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

1、快速城市化導致了空氣污染蔓延、城市熱島效應加劇、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)系統的基本載體，成為平衡城市生態(tài)系統與城市化矛盾、抑制城市擴張的重要途徑。景觀生態(tài)學的發(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)境效應開展定量的、多學科的綜合研究已是國內外學者的共識，成為城市地域生態(tài)研究的熱點。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、遙感和GIS技術、空間統計以及相關統計分析方法等支持下，對其城鎮(zhèn)綠色空間演變規(guī)律進行深入的剖析，探討綠色空間演變帶來的城市生態(tài)環(huán)境效應變化及其相互影響和作用機制。主要研究方法與結果如下：
　　 (1)在對城鎮(zhèn)綠色空間組成結構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，應用

3、遙感和GIS等空間信息技術，在基礎資料和樣地調查的輔助下，實現了對上海市城鎮(zhèn)綠色空間的數量結構演變、植被覆蓋度演變和植被結構演變的綜合分析評價。結果發(fā)現研究期內上海城鎮(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)變化復雜。隨著城市化進程推進，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變主要為轉變?yōu)榻ㄔO用地，而綠色空間類型內的轉變主要是農田向城鎮(zhèn)綠地的轉變。對上海市中心城區(qū)111個樣地植物的調查結果表明，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頻率超過了30％。建成年代較早的公園綠地樣方內平均高度、平均胸徑、平均郁閉度、Simpson指數和Shannon-Wiener指數均大于近年所建

5、公園。居住區(qū)綠地初步調研結果表明，居住區(qū)綠地普遍存在喬木種類比較單一，數量較少的現象，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高于近年所建居住區(qū)綠地。上海市行道樹調查結果顯示，懸鈴木和香樟在數量上占絕對優(yōu)勢，但近年所選行道樹在種類上開始出現多樣化趨勢。
　　 (2)基于綠色空間分類圖，采用景觀指數、梯度分析、空間統計等動態(tài)分析方法，定量分析城鎮(zhèn)綠色空間景觀空間結構特征演變及其發(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。結果表明綠色空間景觀格局演變隨著城市空間的擴張而變化，研究區(qū)內郊區(qū)的城市化強度逐漸增強的同時綠色空間表現的越來越破碎，尤其是在城市化進程較快的浦東、南匯和松江所在方向。中心城區(qū)的建設速度呈平緩上升趨勢，增綠措施使得中心城區(qū)綠地在數量上有一定增加，但卻更加破碎和復雜，人工化痕跡較重。綠色空間和非綠色空間內外部共同作用復雜變化使得郊區(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)效應分析中引入了CITYgreen模型，在詳細分析了CITYgreen生態(tài)環(huán)境效應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上，結合上海區(qū)域特征情況，探索模型所需數據的獲取方法和途徑，在區(qū)域生態(tài)系統分析方法思路指導下，基于城鎮(zhèn)綠色空間演變數據，借助GIS技術將其生態(tài)價值空間可視化，得到結果為：1997-2008年，研究區(qū)內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)境效應要遠大于中心城區(qū)提供的生態(tài)環(huán)境效應，但郊區(qū)大部分地區(qū)的綠色空間生態(tài)環(huán)境效應在研究期內有不斷下降趨勢，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)境效應有一定的增長。在CITYgreen模擬分析模塊支持下，根據上海綠地系統規(guī)劃預期目標，對2020年綠色空間生態(tài)環(huán)境效應預測結果表明，2020年綠色空間生態(tài)環(huán)境效應價值將比2008年增長近一倍。
　　

9、 (4)在對上海城鎮(zhèn)綠色空間與熱環(huán)境效應的研究中，首先根據遙感影像地表溫度反演結果，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)境效應分析表明，城市熱環(huán)境效應由集中到分散，沿城市擴展軸和主要交通干線輻射狀延伸，表現出無規(guī)則形態(tài)，中心城區(qū)熱環(huán)境效應明顯好轉，城市郊區(qū)的熱環(huán)境效應有不同程度的加重。在探討不同景觀組成結構特征與熱環(huán)境效應關系時得出，各類型景觀地表溫度從高到低為：建設用地

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

11、溫度之間存在正的對數轉換關系。
　　 綜上所述，論文基于景觀生態(tài)學、環(huán)境科學等學科的理論與方法，融合多種定量分析方法，系統研究城鎮(zhèn)綠色空間演變及其生態(tài)環(huán)境效應。本論文在基礎研究層面上構建了基于城鎮(zhèn)尺度上綠色空間演變與生態(tài)環(huán)境效應的“多元、多層次”的綜合定量評價體系和技術方法；在實證應用方面，通過在不同梯度尺度(層次)對上海城鎮(zhèn)綠色空間結構特征、過程模式、功能效應的研究，可以為上海的城鎮(zhèn)綠色空間規(guī)劃建設和改造提供基礎數據，以期更好