珠江三角洲土地利用变化及其对城市化发展的响应

城市化程度跟城市的土地利用变化关系密切,是城市可持续发展的重要研究内容之一。珠江三角洲是中国第二大经济区,研究其土地利用变化对城市化发展的响应对于珠江三角洲乃至中国沿海地区的生态环境可持续发展以及城市规划具有重要意义。利用珠江三角洲2000、2005、2010、2015年4个时期土地利用数据,从土地利用动态度、面积转移矩阵与城市化水平等角度,采用曲线回归分析了土地利用变化对城市化发展的敏感度。结果表明:(1)珠江三角洲在2000—2015年期间,耕地减少2.66%,建设用地增加1.75%;(2)根据城市化水平和发展阶段将珠江三角洲城市分为三类,分别是处于后期成熟阶段的A类城市(如广州、珠海、深圳、佛山)、从中期加速阶段跨入后期成熟阶段的B类城市(如中山、东莞)以及一直处于中期加速阶段的C类城市(如肇庆、江门、惠州);(3)从土地利用变化对城市化发展的敏感度来看,A类城市中广州、深圳、佛山的草地敏感度最大,珠海的建设用地敏感度最大,B类城市中山和东莞的建设用地敏感度最大,C类城市中江门、肇庆建设用地的敏感度最大,惠州从林地逐渐过渡为建设用地敏感度最大。2000—2015年珠江三角洲经济越发达的城市,其发展过程对土地利用变化的影响逐年降低,中期加速阶段跨入成熟阶段的城市发展过程对土地利用变化的影响最显著,城市化更加理性的发展,与土地利用变化相互制约相互促进。     

珠江三角洲土地利用变化空间自相关分析

通过对复杂土地利用地学现象的空间与时间上的综合表达和描述,可揭示土地利用时空结构演变的内在规律,可以为研究区土地资源的合理利用、优化配置和可持续发展提供科学依据。本文利用珠江三角洲1990-2005年的土地利用数据,采用空间自相关分析方法对珠江三角洲土地利用／覆盖变化的空间特征进行了实证研究。通过对研究区全域空间自相关、单变量区域空间自相关、双变量区域空间自相关的计算,表明研究区土地利用／覆盖的全域空间自相关较弱,土地利用和开发存在随机性。单变量区域空间自相关和双变量区域空间白相关在不同区域、不同时期显现不同形态,揭示了研究区内部发展的差异性。空间自相关分析方法可直观地显示分析结果,不失为一种深入理解区域土地利用格局和变化的重要和有益的方法。     

珠江三角洲土地利用变化对特征大气污染物扩散的影响

在珠江三角洲两种下垫面条件下,应用CALPUFF大气污染扩散模式,对特征污染物SO2、SO42-的扩散进行数值模拟,探讨大规模土地利用变化,尤其是城镇建设用地增加,对珠江三角洲地区大气污染物扩散的影响,并通过对4个典型区污染物月均质量浓度变化特征分析,揭示土地利用变化对不同地区的污染物分布的影响机制。模拟结果表明：土地利用变化,尤其是城镇建设用地增加,不利于污染物扩散,污染源下风方向地区受影响较大,污染物质量浓度明显升高,SO2和 SO42-年均质量浓度分别增加14.07%和3.31%;受影响范围、变化幅度与污染源排污强度呈正相关,变化幅度亦与污染源距离远近呈负相关。土地利用变化后,尤其是城镇建设用地增加,四个典型区 SO2月均质量浓度都表现为升高趋势,且冬季 SO2质量浓度升高幅度最大,夏季升高幅度最小,临近污染源密集区的两个典型区SO2月均质量浓度分别增加33.6%和26.3%。土地利用变化不仅改变局地的污染扩散,也会对区域的污染扩散有一定影响,尤其对污染源分布密集区的大气污染物扩散影响强度最大。因此,建议人类在城市化建设过程中尽可能保留自然斑块,消除人工下垫面对污染物扩散的负面影响。     

成渝城市群黑碳气溶胶的时空分异特征及其对土地利用/土地覆被变化(LUCC)的响应

基于2000—2015年MERRA-2的黑碳气溶胶(BC)空间分布数据和土地利用/土地覆被数据,利用GIS空间分析手段和地理加权回归模型,识别成渝城市群BC浓度的时空分异和土地利用/土地覆被变化(LUCC)特征,探讨BC浓度对LUCC的响应关系。结果表明:(1)成渝城市群BC浓度在整体上呈现出中部高、四周低的同心圆格局,且这一态势在15 a中没有发生明显改变;2000、2005、2010和2015年的年均浓度分别为3.86、4.97、4.91和4.51μg·m~(-3),以2005年为拐点呈先上升后下降的趋势,且2005年高值区的空间范围最大,经历了扩张-收缩的变化过程;在季度水平上表现出冬季秋季春季夏季的趋势,秋冬季BC污染形势严峻;(2)2000—2015年成渝城市群土地利用/土地覆被的主要类型为耕地、林地和草地,该时期3种地类面积总和的占比均在94.61%以上,土地利用结构未发生明显改变;以耕地与草地连续减少和建设用地持续增加为LUCC的主要特征,水域、林地和未利用地略有增加;(3)不同土地利用/土地覆被类型下的BC浓度总体上呈现出建设用地耕地水域林地未利用地草地的特征;在不同的土地利用/土地覆被转换方式下,当人工用地转为自然用地时BC浓度降低,当自然用地转为人工用地时BC浓度增加;(4)地理加权回归模型计算结果表明,局域拟合系数较高区域的LUCC对BC浓度的影响较为显著,且呈现出明显的空间分异现象。     

乌鲁木齐城市地表温度时空变化与贡献度研究

伴随着新疆首府乌鲁木齐市经济快速发展,人口持续增加、城市化进程不断加快,地表温度也发生极其显著的变化。以乌鲁木齐市中心城区为研究对象,利用1990—2018年的4期Landsat卫星影像和中国科学院土地利用/覆被分类数据,采用地表温度反演、重心转移模型、空间聚类分析以及计算贡献度指数等方法,定量研究乌鲁木齐市城市化进程中地表温度的时空格局变化及土地利用/覆盖对热环境的贡献程度。结果表明,(1)1990—2018年间,研究区相对地表温度等级在<0、0—2、>8等级上面积增加,2—4、4—6、6—8等级上面积减少。面积增长最大的是<0的相对地表温度等级,面积减少最多的是6—8等级,从空间分布上看,温度区分布有从中间向外围递增的现象。(2)1990—2018年间,研究区内相对地表温度等级在0—2、2—4、4—6区域的重心均表现为先向东南,再向西,再向东北转移的趋势,相对地表温度等级>8区域的重心先向西南,再向东北转移,相对地表温度等级<0的区域温度重心一直北移,空间上呈现等级越高越靠东的现象,相对地表温度等级<0分布在中间,相对地表温度等级>8区域的重心转移距离最长,相对地表温度等级在0—2区域的重心转移距离最短。(3)研究区内的LST在空间上呈现出很强的集聚效应,从整体上均表现为等级越高集聚性越强的现象;1990—2018年间,区域热岛的集聚程度在不断降低,空间尺度临界值逐年下降。(4)1990—2018年间,研究区建设用地与水域面积增加,其余类型均在减少,面积增长最大的为建设用地,面积减少最大的耕地面积。各土地利用/覆盖类型的贡献度指数从大到小表现为草地、建设用地、未利用地、林地、水域、耕地,其中草地、建设用地、未利用地为正贡献,林地、水域、耕地为负贡献。贡献度值指数大小与面积密切相关。     

丹东沿海地区土地利用变化对生境质量的影响研究

土地利用变化与生态效应影响研究是全球环境变化的热点。以丹东沿海地区2000—2018年土地利用景观格局为基础,运用GIS技术和In VEST模型对丹东沿海地区生境质量进行定量评估,并结合土地利用变化规律分析了土地利用变化对生境质量的影响。丹东沿海地区作为连接海陆的重要过渡带,研究其土地利用变化对生境质量的影响,对于权衡生态保护与利用土地资源海陆统筹发展具有重要意义。结果表明,(1)耕地、草地及未利用地面积减少,林地、水域和建设用地面积增加,研究末期林地仍占研究区的62.895%,耕地比重由30.565%降至25.735%,是研究区第二大土地利用类型,其次是建筑用地、水域用地,草地与未利用地占比较小。(2)研究期间,生境质量低值区扩大,较低值区缩小,中等级、较高、高值区面积增加。生境质量呈现自东北向西南递减,自沿海向内陆递减的分布特征。(3)研究区生境质量受土地利用变化影响较大,2015—2018土地利用变化与生境质量变化都较为显著,以林地、河渠为主的土地利用类型受人类活动干扰较小,生境质量较好;沿海地区的建设用地对生态环境造成破坏,生境质量较差。(4)通过空间自相关以及热点分析发现,研究区生境质量分布状况存在空间聚集性,聚集效应近年来有分散的趋势,区域间的生境质量差异扩大。     

基于GIS的乌海矿区土地退化因素分析

为定量研究矿区土地退化特征及其驱动因素,利用遥感和GIS技术分析1990—2010年内蒙古乌海矿区土地利用类型转化特征,在此基础上选取多个经济社会以及空间距离因子,利用Logistic模型对研究区域1990—2000和2000—2010年2个不同时间段土地退化的驱动因素进行探究。结果表明,乌海矿区近20 a的土地利用变化集中表现在草地大面积减少,建设用地和荒漠面积大幅度增加;荒漠和建设用地增长最快,主要源于草地和耕地的转化,土地退化主要表现在沙地等荒漠面积的增长;对土地退化的Logistic回归模型分析表明,土地退化在第1阶段(1990—2000年)的主要驱动因素是到最近采矿点距离、到最近乡镇距离和坡度Ⅱ(5~15°);第2阶段(2000—2010年)的主要驱动因素是到最近水域距离、高程和到最近道路距离。     

长株潭城市群土地利用/覆被变化对碳效应的影响

基于1990、1995、2000、2005、2010年长株潭城市群土地利用数据及植被类型图、土壤类型图,借助Arc GIS10.0软件,从土地利用类型的结构、转变方向、转变带来的碳排放强度及碳汇空间分布的区域差异性等方面,分析20 a间研究区土地利用/覆被变化引起的碳效应。结果表明:(1)1990—2010年间,长株潭城市群土地利用类型变化的显著特征为耕地与林地间的相互转变以及耕地、林地向建设用地的转变;(2)长株潭城市群碳效应变化呈倒"U"形趋势,整体碳汇能力减弱,碳效应空间分异明显。与其他区县相比,长沙、株洲、湘潭3市市区及望城县、长沙县这5个区县的土地利用转变碳效应及碳汇能力变化更明显,差异性大,这与区域人口密度及经济发展的不均衡直接相关;(3)可考虑通过限制林地及草地转出、优化土地利用结构及经济布局、防止生境破碎化及生态系统退化等措施来控制土地利用碳排放。     

鄱阳湖生态经济区土地利用转型热点区域识别及其动力机制研究

识别土地利用转型的热点区域并探究其动力机制可为保护土地生态环境安全提供科技支撑,促进区域经济社会的可持续发展。利用空间热点分析模型探测鄱阳湖生态经济区2000—2014年期间土地利用转型的热点区域,通过典型相关分析定量识别土地利用转型的主导驱动因子,并从供给与需求的经济学视角阐释了土地利用转型的驱动机制。研究表明,(1)滨湖地区2000—2014年发生了剧烈的土地利用转型,耕地、林地、草地、滩地大量向城乡建设用地转化,土地生态面临严重威胁。在距鄱阳湖水面10 km之内,耕地、林地和草地面积分别减少15 740、15 152 hm~2,建设用地面积增加了47 138 hm~2。(2)城市建成区周围及主要道路对土地利用转型具有显著的辐射作用,区内土地利用变化高频区呈现"井"字形空间格局。在距离道路10 km之内,2000—2014年期间土地利用综合动态度由2.765‰衰减至1.059‰。(3)土地利用转型的热点区域数量呈增加趋势,并具有明显的轮换与跃迁特征,基本形成以南昌、九江、景德镇、鹰潭为中心的4个快速转型区。(4)经济、社会发展导致的土地供需矛盾是引发土地利用形态变化的主要动因。亟待建立滨湖生态环境缓冲区,严格控制滨湖地区的土地资源开发利用活动;对土地利用转型的热点区域进行科学规划,通过土地供需调控促进土地资源的集约、高效利用,增加土地经济供给。     

开都孔雀河流域近20年土地利用/覆被变化及景观破碎化研究

根据开都孔雀河流域1990、2000和2010年Landsat-TM影像数据和中巴资源卫星数据,结合GIS技术,研究其近20 a土地利用/覆被及景观格局的动态变化特征及变化原因。结果表明,1990—2010年开都孔雀河流域土地利用类型变化最明显的是耕地、建设用地和水域湿地,年均变化率分别为4.76%、-1.61%和1.45%,而未利用地年均变化率最小,为-0.29%。草地面积的8.71%和未利用地面积的1.73%均转变为耕地,草地面积的2.41%转变为水域湿地,建设用地的54.74%转变为未利用地;林地面积在2000年前减少,主要转变为耕地,而在2000年后耕地和草地转变为林地,又使其面积增加。整个研究时段耕地、水域湿地分布趋于集中,逐渐成为研究区的优势景观类型;在2000年前林地分布破碎化明显,在2000年后趋于集中;1990—2010年,草地面积减少,景观优势度下降,景观形状趋于简单。认为人口的不断增加以及经济利益的驱动使得流域内耕地面积不断扩大,从而严重危及流域的生态环境安全。