缓解城市热岛效应的南京市绿色基础设施网络构建方法

  目的  绿色基础设施网络作为覆盖城市的生态网络,对于热岛效应有着重要的调节和改善作用。探究绿色基础设施构建方法并进行合理规划布局是改善城市热环境问题的有效措施。  方法  以江苏省南京市主城区为研究对象,基于形态学空间格局分析,选取连通性高、降温效应显著的“源”斑块,将反映景观格局的景观格局指数和反映地表覆盖特征的地表降温率进行叠加并构建阻力面,进而采用最小成本路径方法生成廊道。  结果  ①识别出降温率高的507个核心区斑块,结合景观连通性分析选择了25个斑块作为“源”斑块;②基于最小成本路径方法识别出20条廊道,与“源”斑块共同构建出以缓解热岛效应为导向的城市绿色基础设施网络;③结合南京市绿地系统规划进行网络优化,提出“三环、六带、多线”的总体空间结构。  结论  多种方法的综合运用使缓解热岛效应导向的绿色基础设施网络构建更加合理,同时为建构绿色基础设施网络,改善人居环境提供了新的研究思路与方法。图5表6参27     

合肥市地表温度反演及热力景观格局动态变化研究

以合肥市为研究区,使用Landsat ETM+、Landsat TM遥感数据以及相关的统计年鉴、气象数据,采用单窗算法对研究区地表温度进行反演,得出合肥市地表温度分布图,并对地表温度数据行标准化处理,划分热力景观类型,得到多年的热力景观类型分布图。结合景观生态学方法对景观分类图进行景观指数计算及分析,研究合肥市热力景观格局动态演变过程。结果表明,合肥市1999年、2002年、2006年和2010年都存在明显的热岛效应现象;从2002年到2010年,热岛区域在1999的基础上逐渐扩张,2010年热岛强度整体上有所降低,高温区域比较分散;在斑块类型水平上,中温区、次高温区和高温区的斑块面积比的比重逐年增加,1999年、2002年和2006年低温区为优势热力景观类型,到了2010年则变为中温区;在景观水平上,最大斑块指数逐年减小,研究区域景观不再由少数热力景观类型所控制,simpson多样性指数和均匀性指数逐年增大,热力景观异质性增加;城市化发展等人为因素是热力景观格局演变的主要驱动力。     

基于PLUS模型的山区城镇景观生态风险动态模拟

  目的  探究山地重点开发区景观生态风险时空演变特征,模拟预测景观生态风险变化趋势,为缓解中小城镇生态保护和建设开发矛盾、促进中小城镇土地资源可持续利用、发挥中小城镇区域中枢功能、推动区域高质量发展提供支持。  方法  以2000、2010、2020年土地覆被数据为基础,运用基于景观格局指数的景观生态风险评价模型,揭示云南省安宁市景观生态风险时空演变特征,并采用在FLUS模型基础上改进的PLUS模型动态模拟预测安宁市2030年不同情境下景观生态风险空间分布特征和变化趋势。  结果  2000—2020年,研究区人造地表面积呈上升趋势,耕地、草地、灌木地、水域面积总体呈下降趋势,林地面积相对稳定;景观生态风险值空间集聚状态明显,但集聚程度呈下降趋势。景观生态风险等级整体以中等生态风险、较高生态风险为主,占总面积的59.76%~52.95%;2030年3种不同情景中生态保护情景下的高生态风险区面积最小,低生态风险区面积最大,恶化区最少。  结论  山区中小城镇生态风险管控和建设开发矛盾明显,生态风险时空分布特征与人类活动干预强度密切相关,高生态风险区主要分布于各街道城镇扩展的边缘地带,应重点关注城镇用地扩张所导致的景观类型结构及其生态风险的动态变化;基于生态保护情景的安宁市景观生态风险空间分布特征和变化趋势更接近生态安全格局优化路径,更符合安宁市区域经济社会的高质量发展。图5表5参30     

基于ENVI技术的永定河段景观格局演变与优化研究

  目的  永定河作为北京母亲河,是北京市重要的河流生态廊道。近20年来,由于城市快速化进程和水源性缺水问题严重影响着永定河的可持续发展。梳理永定河景观格局的演变趋势和结构特征对永定河生态空间优化有重要意义。  方法  以永定河落坡岭水库至大宁水库段河流2 000 m缓冲范围河岸带作为研究对象,利用ENVI对1999、2004、2009、2014、2019年遥感图像进行解译,借助转移矩阵、Fragstats4.2景观指数分析景观格局时空演变规律并对景观破碎程度进行评价。  结果  （1）研究区内土地利用类型主要为林地,1999—2004年（1999年7月—2004年7月）由于北京城市扩张,沿河建设用地面积快速增加。2004—2014年（2004年8月—2014年7月）进入城市快速修复期,腾退工业用地、沿岸草地转化为林地,使林地面积快速增长,“南水北调”工程与“五湖一线”滨河公园体系建成促使水域面积明显增长。2014—2019年（2014年8月—2019年7月）处于缓慢修复期,永定河实现全域通水,人工林地面积增加,治理成效由“量变”转向“质变”。（2）景观格局指数分析表明类型水平下林地、水域斑块破碎度较低,永定河生态治理使得水域连通性显著恢复,破碎程度下降,全局景观水平破碎度呈增长趋势,生态治理对于蓝绿空间连通有积极影响。  结论  研究区景观格局变化趋势是空间形态和数量特征趋于稳定,但三家店下游由于城市扩张处于高度动态区域。在绿色空间存量规划的背景下,利用移动窗口法和栅格差异分析方法寻找潜在破碎度高的斑块,结合相关规划指导城市绿色空间增补,并提出生态核心区、缓冲区、净化区的空间分级,统筹区域水域、林地等资源,优化片区绿色格局。      

南京市域绿地格局时空演变特征及其影响因素

  目的  市域绿地不仅是区域生态环境的重要组成部分,也是城郊游憩的重要承载空间和约束城市无限蔓延的结构性空间。南京是长江三角洲地区的特大城市,南京市域绿地对于长江三角洲地区的可持续发展具有重要作用。研究南京市域绿地动态景观变化及其影响因素有助于进一步实现南京绿地空间结构优化以及区域可持续发展。  方法  选取2000、2005、2010、2015、2020年5个时间节点的南京市土地覆盖数据,运用动态度计算和景观格局指数分析南京市域绿地格局时空演变规律,利用偏最小二乘回归方程(PLSR)模型探究社会经济因素和自然因素对绿地格局演变的影响作用。  结果  2000—2020年,南京市域绿地面积整体上呈先减后增的状态。2000—2005年,南京市域绿地斑块趋于整体化,绿地景观破碎度有所缓和。2005年后市域绿地规模有所增加,但破碎化趋势明显,整体景观连接度也持续降低。回归模型显示:社会经济因素中产业结构比例以及建成区绿化面积和市域绿地格局变化有较大关联性,自然因素作用力大小存在差异。  结论  南京市域绿地规模总体有所增加,格局破碎化趋势明显。社会经济影响因子是市域绿地空间格局演变的直接影响力,自然因素多对绿地格局呈限制作用,亟需加强针对区域绿地的系统性规划。图5表6参29     

1980—2018年江苏里下河平原景观格局时空变化及其热点分析

  目的  探讨景观格局时空变化及其冷热点,为区域生态安全与高质量发展提供科学依据。  方法  以江苏里下河平原1980、1990、2000、2010与2018年共5期景观类型数据为基础,采用景观格局指数、景观转移矩阵、景观综合动态度等方法,分析里下河平原近40 a景观格局的时空变化特征,基于热点分析探究景观变化的冷热点区域。  结果  研究区耕地、湖荡湿地和建设用地为优势景观类型,耕地是面积占比最多的景观,但整体上持续减少了1 000.67 km2,湖荡湿地和建设用地面积不断扩张,建设用地扩张面积达679.83 km2,草地和未利用地面积有所减少,林地面积有所增加。近40 a来,研究区各景观类型之间发生了复杂的相互转化,最显著的是耕地与湖荡湿地、建设用地之间的相互转化。研究期间格网景观综合动态度变化幅度为0~5.43%。里下河平原景观变化具有明显的方向性和聚集性,以“东南—西北”方向为主轴发生倾斜,兴化市、高邮市、盐都区及江都区是景观变化的热点区域。  结论  里下河平原景观格局变化显著,景观多样性增加、破碎化加剧,人类活动对景观格局的影响增强。自然湿地恢复政策的实施对研究区景观生态安全产生了积极影响。图4表4参32     

北京鹫峰景观格局空间特征与森林火险的关联分析

  目的  研究景观格局空间特征与森林火险的关系与影响,为深入研究基于景观尺度的森林空间布局对降低森林火灾风险的影响奠定理论基础。  方法  本研究以北京市鹫峰林场区域为研究对象,利用层次分析法计算森林火险指数并做火险等级评价,提取景观尺度下景观格局信息,探索各景观指数与森林火险指数的关系。先对所获得的GF-1高峰一号遥感影像进行预处理并分类,得到鹫峰土地利用分类图。利用Fragstats4.2计算林场各小班的景观指数,用层次分析法结合二类清查资料计算各个小班火险指数,并对火险分5个等级。统计各火险等级的景观指数,采用灰色关联度分析和相关性分析法,研究景观格局空间特征与森林火险指数的关系。  结果  （1）景观形状指数LSI,景观丰度指数PR,香浓多样性指数SHDI在低火险区最大值最高。说明在一定程度上斑块形状越复杂,景观分割度越大,生物多样性越大,阻火性能越好。（2）在低火险区,7种景观指数（斑块数量NP,斑块密度PD,蔓延度CONTAG,景观分割度DIVISION,景观丰度PR,景观丰都密度PRD,香浓多样性SHDI）对森林火险的线性影响均不大;在中火险等级区域中,与森林火险指数的关联度最低的是斑块密度指数PD,关联度最高的是景观丰度密度指数PRD。在较低火险等级（II）,高（IV）、较高火险（V）等级中,均是斑块密度指数PD与森林火险指数的关联度最小,PR与森林火险指数关联度最大,PR与森林火险指数相关系数分别为?0.452和?0.497呈负相关,相关性较显著,说明景观异质性随着景观要素种类增多而提高,景观异质性越高,森林火灾发生的危险性越小。  结论  在一定程度上,景观斑块密度越大,景观丰度越高,蔓延度越低,越不容易发生火灾,在火灾中抗干扰能力和阻碍能力最强。景观格局内异质性低、生物多样性少则更容易发生火灾。通过对众多景观指数与森林火险指数的灰色关联度和相关性计算,筛选更能表征与森林抗火性有关的指数,其中蔓延度指数CONTAG,景观分割度指数DIVISION,香农多样性指数SHDI,景观丰度PR和景观丰度密度指数PRD等能更好的表达对森林景观的抗火性。      

江西省兴国县植被覆盖度及其空间格局变化

  目的  分析植被覆盖度及其空间格局的变化特征,为生态环境建设和土地利用等提供参考依据。  方法  以江西省兴国县为研究区,利用6期Landsat TM/OLI遥感数据,基于归一化植被指数的像素二分模型和景观生态学原理,分析了1988?2019年不同时期的植被覆盖度及其空间格局演变特征。  结果  ①1988?2019年兴国县植被覆盖度增加,年际植被覆盖度均值由1988年的63.89%增至2019年的79.16%;31 a间植被覆盖度增长区占总面积的72.18%,主要表现为林地、农地面积的增加,减少区占总面积的11.30%,主要表现为建设用地面积的增加;各级植被覆盖度主要呈现为朝更高级覆盖度进化演变的特征。②植被覆盖度呈中部与南部较小,东、西、北部较大的分布特征,其大小总体上与海拔高低较为吻合;31 a间植被覆盖度极度增加区主要集中在南部的龙口镇、杰村乡、社富乡等,极度减少区主要在中部的潋江镇和长岗乡。③1988?2019年植被覆盖度呈破碎化、异质性、多样性降低、空间分布不均匀的变化趋势,而聚集度呈增大趋势。不同盖度等级下的空间格局表现为极低、低、中、中高植被覆盖斑块异质性减小,斑块形状趋于简单化;高、极高植被覆盖占优势地位,其形状趋于不规则,极高植被覆盖主要以较为集中的连片形式分布。  结论  兴国县植被覆盖及其空间格局总体上向良性方向发展,有利于区域的可持续发展。土地利用类型、海拔、人类活动等因素对植被空间格局有着重要影响。图5表2参35     

基于热岛效应的福州市绿色廊道优化

  目的  绿色廊道的空间分布和结构特征对改善城市热环境具有重要的生态效益,绿色廊道的路径选线直接影响其属性特征,因此,通过优化绿色廊道的景观格局来降低城市的热岛强度是行之有效的生态途径和方法。  方法  选取福建省福州市为研究对象,以缓解热岛效应为目标,基于最小累积阻力模型(minimum cumulative model,MCR)和水文流域模型,对福州市绿色廊道的景观格局进行优化布局。  结果  ①通过形态学空间格局模型(morphological spatial pattern analysis,MSPA),用提取的30个生态源斑块构建综合生态阻力面,利用MCR模型将其生成福州市绿色廊道,共74条,总长度918.11 km。根据源斑块重要性评价分为4级:一级9条,132.88 km;二级14条,207.48 km;三级14条,153.57 km;四级37条,424.18 km;②通过水文流域模型,将74条绿色廊道与福州市地表温度叠加分析,共提取80个生态“交点”、176个降温生态节点、35处需降温区域。  结论  据此福州市新增14条绿色廊道,其中道路型绿色廊道8条,滨水型绿色廊道6条。优化后的绿色廊道对福州市的热点区域覆盖更全面,对改善城市热岛问题具有更明显的生态调节功能。图2表4参25     

天目山林区景观格局时空变化及驱动因素分析

  目的  研究南方集体林区的景观格局变化特征及驱动因素,可为森林可持续经营提供科学依据。  方法  采用景观类型面积转移矩阵和景观格局指数分析方法,对比研究了浙江天目山自然保护区国有林和周边社区集体林2000、2010和2017年的景观格局变化特征。  结果  生态林是保护区和社区的优势景观。保护区整体呈生态林面积增加,经济林面积减少趋势,而社区生态林面积逐年减少,经济林面积不断增加;保护区的竹林和山核桃Carya cathayensis林向生态林转化,社区呈现生态林向经济林、建筑、道路转化,经济林之间相互转化,经济林和耕地相互转化的特征。保护区的景观格局变化不大,社区景观的破碎度、异质性和均匀性逐年上升,生态林的优势地位逐年下降。政策因素、市场需求变化和道路是导致保护区和社区森林景观格局变化差异的主要驱动因素。  结论  社区景观格局的变化会影响森林的生态和文化功能,可以从政策、旅游业发展和道路建设等方面制定相关措施。图1表8参17     

基于“源-汇”理论的海口城市景观格局与热岛效应响应机制

城市化引起的土地利用/覆被变化加剧了热环境恶化。以2000、2005、2010、2015年和2018年5期Landsat遥感影像为数据源，选择热场变异指数、汇源景观贡献度和景观效应指数，分析海口陆域在城乡梯度上的源汇景观格局对城市热环境的贡献及其生态效应。结果表明:1）热岛梯度演变集中于西海岸、中心城区和江东新区等区域。2）不同汇源景观的平均热场变异指数不同，呈裸地>人工表面>源景观>灌木草地>农田>汇景观>林地>水体的规律。3）源、汇景观在中心城区对热岛贡献值最大，沿着梯度方向对热岛贡献度逐渐降低；随着城镇不断扩张，在城乡梯度方向汇区比例不断增大、源区比例不断减小，导致了热岛的空间转移与扩散。4）景观效应指数在中心城区段（T1～T7）沿城乡梯度快速递减且促进热岛比例大；在郊区段（T8～T21）波动上升且缓解热岛比例大。由此，提出基于区域景观系统理论的热岛缓解策略。     

漯河市构筑空间与绿度空间耦合分析及仿真模拟优化

  目的  优化城市规划布局,探究城市构筑空间与绿度空间耦合路径,优化城市用地空间布局,实现协调可持续发展。  方法  基于分形、人工神经网络元胞自动机(ANN-CA)与空间句法等模型,进行多时相的漯河市土地利用/覆盖变化(LUCC)分析和预测仿真。  结果  ①形态分维数由2003年的1.64增长到2013年的1.70,2018年达1.75;② 聚集维存在数据突变点,空间集聚状态在不同圈层存在差异;③2003—2018年城市绿度空间可达性显著降低;④构建ANN-CA-GM(1, 1)城市增长模型模拟“底线、约束和理想”3种未来情景,对构筑空间和绿度空间的耦合发展过程进行预测:2025年城市建设用地将持续增至156.71 km2,其中理想情景下的构筑空间集聚范围回落至市政府周边5 500 m,与绿度空间面积比为1.00∶1.48。  结论  ①2013年城市形态接近最优,随后由于城市高密度发展,2018年城市建设用地布局过密,与绿度空间耦合交流受阻;② 在2018年市政府周边14圈层(7 000 m)范围内建设用地高度聚集,此区域内发展生态用地有助于引导精明增长,构建韧性城市;③ 绿度空间面积大且可达性程度高的区域集中在建设用地高度聚集范围以外,而聚集区内的沿河绿地空间利用程度低;④ 理想情景空间耦合布局为国土空间规划及“三线划定”提供定量化数据支撑与空间布局参考,通过绿地布局实现城市生态服务的有效供给。图7表4参33     

城市居住区绿地小微尺度下垫面构成对环境微气候的影响

  目的  城市人居环境中小微尺度是人们日常使用最频繁的基本空间尺度。探究小微尺度下垫面类型及其格局特征对环境微气候的影响机制,是借助风景园林规划设计改善城市热环境的理论基础。  方法  本研究基于实地测量,针对城市居住区绿地不同类型下垫面日均空气温度、湿度的差异,以及小微尺度下垫面格局对环境微气候的影响开展定量研究。  结果  四季7种下垫面类型的日均温度、湿度均存在显著差异,且7种下垫面类型的排序有季节性变化。高郁闭度植被、水体与中郁闭度植被的降温、增湿效应明显。借助景观格局指数量化不同类型下垫面的格局特征。景观指数与日均温度、湿度的相关性随不同季节而变化。各类下垫面的面积占比、斑块面积是影响小微尺度环境温度、湿度的关键格局特征,破碎度与聚集度也有一定影响。  结论  未来进行热舒适型小微尺度户外空间设计时,提高高郁闭度与中郁闭度植被的面积占比和斑块面积,控制其破碎程度,采用聚集式布局形式可有效提高环境相对湿度,降低空气温度。同时应避免配置成片的硬质铺装（占比率高,面积大,分布聚集）,降低其热调节负效应。      

基于GWR模型的成渝城市群生态系统服务时空演变及驱动因素研究

  目的  对成渝城市群自然生态系统服务时空演变特征与驱动因素进行研究,有助于规划者从宏观尺度上掌握其自然资源存量情况与发展趋势,合理拟定成渝城市群规划建设策略,从而推动我国西部大开发平台建设。  方法  选择成渝城市群为研究对象,以144个市、县、区作为研究单元,通过当量因子法量化其生态系统服务,建立“自然—社会”驱动因子指标体系,在此基础上运用最小二乘法（OLS）模型筛选具有显著相关性的驱动因子,运用地理加权回归（GWR）构建回归模型,研究成渝城市群自然社会因素对生态系统服务的驱动作用。  结果  （1）成渝城市群生态系统服务总量劣化趋势显著,1995—2015年间（1995、2000、2005、2010、2015年,共5期）成渝城市群生态系统服务价值分别为3 470.53亿、3 464.08亿、3 452.43亿、3 438.02亿和3 423.92亿元,分别比前一期下降6.45亿、11.65亿、14.40亿和14.10亿元;（2）成渝城市群生态系统服务空间分布以成都、重庆两处核心城市中心区与缙云—中梁山脉中心区呈现显著区域化分布特征,全域超过90.38%的区域生态系统服务均处于下降趋势;（3）降雨量、温度、单位面积平均GDP、林业用地比例、人口密度5项驱动因子对成渝城市群生态系统服务具有显著影响。其中,降雨量、单位面积平均GDP呈现较明显的负相关驱动特征,林地覆盖比例呈现较明显的正相关驱动特征,降雨量与人口密度则呈现较明显的两极化趋势。  结论  本研究明确了在研究期限内成渝城市群生态系统服务逐渐劣化的发展状态,所构建的地理加权回归（GWR）模型在空间层面上量化降雨量、温度、单位面积平均GDP、林业用地比例、人口密度5项主要驱动因素对成渝城市群生态系统服务所呈现的不同驱动特征与驱动强度,为成渝城市群长远规划提供决策依据。