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.     

基于不透水面的粤港澳大湾区景观格局时空变化

城市不透水面是反映城市化程度和城市环境质量的关键指标,基于不透水面研究城市景观格局演变具有重要的生态意义.利用遥感数据结合景观格局指数探讨了粤港澳大湾区2006-2016年城市不透水面时空演变状况,分析了基于不透水面的景观格局变化规律.结果表明: 2006-2016年,粤港澳大湾区不透水面扩张显著,总面积从12127.69 km²增至20188.87 km²,年增长速率高达806.12 km²·a^-1,并且在珠江东、西两岸分布形成广佛、深莞高密度聚集区.总体上,湾区内不透水面斑块数量明显增多,斑块密度和边缘密度变大,不透水面的优势度越来越突出,不透水面斑块形状趋复杂化,聚集程度降低,整体景观格局呈无序、破碎化、不规则化的趋势.湾区内各城市不透水面的景观格局演变具有明显差异,其中,澳门、香港的不透水面连通性最强,城市景观趋于稳定性、规则化、聚集性;惠州、江门市的不透水面斑块形状复杂,城市景观趋于破碎化.     

厦门市不透水面景观格局时空变化及驱动力分析

厦门是中国五大经济特区之一、海西经济区的核心城市,城市化水平很高。对不透水面的监测和驱动力分析不仅能增加对城市化进程的了解,而且对城市景观格局研究和城市生态环境建设具有重要意义。本研究利用1978-2018年间的Landsat遥感影像数据,采用全限制性最小二乘法、景观格局分析、坡度梯度分析及相关性分析法,研究厦门市不透水面景观时空变化特征及其与社会经济因素的关系。结果表明: 1978-2018年,厦门市不透水面面积增加348.96 km²,年均增加8.72 km²;不透水面动态度在2005-2010年达到最大,为9.0%;厦门市86.6%以上的不透水面分布在坡度6°以内,2010-2018年有向更大坡度扩展趋势。随着坡度的升高,不透水面占比减小,斑块密度随之减小且形状趋于规整连续,不透水面景观破碎化程度不断增加。厦门市不透水面的增加与地区经济总量和人口显著相关。研究期间,厦门市不透水面空间格局变化显著,在未来城市规划过程中,应协调好不透水面的扩张范围和速度,避免过高比例的不透水面带来生态环境问题,以满足厦门市可持续发展的需要。     

基于Landsat影像的西宁市不透水面时空演变及其增温效应分析

【摘要】深入探讨城市不透水面时空演变及其对城市热环境的影响, 对于促进城市协调发展和优化城市生态系统意义重大。以西宁市2001、2009和2017年Landsat TM/OLI影像为数据源, 利用增强型归一化差值不透水面指数提取不透水面, 采用单窗算法反演地表温度, 分析了西宁市不透水面和地表温度的时空分布特征, 并对二者进行回归分析和对比分析, 研究了不透水面的增温效应。结果表明: (1)2001-2017年西宁市不透水面扩张显著, 总面积由41.58 km2增长到96.23 km2, 年增长率高达8.22%; (2)2001-2017年, 不透水面下垫面温度分布主要以中温区、次高温区和高温区为主, 且中温区、次高温区比例呈下降态势, 而高温区比例持续上升, 高温区面积由2001年5.36 km2增长到2017年的37.91 km2, 年增长率达12.8%; (3)城西区、城中区、城东区高温区的增长主要集中在前期, 而城北区高温区在整个研究期均呈显著增长; (4)不透水面覆盖比例与地表温度正相关, 不透水面比例每增加0.1, 地表温度增加0.7-1 ℃, 城市不透水面增加对地表温度的升高和城市热环境的恶化作用明显; (5)各城区不透水面增温效应存在差异性, 城北区不透水面增温效应最强, 城中区、城西区不透水面增温效应最弱。     

城市扩张过程中不透水面空间格局演变及其对地表温度的影响——以乌鲁木齐市为例

伴随着城市热岛问题的日益显现,关于不透水面与地表温度的关系研究成为热点。在遥感技术的支持下,以乌鲁木齐市主城区为研究对象,从不透水面出发,分别对不透水面类型、变化强度进行研究,探讨不透水面的时空变化特征。引入景观生态学理论,分析不透水面景观类型的空间格局及规律。以反演的地表温度为基础,分析了不透水面相关变量与地表温度的关系。结论如下:(1)研究区不透水面指数主要集中在0.3—0.7之间,占总面积的90%以上;(2) 2000年以来,15.89%的区域不透水面指数连年下降,分布在主城区,20.07%的区域不透水面指数连年上升,分布在城市的郊区,增长区域的幅度主要集中在10%以下;(3)不透水面的景观类型多样性减弱,以中、高覆盖区为主,其中高覆盖区的聚集指数最高,高达87.71,不透水面类型斑块形状由复杂向规则化推移;(4)研究区地表温度,增温明显,2000年地表温度均值25.94℃,2016年地表温度的平均值高达35.51℃;(5)不透水面对地表温度影响,存在阶段性、正负相关的交替性特征,整体表现为"M"形状;(6)不透水面类型面积百分比、不透水面类型景观指数对地表温度的影响相对复杂、差异明显,不能从单一的不透水面覆盖分析对地表温度的影响。     

长江中游城市群城市化与生态环境耦合协调分析及模拟预测

研究长江中游城市群的城市化与生态环境耦合协调的特征为城市群实现高质量发展提供理论参考。以长江中游城市群28 个城市为研究对象, 运用耦合协调模型定量分析2006-2017年城市化与生态环境耦合的时空演变规律, 同时运用LSTM深度学习模型预测2018-2022年城市化与生态环境耦合协调发展。“城市群-城市”的多重视角下, 长江中游城市群城市化与生态环境的耦合协调度呈现波动上升趋势。其中, 长沙、武汉、南昌3 个中心城市在城市群中具有带动性作用; 长江中游城市群城市化与生态环境耦合协调发展空间格局形成以武汉、长沙、南昌三个中心城市为核心的多中心空间结构。空间格局表现出空间异质性, 尚未形成一体化的耦合协调空间格局; 预测结果表明2018-2022年长江中游城市群城市化与生态环境耦合协调度整体有所提升, 但整体提升速度较慢; 大部分城市耦合协调度延续了增长的趋势, 升级为初级以上的协调发展等级。     

我国城市大气环境与周边区域二维和三维景观格局关系

城市内部的大气环境受到周边区域景观格局的剧烈影响,小尺度上大气污染状况与周边区域景观格局的关系研究对从城市建设角度减缓城市大气污染有着重要现实意义。本研究以2017年中国30个省会城市的266个大气污染监测站点的NO₂、SO₂、PM_2.5和PM₁₀年均浓度为因变量,选择监测站点周边3 km区域内的10个二维和三维景观格局指数(建筑物数量、建筑物聚集度、建筑物密度、不透水面比例、餐饮数量密度、建筑占地面积、建筑高层比、容积率、建筑面积和建筑物类型Shannon多样性指数)为自变量,利用增强回归树模型研究景观格局对4种大气污染物浓度的影响。结果表明: 4种大气污染物浓度在空间分布上总体呈现出中部和北部城市明显高于东南沿海城市和西南部城市。NO₂、SO₂、PM_2.5和PM₁₀浓度的最大影响因素均为不透水面比例,其相对影响贡献率分别为40.7%、36.3%、51.0%和51.8%。不同区域大气污染浓度最主要影响因子识别结果表明,华东和华中地区为不透水面比例;华南地区为建筑物数量和建筑物密度;华北地区是不透水面比例和建筑物类型多样性;东北地区是不透水面比例和建筑物数量;西南地区是建筑物类型多样性;西北地区是建筑物密度。各区域的主要影响因子差异是气候、地形、城市规划等因素所致。     

土地利用格局对SWMM模型汇流模式选择及相应产流特征的影响

城市下垫面土地利用格局与地形的复杂性将导致地表汇流模式的多变性。在城市雨洪管理模型中,不同汇流模式的选取对雨洪模拟结果产生重要影响,而这一影响往往被忽视。基于设定与巴中城市社区尺度相近的实验区以及巴中市的真实降水数据,并根据实验区土地利用格局特征,在SWMM雨洪管理模型汇水模块中设置Outlet、Impervious、Pervious 3种汇流演算模式及其演算面积比,分析了不同土地利用格局响应下的不同汇流模式选择对城市雨洪模拟结果的影响。结果表明:(1)Outlet、Impervious两种汇流演算模式下汇水区地表径流的模拟结果相同,但与Pervious演算模式下的模拟结果差异显著。在Pervious模式下地表径流相对另外两种汇流模式最大降低了52%,降雨下渗量提高了近1倍。(2)在Pervious模式下,演算面积比对汇水区地表径流模拟结果具有重要影响。在总不透水面(IA)面积一定的情况下,有效不透水面(DCIA)的减少引起非有效不透水面(UIA)的比率增加。这种土地利用格局的变化致使汇水区总径流量、径流系数显著下降,降雨下渗量逐渐增加,洪峰流量则呈先增后减的趋势,且在非有效不透水面(UIA)比率为30%和40%时(此时非有效不透水面与渗透面面积相接近),洪峰流量最小。对结果的分析表明了雨洪管理模型在小尺度汇水区上应用时,应根据土地利用格局特征选择相应的地表汇流模式。正确的评价和分析不同土地利用格局方案对地表径流的影响,从而更为科学地指导城市雨洪管理和海绵城市的规划与建设。     

城镇化过程中流域不透水面演变格局——以天津于桥水库流域为例

不透水面是衡量流域城镇化发展状况的一个关键指标,其扩展对流域生态水文过程产生重要影响.本文以天津于桥水库流域为例,在ENVI 5.1软件支持下,利用遥感影像获取1984、1994、2004和2013年4个时相的不透水面信息,采用修正后的归一化水体指数剔除水体信息,排除水体对不透水面提取精度的影响,运用线性光谱混合分析法生成流域不透水表面指数(ISA),并对其时空演变格局进行分析.结果表明: 模型均方根误差(RMSE)为0.005,像元精度为85.4%,试验结果准确可靠.1984—2013年,流域内不透水面覆盖度ISA平均值从0.16线性增长到0.23,在全流域范围内的不透水面面积增加了4.9%,其总不透水面面积增加近1倍.不透水面沿城镇区域呈现辐射式增长,沿子流域路网呈现填充式增长.不透水面覆盖度为中等等级的斑块形状不规则,破碎化程度最高.整个流域景观破碎化程度和多样性均逐年增高,人为干扰强度不断增大.     

区域景观格局与地表水环境质量关系研究进展

摘要：区域景观格局对地表水环境具有重要影响,1970s以来国外学者对区域景观格局与地表水水质之间的关系开展了大量研究。在系统梳理景观格局与水质关系的研究思路和技术方法的基础上,综合国内外文献探讨了水化学离子、常规污染物、营养物、重金属、有机物、水生生物,直至当前的河流健康等各类水环境指标对景观格局的响应程度,以及景观格局影响水环境的尺度效应问题。认为当前研究存在划定流域边界未能严格避免流域嵌套及土地利用空间自相关、选择景观格局变量尚未充分重视空间结构和水文地貌因素、数据分析技术多限于半定量分析等问题,并尝试提出相应的解决方案。试探性地提出国内研究的未来方向,指出在关注研究区域的流域边界是否明确和点源污染是否控制两个理论前提基础上,进一步根据非点源污染物在景观格局中的累积和迁移转化行为特征,进行相应的土地利用景观分类将是十分重要和迫切的基础性工作,提出了将景观格局与过程关系理论应用于城市面源污染调控的关键科学问题,包括非点源与目标水体的空间位置关系、不透水面和透水面的空间格局关系、区域不透垫面比例是否存在阈值,以及设置透水面的最佳空间尺度等。     

GLOBE students, teachers, and scientists demonstrate variable differences between urban and rural leaf phenology

The urban heat island effect, classically associated with high impervious surface area (ISA), low vegetation fractional cover (Fr), and high land surface temperature (LST), has been linked to changing patterns of vegetation phenology, especially spring growth. In this study, a collaboration with the Global Learning and Observations to Benefit the Environment (GLOBE) program, we investigated the effect of the urban environment on the timing of leaf budburst of native deciduous trees in seven cities: Asia (Tokyo, Japan; Bangkok and Korat, Thailand), Europe (Jyväskylä, Finland; Bishkek, Kyrgyzstan), Africa (Dakar, Senegal), and North America (Fairbanks, Alaska). The cities differed not only in population size but also in climate and vegetation type. Using Landsat satellite imagery from each city, we calculated LST, Fr, and ISA, and classified sites within each study area as rural or urban. The timing of leaf flushing, measured by students using GLOBE budburst protocols, was statistically different within all cities, with absolute differences ranging from 1 to 23 days. We assessed the classic urban phenology paradigm, which proposes higher LST, lower Fr, and earlier budburst in urban areas of temperate cities. Of the four temperate cities, Tokyo followed the classic paradigm, but no other city demonstrated consistent support. Urban budburst was advanced in three of the four temperate cities, but in only one of the three tropical cities. Results suggest that while vegetation phenology is consistently different between urban and rural areas, a uniform paradigm based on the explanatory variables in this study did not emerge. Although not testable here, it is likely that alterations to chilling requirements in temperate climates and humidity in tropical climates may also influence observed budburst differences.     

北京市主城区不透水面时空演变及其热环境效应研究

城市不透水面是表征城市化进程的重要指标,开展城市不透水面研究对生态环境监测及城市建设规划具有重要意义.以北京市主城区为研究区,基于Landsat影像采用支持向量机(SVM)和线性光谱混合分解模型(LSMM)相结合的方法提取研究区2002年、2009年和2017年三期不透水面;同时采用辐射传输方程法反演研究区地表温度,分...     

Citygreen模型在南京城市绿地固碳与削减径流效益评估中的应用

在剖析美国Citygreen模型评估城市绿地固碳效益与削减径流效益运算原理的基础上,将该模型应用于中国南京主城区,探索模型所需数据的获取方法及途径,计算不同类型城市用地的生态效益及价值.结果表明:城市地区不同类型植被固碳效益相当于等面积自然山林的5%～60%;南京主城区绿地固碳与削减径流两项生态价值之和约为1·77×108元;城市6类建设用地的植被固碳与削减径流生态效益从高到低依次为:绿地、公共设施用地、居住用地、道路广场用地、工业用地和市政设施用地.研究结果能够指导城市规划和绿地建设,并对中国城市绿地生态效益定量评价的广泛开展具有一定意义.     

特大型城市生态文明建设评价指标体系及应用——以武汉市为例

特大型城市是我国社会、经济、文化和人口的中心,也是我国资源环境问题最为突出的地方之一。由于特大型城市与中小城市资源环境问题存在差异,特大型城市之间生态环境问题和生态文明建设的状态也存在相似之处,建立反映特大型城市资源环境问题特征的生态文明评价指标体系,依据评价结论,指导特大型生态文明建设十分必要。以服务于特大型城市生态文明建设为目标,在对特大型城市发展状态和特大型城市资源环境问题与社会经济发展突出矛盾分析的基础上,建立了包括有生态环境健康度、资源环境消耗强度、面源污染治理效率和居民生活宜居度等4个方面,共20个指标的特大型城市生态文明评价指标体系,并以各个指标对应的国家标准、政策和规划要求,以及相关研究确立的指标发展目标为依据,对武汉市2006—2011年生态文明建设完成情况进行了评价。依据评价结果,指出武汉市要从以下方面加强生态文明建设:一要控制空气中可吸入颗粒物含量,降低大气中硫化物含量,控制污水排放规模和噪音污染,循环利用废水资源;二要实施总量和强度"双控"政策,显著降低单位GDP的能耗、废气排放量和工业固体排放量;三要提高城市生活污水和生活垃圾的治理能力,循环利用可再生的城市生活"矿产";四要提高森林覆盖率和建城区绿化率,降低人口密度,解决城市住房和交通拥挤问题。     

城市可持续规划中的生态敏感区避让分析——以丽江市为例

为促进城市可持续发展,在科学合理规划城市空间格局的基础上,应突出强调保护原有特色生态环境要素,保育生态系统服务功能和原住民人居环境。作为世界文化遗产,丽江城市面貌在过去数十年发生了深刻变化,城市用地显著扩张,同时严峻的环境问题对城市可持续发展提出挑战。以丽江市为例,选取对其发展影响深远的水系元素、噪声环境因子和森林火灾3个关键生态敏感因子,提出通过分析这类生态敏感区在城市规划过程中的避让方法、程度,区划城市规划基本空间格局,以避免城市未来因生态环境问题突出而制约其发展的规划用地思路。结果表明,丽江城区周边湖泊水系、古城内部及周边原住民人口密集区都是保障城市可持续发展的生态保护重点地区,在城市用地规划中必须予以避让;该区域面积为147.2 km2,占研究区面积的11.1%。同时,明确给出了规划用地的具体空间控制范围和相应的避让原则。     

Indicators for quantitative evaluation of the social services function of urban greenbelt systems: A case study of shenzhen,China

Existing ecological service assessments of urban green space have concentrated on natural environment, while research on the social services function remains underexplored. Taking Shenzhen as an example, this study starts with integrating the function of green space system with human needs. An indicator assessment technique that combines spatialization, rasterization and detailed of land ecological assessment was established with regard to the benefits of landscape aesthetics, function of disaster prevention and mitigation, and accessibility of park greenbelts. The results show that Shenzhen has very high recreational and cultural value, as the areas above medium level account for 66% of the city’s land area, and the recreational and cultural services are worth approximately 40.8million Yuan. Forest parks and comprehensive parks are important places to carry out social service function, particularly the disaster prevention and mitigation function, and the green spaces for disaster prevention and mitigation can be found in most of the disaster-prone areas. The accessibility of service shows a certain level of centrality, since the highest grade is concentrated in the central Bao’an, central Longgang, and the central part of the city. Based on the GIS overlay analysis, this study recognizes the distribution of essential patches, and constructs the structure of essential patches in urban green greenbelt systems by a combination of point, line, and surface elements. It shows the services of the Shenzhen greenbelt system have high potential for social integration, and this study also discusses the policy implication for macro decision-making. The assessment results objectively reflect multiple social services of the green space system in this region and provide a reference for the management, planning and construction of urban ecology in similar cities.     

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.     

试论城市化进程中的生态建设

城市化对于发展经济和控制人口自然增长率有积极意义。人是城市生态系统的主体,城市生态必须满足人的生活的基本需要:方便、健康和舒适,特别是健康的需要。强化生态建设才能适应城市化的发展。消除环境“四害”是城市生态建设的重点。城市规划必须超前,规划中的生态建设必须与其他城市建设同步实施,优先完成。     

陕西黄河流域植被变化与城镇化协同权衡关系研究——基于卫星遥感数据

基于卫星植被指数与夜间灯光数据,利用相关系数法和变化趋势法综合分析了陕西黄河流域植被变化与城镇化发展之间的协同和权衡关系。结果显示:陕西黄河流域城镇化与经济发展实现了较高水平上的稳定增长,灯光强度从2000年的2.04上升至2020年的8.86,呈明显上升趋势的区域占总面积的93.46%,形成了以中心城市带动的关中城镇发展群,和围绕能源化工开采为主的陕北城镇发展群,并由交通运输网建设发展带动中小城市发展;陕西黄河流域生态环境总体向好,植被覆盖度由2000年的42.90%增加至2020年的64.19%。植被覆盖度显著增加的区域面积占67.45%,以陕北退耕还林(草)区植被增加最为显著;陕西黄河流域经济与生态高质量协同发展成为主要趋势,灯光强度与植被覆盖度同时明显上升的区域占总面积的63.49%,其中两者表现为协同关系的区域占比56.42%,主要位于退耕还林(草)区;有占研究区域总面积4.6%的区域灯光强度明显增加而植被明显降低,其中表现为权衡关系的区域占比高达71.75%,主要位于关中城镇化正在的快速发展的地区;城市核心区域及靠近城市的周边占总面积不到5%的区域,有明显的空间分布差异,在陕北能源化工区城市核心区域灯光强度下降而植被恢复较快,以西安为中心关中城市群,市中心这一概念逐渐弱化,原来的市中心灯光强度下降,并且随着老城区设施逐渐老旧,新城区人口不断涌入,城市生态环境有待改善。