology and biology, but has just recently started to gain more use in disease research. The use of GIS methodology and spatial analysis in nondisease marine mammal studies is briefly discussed, while examples of the specific uses of these tools in mapping, surveillance and monitoring, disease cluster detection, identification of environmental predictors of disease in wildlife populations, risk assessment, and modeling of diseases, is presented. Marine mammal disease investigations present challenges, such as less consistent access to animals for sampling, fewer baseline data on diseases in wild populations, and less robust epidemiologic study designs, but several recommendations for future research are suggested. Since location is an integral part of investigating disease, spatial epidemiology and GIS should be incorporated as a data management and analysis tool in the study of marine mammal diseases and conservation medicine.     

承载力评估在区域人口配置中的应用:以常州为例

从城市生态系统承载力的空间差异性出发,集成GIS空间评价技术和系统动力学(SD)模型,确定城市区域适度总人口规模和各分区人口数量,提出人口分区定量配置新思路和技术集成方法,并将该方法应用于300万人口城市——常州.结果表明:通过构建常州市区人口、经济、土地与环境的系统动力学模型和多情景模拟分析,在同时满足城市经济发展与环境保护需求下,常州市区远景(2050年)总人口约400万;基于城市承载力空间差异评价进行常州市区总人口的空间配置,将形成240万人的主城及5个15 ～ 40万人新城的空间格局,研究结果可为国土开发管理中人口与经济的空间分配提供科学依据.     

Use of NDVI dataset for a GIS based analysis: A sample study of TAR Creek superfund site

Tar Creek is an Environmental Protection Agency (EPA) designated superfund site in Ottawa County, Oklahoma that is heavily polluted with acid mine drainage (AMD) and pollutant deposits in the form of mine tailings (chat piles). Among several residual heavy metal contaminants, zinc and lead are most prevalent in these chat piles. Approximately 50 million cubic yards or 75 million tons of chat remained in Ottawa County as a result of excessive mining in early 1900's to 1960's. This chat is in addition to the pollution that is leached from open mine shafts that drain contaminants into the groundwater, some of which flows directly into streams and creeks. This paper discusses a methodology for incorporating satellite data (MODIS NDVI) within a GIS framework to perform time series analysis in areas near Tar Creek. GIS functions in Map Algebra and Zonal Statistics were implemented to study changes in spectral reflectance due to vegetation at two locations. One of the locations is a sample plot where remedial action consisted of cleaning up of the chat pile and growing native grass. The second location is along Tar Creek and Elm Creek. The paper describes one of the methods that can be used to combine remotely sensed imagery data and spatial feature data within the GIS framework. The main advantages of combining the two datasets using the described process is that, powerful geoprocessing functions within GIS can be easily applied to remote sensing data and the analysis of vector and raster data can be performed in unison.