上海和纽约城市不透水面时空变化及其对生态质量影响的对比

城市空间的扩展使得大量的不透水面取代了以植被为主的自然地表景观,尤其是在规模较大的城市,其高比例的不透水面很大程度上影响了城市生态质量.本研究以中、美2个人口规模最大的城市——上海和纽约为研究区,基于上海1989、2002和2015年和纽约近同期的1991、2001和2015年的Landsat影像,利用归一化不透水面指数(NDISI)提取研究区各年份的不透水面信息,通过遥感生态指数(RSEI)评价城市不透水面大幅增长导致的城市生态质量变化,并借助景观指数分析上海和纽约两种不透水面空间分布格局对城市生态质量的影响.结果表明: 20世纪90年代初到2015年,上海和纽约的城市不透水面增长速率和空间变化模式存在显著差异.研究期间,上海不透水面的总增加面积是纽约的17.4倍,年均增长速率是纽约的62.2倍.上海的城市扩张方式主要表现为由城市中心向周边乡村扩展,而纽约的城市无明显扩张,不透水面以填充的方式在城市内部增加.2种不同的不透水面变化模式和空间分布格局对城市生态质量产生了不同影响.上海的RSEI均值从1989年的0.717下降到2015年的0.453,总体降幅达 36.8%;而1991和2015年纽约的RSEI分别为0.552和0.514,下降6.9%,其幅度远小于上海.在不透水面斑块面积大、斑块内部高度连通和聚集的区域,城市生态质量较差.     

城市不透水面与相关城市生态要素关系的定量分析

城市空间的快速扩展已使得原来以植被为主的自然景观逐渐被人工不透水建筑物所取代,并对区域乃至全球的生态系统造成了明显的影响.因此,准确了解城市不透水面及其与植被、水体、城市热环境的相关关系对于城市的科学规划和城市生态系统的修复具有重要的意义.以福州市为例,采用遥感空间信息技术,获得了城市不透水面、地表温度、植被和水体的信息,并对它们的关系进行了定量分析.发现了城市不透水面与地表温度之间的关系并不是一种简单的线性关系,而是一种很显著的指数函数关系,说明高不透水面比例地区的升温效应要明显高于低不透水面比例地区.多元统计分析表明不透水面是引发城市热岛的最重要因子.     

大尺度不透水面遥感估算方法比较——以京津唐为例

城市不透水面既是常用的城市化程度指标,也是衡量环境质量的重要指标。采用遥感技术准确提取城市不透水面并分析其空间扩张过程,对生态城市建设具有重要意义。基于Landsat 5 TM影像,采用NDVI二元法和线性光谱分解法,分别提取北京、天津和唐山3个城市不透水面信息,并将不透水面估算结果与近同期的ALOS影像提取结果对比验证。结果表明,线性光谱分解法获取的不透水面结果较好,RMSE为20.6%,能有效提取大范围的不透水面信息。     

长江中游大城市不透水面增长模式及其驱动因素

以1995、2003、2010、2015年4期遥感影像数据为基础,对武汉、长沙、南昌为例的长江中游城市20年不透水面增长及驱动因素进行研究。结果表明,三城市不透水面增长显著,接近预警水平,格局呈突围扩张的基本态势;现阶段武汉不透水面主要为城郊面源"零星"增长模式贡献较大;长沙、南昌则主要来源于新城"线式"延伸及其内部"面式"填充模式;道路投资、区划政策、城市规划控制、固定资产投资、房产投资、人口增长、透水技术等是影响三城市不透水增长的主要因素,但各因素影响敏感度在三城市中又有差异;三城市可从强化城乡规划的管理措施、控制过热的房地投资经济政策措施、平衡区域人口格局的社会政策措施以及推广透水材料和技术的科技措施等方面来缓解不透水率的增长。     

赣西三市热环境时空演变特征及影响因素

以赣西三市为研究区域, 采用2002、2016年2个时段的TM/OLI/TIRS影像数据, 获得辐射亮度温度和土地利用/覆被分类数据, 借此分析热环境时空演变特征、热力景观格局指数变化以及影响热环境演变的因素, 旨在为改善赣西城市热环境问题提供科学的依据。结果表明: 随着城市化发展, 近15年(2002—2016年)来, 赣西三市热岛效应明显增强, 但不同区域发展程度有所不同, 热岛效应强度总体增加的趋势为: 萍乡 > 宜春 > 新余; 从热环境分布来看, 三市南部地区低温与次低温面积范围相对较多, 且呈现扩大趋势; 从热环境景观格局演变来看, 三市的中温区斑块优势度降低明显, 破碎化程度加强, 宜春和新余市区次低温与次高温斑块优势增多并且有形成大斑块的趋势; 从热环境贡献指数来看, 建设用地对热环境贡献最大, 水体和林地则对城市热岛效应有显著的抑制作用。     

城市化过程中北京市人口时空演变对生态系统质量的影响

应用第五、第六次人口普查和MODIS-NDVI遥感数据,从城市、区/县和街道/乡镇3个尺度,分析了2000—2010年北京市人口时空演变特征及其对区域生态系统质量的影响.结果表明: 研究期间,北京市总人口增长了43.9%,人口空间分布形成了明显的圈层特征,呈现向近郊转移聚集的趋势;北京市的年最大归一化植被指数(NDVI)呈增加趋势,在5～6环之间却显著降低.城区和远郊区的NDVI变化趋势与人口密度变化率呈显著负相关.城市化带来的人口数量增加不仅没有导致北京整体生态系统质量下降,反而通过城市功能调整和农民进城务工人口转移等方式,提高了城区和远郊区的生态系统质量.不同的功能定位和发展机制是影响北京市人口时空格局变化及其生态影响的主要原因.     

基于土地利用格局变化的北京市生境质量时空演变研究

城市生境质量对生物多样性保护有至关重要的作用,以北京市为例分析2000—2015年北京市不同土地利用类型的空间分布特征和不同区域之间的差异,并借助In VEST-Habitat Quality模型评估了北京市4个时期(2000年、2005年、2010年和2015年)、4个区域(首都功能核心区、城市发展新区、城市功能拓展区、生态涵养发展区)的生境退化程度和生境质量变化情况。结果表明:(1)从2000年到2015年,建设用地增加了近40%,耕地、湿地是其快速扩张的主要来源,城市发展新区的建设用地增加了60%;(2)主要的生态用地(林地、草地、湿地)所占比例总体增加了5.71%,但是总体景观结构异质性减弱,斑块破碎化程度加大;(3)生境质量总体下降了2%,表现出明显的区域差异,首都功能核心区和生态涵养发展区的生境质量总值逐渐升高;生境退化度逐渐增加,最严重的区域在城市功能拓展区以及平原-山区交界地带。对区域生态服务价值评估的有益探索,为今后进一步城市景观格局的构建和优化提供依据和参考。     

城市地表热力景观格局时空演变——以长春市为例

城市热环境问题是城市气候和区域气候研究中的热点,其对城市空气质量和公共健康等有着深远影响,严重威胁城市的可持续发展。以长春市为例,基于3期Landsat ETM+影像数据(2006、2010和2014),应用覃志豪单窗算法和线性光谱混合模型获取长春市区夏季地表温度、长春市不透水面盖度和植被覆盖率,构建热力景观动态度指数,分析了2006—2014年长春市热力景观格局的时空变化特征,并探讨地表温度与不透水面盖度和植被覆盖率的关系。结果表明:研究区城市热环境整体呈恶化趋势,地表平均温度年均增长0.15℃;热力景观整体变化更为剧烈,2006—2010年热力景观综合动态度为45.39%,2010—2014年热力景观综合动态度为52.64%;城市地表高温等级热力斑块面积和数量都增大,并向郊区扩张,热力景观整体呈现破碎化;低温等级为长春市变化最为剧烈的地表温度等级,城市地表热力性质复杂化。此外,统计分析表明:长春市的不透水面每增加1%,地表温度上升0.06—0.07℃;植被覆盖率每增加1%,地表温度下降0.07—0.08℃,植被对地表温度的影响力大于不透水面。     

基于GIS的北京市城乡景观格局梯度时空变化研究

利用遥感和GIS的技术手段,对1990年和2000年北京市的土地利用数据进行了景观格局指数计算及景观梯度分析和时空变化分析,从而得出了北京市10年间城市化过程中土地利用景观结构变化特征和城乡景观的梯度变化的时空特点.结果表明,1990年和2000年北京市景观以林地和耕地为主,城镇用地总面积大量增加,2000年其总面积和农村居民点景观面积差别很小,北京的城市化水平已经达到较高程度.城镇用地景观沿样带分布呈典型的"凸"字形,城镇用地比例随距离市中心距离的增大而逐渐减小,城市化过程在10年间继续向郊区推进,向北扩张强度大于向南.城区范围不断扩大,中心城区聚集性大幅度增大,城乡交错带的景观斑块密度增大,景观破碎程度加剧,是景观格局变化最剧烈的区域.利用景观格局指数在样带上的梯度分布和其随时间的变化来分析城市发展特点、模式是一种研究城市化过程的重要手段.     

富钾基因型籽粒苋主要根系分泌物及其对土壤矿物态钾的活化作用

通过试验,研究了2种供K水平对籽粒苋(Amaranthus spp.)富K基因型和一般基因型根系分泌物含量变化的影响,以及在低K胁迫时3个生长期两类基因型主要根系分泌物含量的变化特点,模拟了籽粒苋根系分泌物对土壤矿物态钾的活化作用.结果表明,籽粒苋根系分泌物中可溶性糖、氨基酸和有机酸含量随供K水平的升高而降低,且富K基因型根系分泌物中3种物质的分泌量始终大于一般基因型;在正常供K条件下,两基因型根系分泌能力相近,但在低K处理时,前者显著高于后者,差异显著;在2种供K水平下,根系有机酸分泌量在3种分泌物中占绝对优势,分别是可溶性糖和氨基酸分泌量的几十倍和几百倍.籽粒苋生长到50 d时,一般基因型根系可溶性糖、氨基酸和有机酸的分泌量较40 d时迅速降低.富K基因型根系分泌物中可溶性糖、氨基酸和有机酸含量在3个生长时期均大于一般基因型,且随着生长时间的延长,两基因型间可溶性糖、氨基酸和有机酸含量的差异明显增大.两类基因型在3个生长时期均以分泌有机酸为主,其占总分泌量的93%以上.籽粒苋根系分泌物处理后的土壤速效钾含量均高于清水对照处理,富K基因型在低K胁迫时的根系分泌物对土壤K的活化作用明显大于一般基因型.     

1988—2001年重庆市主城区植被的时空变化

利用Landsat遥感影像,分析了重庆市主城区1988、1993和2001年共3期植被的时空动态变化。结果表明:1988—2001年主城区的植被面积呈加速下降趋势,植被斑块的破碎程度逐渐增大,空间分布越来越分散,其中1993—2001年的变化比1988—1993年的变化更明显;对3期影像进行叠加,得到了8类变化轨迹的斑块;通过分析不同变化轨迹的斑块的空间格局和空间作用,揭示出植被的时空动态变化特征;3期中均为植被和非植被的轨迹所对应的斑块自相关程度较高;其余6类变化轨迹所包含的斑块自相关程度低,并在1988—2001年经历了植被与非植被的转变。     

城市地表热环境研究进展

近50年来,以中国为代表的发展中国家快速城市化过程所引起的生态环境问题直接导致了城市地表热环境的剧烈变化。当前,采用定量化的研究方法开展城市地表热环境研究已成为国内外城市生态环境与气候领域的研究热点之一。因此,厘清城市地表热环境的研究进展对于今后更好地开展城市空间热环境定量评价研究以及进一步促进城市可持续发展具有重要的现实意义。在对城市空间热环境和城市热岛等相关概念、主要研究方法和数据获取方式进行简要叙述的基础上,着重从城市地表热环境的时空特征及其变化、驱动力和驱动机制、城市地表辐射与能量平衡、城市地表热岛与城市大气热岛的关系及其演变规律、城市绿地和水体对城市热岛效应的缓解、城市地表热岛的尺度转换等6个主要方面对当前国内外已开展的城市地表热环境研究进行了归纳总结,并就当前研究过程中存在的问题以及未来的研究重点进行了探讨,以期为今后更好地开展城市地表热环境定量化研究提供参考。     

福建省长汀县河田盆地区近35年来地表裸土变化的遥感时空分析

福建省长汀县河田盆地区是中国南方最典型的红壤水土流失区之一,当地人民和各级政府一直为治理该区的水土流失进行着不懈的努力.利用遥感技术对该区1976年以来地表裸土分布的时空变化进行了分析,基于所提出的双重遥感指数法对该区的裸土信息进行提取,查明了该区地表裸土分布的时空变化情况.研究表明,该区近35年的治理已大大减轻了地表的裸露程度,地表裸土面积从1976年的159.17 km2锐减到2010年的51.98 km2.在3个不同的观察时间段里,裸土面积的变化呈现逐次减少、减速加快的趋势,客观地反映了该区水土流失治理的3个重要历史时期和政策所产生的效应.     

俄罗斯东部城镇化与生态环境协调发展的时空演变特征

以俄罗斯东部地区为对象,结合PES和PSR模型分别构建其城镇化和生态环境的评价指标体系,结合熵值赋权、变异系数赋权的综合确权法测算城镇化和生态环境的发展水平,利用耦合协调度模型探讨二者协调发展程度,划分其阶段类型。研究表明：2005-2018年,（1）俄东部城镇化发展水平呈上升趋势,经济城镇化的贡献份额最大;生态环境发展水平呈小幅下降态势,生态环境压力的影响作用最大;二者的耦合协调度呈增长趋势,但整体处于基本不协调阶段,其内部由城镇化滞后转变为系统均衡发展。（2）西伯利亚联邦区的城镇化发展水平高于远东联邦区,二联邦区生态环境发展水平差距较小,西伯利亚区协调发展程度略强于远东区;西伯利亚区内部由城镇化滞后→系统均衡发展,远东区内部始终为城镇化滞后。多数联邦主体处于基本不协调阶段、高级协调的数量最少。（3）空间上,城镇化、生态环境、二者协调发展度均呈"西高东低"的格局特征,核心高值区分布在新西伯利亚州-阿尔泰边疆区-克麦罗沃州-克拉斯诺亚尔斯克边疆区-伊尔库茨克州的串联区,边缘低值区位于阿尔泰共和国和楚科奇自治区。最后探讨了促进俄东部城镇化和生态环境协调发展的具体对策。     

京津冀城市群城市化与生态环境时空分异及协同发展格局

京津冀城市群在快速城市化进程中,"高耗能、高污染、高排放"的粗放型经济发展模式引发了一系列诸如雾霾、水质污染及生态体系破坏等问题。选取2000—2015年京津冀城市群13个地级以上城市作为研究对象,采用系统指数评估模型评价城市化与生态环境系统及其子系统指数值,运用耦合协调度模型及其分类原则判定两者协同发展格局。结果表明:(1)北京、天津、唐山、石家庄、廊坊城市化发展较强,邯郸、秦皇岛、衡水、沧州居中,邢台、保定、张家口、承德较弱;北京、保定、张家口、承德和秦皇岛生态环境保护较好,天津、石家庄、廊坊、邯郸、沧州居中,邢台、衡水、唐山较弱。(2)2000—2007年为城市化缓慢发展阶段,2008—2015年为稳步提升阶段;2000—2010年为生态保护攻坚期,2011—2015年为生态文明建设期,环保投入剧增。(3)高城市化区的空间格局保持不变,偏高城市化区和中城市化区空间格局相对稳定,低城市化区基本不存在;优生态环境区、偏优生态环境区和中生态环境区空间格局相对稳定,劣生态环境保护区不存在。(4)京津冀城市群城市化与生态环境系统耦合协调度上升趋势显著,但是濒临失调和中度协调占主导类型,具有较大上升空间;协同发展类型整体上逐渐由城市化滞后演变为生态环境滞后,生态环境质量需要进一步提高。由此,需要以生态环境保护为抓手,坚持产业转型升级和"高科技+"的自主优化思想,打造集聚区域特色的"美丽中国"绿色城市化样板区;加大地区生态环境保护的投入和宣传,以"生态+"思想融入经济社会发展,培育区域性绿色小城镇;建立多样化生态保护园区、现代化旅游和康养基地、科技化教育培训机构,促进区域内外多维多向联动发展;保有生态环境危机意识,积极创建保障措施,杜绝重大生态破坏、环境污染等事件。     

基于城市地表参数变化的城市热岛效应分析

以不透水面、植被、水体为代表的地表参数的变化决定了城市的热环境质量.针对福州从一个非"火炉"城市一跃成为中国新三大"火炉"之首,对福州市1976-2006年间的地表参数变化及其对城市热环境的影响进行研究.通过Landsat卫星影像反演了福州市1976、1986、1996、2006年的不透水面、植被、水体、地面温度等主要地表参数,并对其进行空间叠加分析和相关关系的定量分析.研究发现:不透水面对地面温度的影响可接近或超过植被和水体之和,查明了福州城市主要地表参数在这30a里发生的变化及其对城市热环境的影响.总的看来,城市地表不透水面斑块的增加和集聚、植被和水体面积的减少和破碎,以及通风不畅,是造成福州成为"火炉"城市的主要因素.     

北京市主城区城市森林景观格局特征分析

城市森林是城市生态文明建设的重要组成部分。该文以北京市五环内城市森林为研究对象,以2016年9月16日的GF-2遥感影像为数据源,依据景观和生态服务功能将城市森林划分为附属庭院美化林、道路河流防护林、城区公园休闲林和城市郊野游憩林四个类型,并运用面向对象法提取不同类型的城市森林数据信息,制作生成专题图,同时运用Fragstats 4.2软件对景观斑块数量和构成、破碎度指数、分维数、辛普森多样性指数、辛普森均匀度指数、聚合指数等指标进行计算。结果表明:高分影像在城市森林信息提取上具有优势,分类总体精度高达90.36%,Kappa系数达0.88;北京主城区城市森林总面积为22 514.79 hm 2 ,林木覆盖率为32.35%;城市森林斑块分布不均,大型、特大型斑块数量占总数比例13.62%,但面积占比高达73.20%,中小斑块的生态价值有待挖掘;不同城市森林类型特征存在差异,附属庭院美化林和道路河流防护林为优势景观类型,但两者破碎度高,聚合度差,分布零散,城区公园休闲林和城市郊野游憩林面积占比相对较小,南部城区公园建设薄弱;城市森林景观指数随城市拓展呈规律性变化,景观破碎度自市中心向外逐渐减小,二环内破碎度高达183.50。基于研究结果,建议北京市在城市森林建设中加强对中小斑块的资源整合,增建口袋公园;加强道路河流防护林建设,用以连接城区公园休闲林和城市郊野游憩林等大型斑块,同时加强南部城区公园建设;加强城市森林整体空间调控,对三环内老城区进行补植,对三环以外城市森林优化经营技术,提高整体城市森林覆盖度和质量。     

基于RS的郑州市城市热岛效应时空演变

采用郑州市1988年5月14日Landsat卫星TM传感器遥感影像和2001年5月10日ETM⁺传感器遥感影像以及当地相关气象资料,利用单窗算法反演计算了卫星图像的亮度温度并以此制作出相关专题图.结果表明：随着郑州市建成区的不断扩大,城市热岛效应不断加剧,与1988年相比,2001年市区高温区域向东北和西南方向存在明显偏移与扩张,这与低植被覆盖区域和城镇居民用地变化趋势基本相同.为缓解城市热岛效应的不断加剧,在城市化的同时应注重绿化工作并选用合理的绿化方式.