城鎮(zhèn)綠色空間時空演變及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究——以上海為例.pdf

1、快速城市化導(dǎo)致了空氣污染蔓延、城市熱島效應(yīng)加劇、水環(huán)境惡化、生物多樣性喪失等一系列生態(tài)環(huán)境問題，直接影響了區(qū)域的生態(tài)環(huán)境狀況和可持續(xù)發(fā)展。城鎮(zhèn)綠色空間作為城市生態(tài)系統(tǒng)的基本載體，成為平衡城市生態(tài)系統(tǒng)與城市化矛盾、抑制城市擴(kuò)張的重要途徑。景觀生態(tài)學(xué)的發(fā)展為綠色空間景觀格局過程與生態(tài)環(huán)境的相互作用與反饋機(jī)制提供了綜合途徑。近年來，對綠色空間格局和生態(tài)環(huán)境效應(yīng)開展定量的、多學(xué)科的綜合研究已是國內(nèi)外學(xué)者的共識，成為城市地域生態(tài)研究的熱點(diǎn)。上海作

2、為我國近幾十年來城市化過程最為劇烈的地區(qū)之一，其景觀特征和生態(tài)環(huán)境均發(fā)生了巨大變化。因此本文以典型快速城市化地區(qū)上海為例，在景觀生態(tài)學(xué)、遙感和GIS技術(shù)、空間統(tǒng)計以及相關(guān)統(tǒng)計分析方法等支持下，對其城鎮(zhèn)綠色空間演變規(guī)律進(jìn)行深入的剖析，探討綠色空間演變帶來的城市生態(tài)環(huán)境效應(yīng)變化及其相互影響和作用機(jī)制。主要研究方法與結(jié)果如下：
　　 (1)在對城鎮(zhèn)綠色空間組成結(jié)構(gòu)特征及其時空演變規(guī)律的研究中，基于1997-2008年四期遙感影像，應(yīng)用

3、遙感和GIS等空間信息技術(shù)，在基礎(chǔ)資料和樣地調(diào)查的輔助下，實(shí)現(xiàn)了對上海市城鎮(zhèn)綠色空間的數(shù)量結(jié)構(gòu)演變、植被覆蓋度演變和植被結(jié)構(gòu)演變的綜合分析評價。結(jié)果發(fā)現(xiàn)研究期內(nèi)上海城鎮(zhèn)綠色空間面積總量萎縮明顯，從1997年的2031.2k㎡減少到2008年的1364.7k㎡，城市郊區(qū)農(nóng)田下降比例超過50％。城鎮(zhèn)綠地在核心城區(qū)有上升趨勢，但在邊緣城區(qū)和近郊區(qū)變化復(fù)雜。隨著城市化進(jìn)程推進(jìn)，總植被覆蓋度降幅超過50％，其中高、全植被覆蓋等級面積大幅下降，無、

4、低和中植被覆蓋等級面積呈上升趨勢。城鎮(zhèn)綠色空間向外部類型的轉(zhuǎn)變主要為轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，而綠色空間類型內(nèi)的轉(zhuǎn)變主要是農(nóng)田向城鎮(zhèn)綠地的轉(zhuǎn)變。對上海市中心城區(qū)111個樣地植物的調(diào)查結(jié)果表明，上海市中心城區(qū)綠地以落葉闊葉林和常綠闊葉林類型占優(yōu)勢，包含植物76科117屬155種，其中香樟和廣玉蘭在樣方中出現(xiàn)頻率超過了30％。建成年代較早的公園綠地樣方內(nèi)平均高度、平均胸徑、平均郁閉度、Simpson指數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)均大于近年所建

5、公園。居住區(qū)綠地初步調(diào)研結(jié)果表明，居住區(qū)綠地普遍存在喬木種類比較單一，數(shù)量較少的現(xiàn)象，70、80年代建成的居住區(qū)綠地喬木層物種豐富度和多樣性指數(shù)高于近年所建居住區(qū)綠地。上海市行道樹調(diào)查結(jié)果顯示，懸鈴木和香樟在數(shù)量上占絕對優(yōu)勢，但近年所選行道樹在種類上開始出現(xiàn)多樣化趨勢。
　　 (2)基于綠色空間分類圖，采用景觀指數(shù)、梯度分析、空間統(tǒng)計等動態(tài)分析方法，定量分析城鎮(zhèn)綠色空間景觀空間結(jié)構(gòu)特征演變及其發(fā)展規(guī)律，隨城市發(fā)展的綠色空間梯度變

6、化的空間顯式化研究可以更深刻的理解景觀格局-過程，為功能研究提供基礎(chǔ)。結(jié)果表明綠色空間景觀格局演變隨著城市空間的擴(kuò)張而變化，研究區(qū)內(nèi)郊區(qū)的城市化強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)的同時綠色空間表現(xiàn)的越來越破碎，尤其是在城市化進(jìn)程較快的浦東、南匯和松江所在方向。中心城區(qū)的建設(shè)速度呈平緩上升趨勢，增綠措施使得中心城區(qū)綠地在數(shù)量上有一定增加，但卻更加破碎和復(fù)雜，人工化痕跡較重。綠色空間和非綠色空間內(nèi)外部共同作用復(fù)雜變化使得郊區(qū)地區(qū)比中心城區(qū)有著更高的景觀多樣性。<

7、br>　　 (3)在生態(tài)效應(yīng)分析中引入了CITYgreen模型，在詳細(xì)分析了CITYgreen生態(tài)環(huán)境效應(yīng)評價模型的三個生態(tài)功能模型，大氣污染物去除模型、碳儲備與碳吸收模型和削減暴雨徑流模型基礎(chǔ)上，結(jié)合上海區(qū)域特征情況，探索模型所需數(shù)據(jù)的獲取方法和途徑，在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)分析方法思路指導(dǎo)下，基于城鎮(zhèn)綠色空間演變數(shù)據(jù)，借助GIS技術(shù)將其生態(tài)價值空間可視化，得到結(jié)果為：1997-2008年，研究區(qū)內(nèi)綠色空間去除大氣污染物、固碳與削減徑流生態(tài)環(huán)

8、境效應(yīng)價值之和由1.62×109元下降到1.42×109元。研究區(qū)郊區(qū)提供的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)要遠(yuǎn)大于中心城區(qū)提供的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，但郊區(qū)大部分地區(qū)的綠色空間生態(tài)環(huán)境效應(yīng)在研究期內(nèi)有不斷下降趨勢，中心城區(qū)部分區(qū)域及浦東和南匯的部分區(qū)域生態(tài)環(huán)境效應(yīng)有一定的增長。在CITYgreen模擬分析模塊支持下，根據(jù)上海綠地系統(tǒng)規(guī)劃預(yù)期目標(biāo)，對2020年綠色空間生態(tài)環(huán)境效應(yīng)預(yù)測結(jié)果表明，2020年綠色空間生態(tài)環(huán)境效應(yīng)價值將比2008年增長近一倍。
　　

9、 (4)在對上海城鎮(zhèn)綠色空間與熱環(huán)境效應(yīng)的研究中，首先根據(jù)遙感影像地表溫度反演結(jié)果，得到1997年、2000年、2005年和2008年四個時段的上海市熱環(huán)境空間分布格局，對不同時空熱環(huán)境效應(yīng)分析表明，城市熱環(huán)境效應(yīng)由集中到分散，沿城市擴(kuò)展軸和主要交通干線輻射狀延伸，表現(xiàn)出無規(guī)則形態(tài)，中心城區(qū)熱環(huán)境效應(yīng)明顯好轉(zhuǎn)，城市郊區(qū)的熱環(huán)境效應(yīng)有不同程度的加重。在探討不同景觀組成結(jié)構(gòu)特征與熱環(huán)境效應(yīng)關(guān)系時得出，各類型景觀地表溫度從高到低為：建設(shè)用地

10、景觀、農(nóng)田景觀、城鎮(zhèn)綠地景觀、水域景觀，研究期內(nèi)各類型景觀地表溫度隨區(qū)域環(huán)境變化均為升高趨勢。構(gòu)建的景觀格局指數(shù)和生物物理參數(shù)與地表溫度的關(guān)系表明，綠色空間斑塊密度指數(shù)和最近鄰體距離指數(shù)與地表溫度之間呈二元上拋物線正相關(guān)，綠色空間斑塊面積與地表溫度為負(fù)的對數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系，歸一化差值不透水面指數(shù)與樣區(qū)地表溫度之間呈一元線性顯著正相關(guān)性，植被覆蓋度和地表溫度之間表現(xiàn)為一元線性顯著負(fù)相關(guān)性。在分析城市熱環(huán)境的影響因素時發(fā)現(xiàn)，城市人口密度與城市地表

11、溫度之間存在正的對數(shù)轉(zhuǎn)換關(guān)系。
　　 綜上所述，論文基于景觀生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科的理論與方法，融合多種定量分析方法，系統(tǒng)研究城鎮(zhèn)綠色空間演變及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。本論文在基礎(chǔ)研究層面上構(gòu)建了基于城鎮(zhèn)尺度上綠色空間演變與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的“多元、多層次”的綜合定量評價體系和技術(shù)方法；在實(shí)證應(yīng)用方面，通過在不同梯度尺度(層次)對上海城鎮(zhèn)綠色空間結(jié)構(gòu)特征、過程模式、功能效應(yīng)的研究，可以為上海的城鎮(zhèn)綠色空間規(guī)劃建設(shè)和改造提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以期更好