粤港澳大湾区城镇化对海岸线与海岸带的影响

海岸带以丰富的自然资源与优越的地理位置成为城镇化的关键地带。基于Google Earth平台2001、2010、2018年高分影像识别分析了粤港澳大湾区快速城镇化过程中海岸线长度的变化,并分析了大湾区海岸带土地利用/土地覆被(land use/land cover, LULC)变化,以及定量解析了大湾区滨海城市城镇化与海岸带城镇用地的关联关系。结果表明:(1)2001—2018年,粤港澳大湾区海岸线总长度净增加32.24 km,但自然岸线人工化问题突出,自然岸线共减少187.67 km,人工岸线共增加219.91 km;(2)海岸带(海岸线向陆侧5 km缓冲区) LULC组成以耕地为主,但城镇用地对耕地的侵占问题突出,2001—2018年,耕地面积减少347.58 km~2,城镇用地面积增加588.33 km~2;(3)2001—2018年,滨海城市土地城镇化与海岸带城镇用地增长呈显著相关,并且滨海城市土地城镇化对海岸带城镇用地增加的影响在加强(2001—2010年和2010—2018年贡献率分别为43.7%和68.51%)。研究结果可对粤港澳大湾区海岸带保护、修复以及土地利用规划管理...     

基于类型和要素的城市多等级景观分类方法

城市区域的景观格局具有高度的异质性和复杂性,因而单一等级的景观分类方法难以揭示其复杂的多等级景观特征。基于等级斑块动态范式,探讨了针对城市区域基于景观类型和要素的多等级景观分类方法。以北京市为研究区,首先根据其景观类型和景观要素的特征,将城市区域划分为"城市"、"农田"和"森林"3种景观类型,同时确定"植被"、"裸地"、"水体"和"不透水表面"4类景观要素。然后,应用自上而下的分类思路和面向对象的分类方法对研究区进行了景观类型和要素的分类,其总体精度分别为93.36%和87.89%。相比单一等级的景观分类结果,多等级的分类结果不仅体现了城市生态系统不同等级的景观组成,还能揭示多级景观间的隶属关系,因而能更完整的描述城市景观格局,进而为认识城市生态系统的结构和功能提供新的视角。     

北京市环城绿化隔离带生态规划

研究运用生态规划方法、地理信息技术和遥感数据,在分析北京城市发展所面临的城市布局与生态环境问题,以及在规划范围内土地利用与生态环境功能的基础上,探讨了北京绿化隔离带的功能,提出了北京绿化隔离带的总体结构,景观格局与生态规划控制指标。研究表明:规划区内城镇建设用地已达4 0 .2 % ,现有土地景观布局零乱,各类开发建设活动十分活跃,扩张趋势明显,要保证足够的土地资源以发展绿化控制带的难度很大。绿化隔离带土地潜力和适宜性的评价结果揭示,如果能够严格控制城镇建设用地的进一步扩张,充分利用各类适宜性土地发展绿地,如林地、裸地、水体、耕地,重新规划分散的乡村居民点,释放一定的建设用地,则估计有6 5 .8%的潜力土地可发展为绿地。根据北京城市发展对近郊生态功能的要求以及规划区土地利用现状,北京绿化隔离带的总体结构应是楔型环城绿化隔离带,即沿交通干线贯穿绿带,中-小型生活社区与小城镇分布在绿化隔离带之中。绿化隔离带的景观生态格局应是以森林为基质、河流道路为廊道、城镇与居民区镶嵌合理分布在森林绿地的格局形态     

景观生态学原理在城市土地利用分类中的应用

根据城市相同土地利用类型具有相似景观格局特征的原理,探讨了融合景观格局特征指数和遥感技术的城市土地利用信息提取的新方法。以北京市五环内建城区为例,研究表明,在斑块类型水平和景观水平上,居住用地和非居住用地内景观斑块的大小、形状、边缘特征、空间连接度、核心区面积特征、多样性、均匀性等特征都有极显著的差异。进一步融合TM遥感影像和这些景观格局特征指数,提取了居民用地和非居民用地类型,总分类精度是79.7%,Kappa系数达到59.8%。研究揭示,景观生态学原理的引入,为传统的遥感技术应用提供了新的思路,在格局复杂的城市土地利用信息提取中有很大的应用发展潜力。     

京津冀城市群能源供需与城市化的关系模式

城镇化发展加剧了城市对能源的消耗,进而加剧了能源供需不平衡,这种不平衡已经成为限制城镇化发展的重要因素。目前,城市群作为我国城镇化发展的重要形式,充分发挥城市群的协同效应以减缓能源供需矛盾,对实现区域可持续发展具有重要意义。研究以京津冀城市群为例,从地级市尺度系统地核算了2001—2015年能源供应和需求量,并采用ward聚类方法划分3种不同类型的能源供求特征,并分析了每种类型的能源供需特征差异。同时,以能源供需比值表示供需差异并进行了比较。在此基础上,采用多指标综合分析方法进一步探讨了能源供需与城市化的关系模式。结果表明:(1)京津冀城市群不同城市能源的供求特征及变化存在明显的时空差异。一方面,从能源供给特征来看,年平均能源生产量较高的城市(天津市)能源产量由上升转变为平缓变化趋势,而低产城市(石家庄市)呈不稳定的变化趋势,两类城市平均能源产量相差2497.66万t标准煤;另一方面,从能源需求特征来看,北京、天津市等能源高耗城市能源消费近年来趋于下降趋势,而低耗型城市(沧州市)近年来呈波动变化,二者平均差值为4752.49万t标准煤;(2)基于能源供需比值,京津冀城市群所有城市均表现为能源供不应求,且不同城市能源供需缺口差异明显。其中,天津市能源供给能力最强,但其生产量却不及自身消费量的65%,而供给能力相对最弱的城市保定市,其能源需求几乎完全依赖外部能源供给;(3)城市能源供需与城市化水平之间关系不完全一致。研究对能源供需模式与城市化模式不一致的城市,划分了先进型和滞后型两种关系模式。对于先进型的城市,主要有北京市、沧州市和廊坊市,它们的城市化水平相对较高,分析认为其能源开发利用相对集约;而属于滞后型的城市,包括唐山市、邯郸市和邢台市,其城市化水平偏低,分析认为这类城市能源开发利用效率低、发展方式相对粗放,是城市群能源效率提升的重点。本研究旨在为今后的城市群能源规划提供科学依据,建议北京市等能源相对集约型城市带动唐山市等发展方式粗放、落后的城市,以提高京津冀城市群整体的能源效率。     

长江经济带快速城镇化对耕地保护的影响

长江经济带建设作为我国三大发展战略之一,在快速推进城市化的同时,对耕地资源的影响是不容忽视的。土地快速城镇化对耕地的大量侵占是我国城市化面临的突出问题,而近些年长江流域及长江经济带的快速发展对耕地资源的影响尚缺乏全面系统的分析。基于中分遥感数据,将覆盖长江经济带与长江流域范围的156个地级市作为研究目标,从自然区位(上、中、下游)与城市规模(人口规模)相结合的角度分析了2000—2015年城镇化对耕地的影响,结果表明:(1) 2000—2015年,长江流域及长江经济带人工表面增加56.80%,耕地减少17.09%。其中,下游人工表面增加幅度最为明显,耕地减少也是最多的;(2)随着时间推移,长江流域及长江经济带城镇化对耕地的压力逐渐减弱,十五年间人工表面增长率从2733.75 km~2/a提高至2985.87 km~2/a,而耕地减少的速度从4439.94 km~2/a降低到3940.91 km~2/a,并且有大量旱田向水田转变;(3)位于不同流域且规模不同的城市,其人工表面的增加幅度以及对耕地的影响存在明显差异。例如,长江下游的中等城市人工表面15年间增加最多(增幅385.88%),同时耕地也损失最多;中游的大城市的人工表面增速最快,而上游则是巨大型城市,这种现象说明长江流域存在发展不协调的问题。长江流域及经济带未来城市优化布局不仅要充分考虑耕地保护问题,还要均衡不同规模城市的扩张速度,以及进一步提高开发用地的利用效率。     

太湖水华程度及其生态环境因子的时空分布特征

湖泊水华是全世界面临的严重生态环境问题之一,对人类和生态系统健康都有重大影响。由于湖泊水华受流域面源、点源污染、气候、水文因子以及湖泊生态系统自身特征等众多因素影响,水华是否爆发、其严重程度及时空分布特征呈现明显的复杂性。以我国太湖为研究区域,基于近年的水华及水环境的监测数据,用自组织特征映射神经网络对太湖不同监测点的水华程度进行了自动聚类分析。结果表明,太湖水华程度呈现为明显的无水华、轻度、中度和重度水华4类。不同程度水华的叶绿素a、水温、COD_(Mn)、营养盐、浮游植物生物量以及藻种(蓝藻、绿藻、硅藻)结构的时空差异显著,不同变量间的关系复杂,有助于深入认识太湖近年水华发生的时空变异特性。     

城市规模对大气污染物NO2和PM2.5浓度的影响

随着我国城市的快速发展,城市的区域性大气污染问题日益突出,尤其是大城市和超大城市的污染问题更加严重。那么城市规模的扩大是否必然导致空气污染的加剧?控制城市人口规模是否是防治空气污染的有效手段?这些问题成为空气污染防治中政府、公众和学者广泛关注的焦点。采用2013年冬季全国114个重点城市两种典型大气污染物-NO_2(传统)和PM_(2.5)(新型)-浓度的实时监测数据,首先分析了这两种大气污染物的空间分布特征,进而定量分析城市人口规模和大气污染物浓度的关系。结果显示:(1)仅有21%的城市NO_2浓度达到WHO的城市年均浓度标准(40μg/m~3),全部城市的PM_(2.5)浓度高于WHO年均浓度标准(10μg/m~3);(2)大气污染物的空间分布具有显著的集聚特征和区域性特征,表现为:NO_2呈较为分散的空间分布,而PM_(2.5)的空间分布呈现"北高南低、内陆高沿海低"的特征。NO_2浓度高的区域主要分布在天津、河北东南部和山东中部地区,PM_(2.5)浓度高的区域主要分布于河北西南部和山东西部;(3)常住人口规模同冬季NO_2和PM_(2.5)浓度呈倒"U"型关系;在1000到1200万的城市冬季平均NO_2和PM_(2.5)浓度最高(NO_2:69.28μg/m~3,PM_(2.5):119.58μg/m~3)。(4)总人口低于1200万的城市,冬季NO_2浓度和PM_(2.5)浓度随着城市规模增加而显著升高(NO_2:r=0.44,P0.01;PM_(2.5):r=0.43,P0.01);总人口高于1200万的城市,NO_2浓度同城市规模呈显著负相关关系(r=0.91,P0.05),PM_(2.5)浓度随城市规模增加逐渐降低。(5)常住人口密度在1000人/km~2以下的重点城市,NO_2和PM_(2.5)浓度同城市人口密度呈显著正相关关系(NO_2:r=0.23,P0.05;PM_(2.5):r=0.36,P0.01)。常住人口密度在1000人/km~2以上的城市人口密度同NO_2和PM_(2.5)浓度呈显著负相关关系(NO_2:r=-0.61,P0.05;PM_(2.5):r=0.63,P0.01)。以上研究结果可以为划定不同大气污染物的重点防治区域和制定联合防治行动计划提供理论依据,并为重点城市大气污染治理和城市人口规模控制理论完善提供参考。     

城市群空气污染综合评估范式与应用——以京津冀城市群PM2.5污染为例

城市群已成为中国城市发展的主要形式，城市化发展引发的一系列环境污染问题成为目前的研究重点之一，尤其是近年来明显的空气污染问题。由于传统的针对某一城市地区进行细致研究，难以解决在城市聚集的城市群下形成的区域性空气污染来源和影响机制等问题，使区域性空气污染造成的负面效应难以评估。通过构建综合评估模型范式，并运用空间分析，对京津冀168个区县2000年，2005年，2010年，2015年PM_2.5人口暴露风险、人类活动对PM_2.5的贡献、以及5种土地利用类型的"源汇"特征进行了实证研究。结果发现：（1）2000-2015年，京津冀城市群的人口暴露风险、空气污染分布、综合评估结果总体呈现北低南高的现象。（2）2000-2015年，各县域的人口暴露风险和空气污染的程度、范围呈上升趋势。不同的土地利用类型具有不同的源汇特征，且对污染的贡献不同。本研究通过综合评估模型范式对城市群或区域城市发展与空气质量的权衡关系模式开展量化解析，为城市的可持续发展提供了科学的范式和初步的实证示范。     

京津冀城市群能源协同发展背景下能源生产结构变化探究

能源作为城市生产与生活中不可替代的资源类型,在城市化发展过程具有至关重要的作用。工业革命时代的结束,信息时代的开始,标志着以化石燃料为主要原料的发展方式发生转变,能源生产结构随着化石燃料比重下降而优化。城市群成为当前城市化的主体形态,其发展战略对区域能源结构具有重要影响。以京津冀城市群为例,从地级市尺度核算了2001—2015年不同城市能源生产结构的特征及其变化,并分析了城市群能源协同发展战略对不同城市能源生产结构的影响。主要结论包括:(1)2001—2015年京津冀各城市能源生产结构整体上趋于优化,但能源生产化石燃料占主导地位的本质特点没有改变。例如,河北的邯郸和邢台市增加了一次电力生产,但原煤生产仍占比90%以上。(2)研究根据能源生产的主导类型,可将京津冀城市划分为两类,即原煤主导型与原油主导型城市。其中,原煤主导型城市能源生产结构的调整明显优于原油主导型城市,例如,北京、石家庄、张家口与承德等原煤主导型城市的煤炭生产比重显著下降,而天津与沧州市等原油主导型城市的原油生产无明显下降趋势。(3)京津冀能源协同发展战略的实施有助于推进能源生产结构的优化,但对不同城市的影响不同,其中,对北京和河北承德市能源生产结构优化最显著,2001—2015年原煤生产比例下降了近40%,与协同发展战略的"基本无煤矿"目标方向一致,而对邯郸市、邢台市影响不明显。京津冀城市群能源生产结构调整仍具有较大潜力,对于原煤生产比例最高的城市(邯郸和邢台市),需要加快城市的能源生产转型,增加清洁能源产出,改善能源生产单一的结构特点;对于原煤生产产量较高的城市(唐山市),需要根据资源禀赋情况逐步调整原煤产量,进一步集约地区煤矿,同时鼓励发展煤炭洗选业,提高煤炭清洁生产技术;对于具有"无煤矿化"目标的高煤产城市(承德市和张家口市),需加快淘汰落后产能,同时依托京津冀能源协同发展战略,充分利用自身自然风力优势和区位优势,大力发展新能源。