城市生态系统复合下垫面碳通量特征——以上海市奉贤大学城为例

随着城市化进程的加速和城市人口规模的增加,城市已成为最大的碳源,研究城市生态系统对大气二氧化碳的贡献成为碳循环研究的焦点问题之一。基于研究区域内土地利用现状和一年的涡动观测系统观测数据,结合地理信息技术(Arc GIS)和通量计算工具(Eddypro及ART Footprint Tool)以及碳通量足迹模型分析了上海奉贤大学城碳通量足迹特征,基于此探讨不同下垫面类型,包括以草本和木本等透水层为主的下垫面(称为自然系统),以建筑物、道路等不透水层为主的下垫面(称为社会系统)碳通量的变化特征。研究结果表明:1)在不同风向上,碳通量贡献区范围随着大气稳定度的增加而扩大。大气处于稳定条件下,非主风向上的碳通量贡献区范围(最大范围1 100 m)比主风向上的碳通量贡献区范围(最大范围780m)要大;当大气处于不稳定条件下时主风向和非主风向下的碳通量贡献区范围相差不大(最大范围分别为321和351m)。2)不同下垫面其源汇特征不同,以绿色植物为主的自然系统年碳通量均值为–4.1μmol/m~2/s,表现为碳汇;社会系统的年碳通量均值为8.6μmol/m~2/s,表现为碳源。3)自然系统的碳通量日变化具有较明显的季节分异,变化特征大致呈"U"型;社会系统的碳通量日变化没有明显的季节分异,变化特征大致呈"M"型。绿色植物对城市生态系统的大气二氧化碳有降低作用,结合自然和社会系统的碳通量变化特征可以为以后合理规划城市布局,建立低碳城市提供服务。     

基于遥感的SDG 15.1.2生物多样性指标计算与分析:以长三角生态绿色一体化发展示范区为例

生物多样性评价为生物多样性保护提供重要的参考价值,联合国可持续发展目标(SDGs)中15.1.2指标对此提出了具体要求. 本研究借助遥感技术,以长三角生态绿色一体化发展示范区(简称“示范区”)为研究区,选取物种多样性层次、生态系统多样性层次和景观多样性层次的7个指标(生境质量指数、增强型植被指数、水网密度指数、生境面积百分比、辛普森多样性指数、景观分离度指数、蔓延度指数)构建生物多样性评价指标体系,实现了对研究区生物多样性的量化计算及生物多样性评估. 结果表明:①研究区生物多样性指数平均值为0.42,生物多样性高等级区域面积为526.65 km2,占研究区陆地面积的27.38%;研究区共28个乡镇,其中生物多样性高等级区域占乡镇陆地面积比例大于50%的乡镇有两个,分别是青浦区的华新镇和香花桥街道. ②探究了土地利用方式和城市不透水面占比对生物多样性的影响,生物多样性受人类活动干扰较为严重,不透水面占比与高等级生物多样性占比呈负相关,在植被稀少的城市和工业区域生物多样性等级较低. 研究显示,SDG 15.1.2指标区域得分为27.38分,距离实现2030年生物多样性可持续目标还面临一定的挑战;同时,该研究旨在构建县级区域生物多样性现状的评价指标体系,从而为SDGs指标本地化提供理论参考.      

上海城市绿地净化服务功能及其价值评估

城市绿地是维护城市生态系统稳定的重要因素,在改善城市环境、保障人体健康等方面起着重要的作用.本文在分析上海城市绿地数量动态变化及其空间分布状况的基础上,通过影子成本法、市场价值法对城市绿地净化服务功能价值进行了估算.结果表明,随着上海城市绿化的推进,城市绿地净化服务功能总价值从2001年的406 600万元增加到2007年的835 500万元,净增加值为428 900万元,其平均年增长率达到15.06%.在城市绿地净化服务功能价值中,固碳释氧功能价值占总价值的95.97%,而净化空气和减弱噪声功能的价值只占4.03%.从2004年开始净化服务功能价值增长减缓,这和上海市绿地的建设速度趋缓是一致的.上海中心城区人口密度过商而绿地相对偏少,郊区相对人均绿地要高.而城市绿地在维持碳氧平衡、净化空气与减弱噪声等服务功能具有不可转移性,需要采取措施进一步提高城市绿化数量和质量,特别是中心城区,要通过立体的城市绿化模式,满足城市发展的需要.     

苏州河浮游植物群落结构特征

以正在生态恢复进行中的苏州河水体为研究对象，共设黄渡、华漕、北新泾、武宁路桥、长寿路桥和浙江路桥6个采样点，从2000年10月至2002年10月间按春、夏、秋、冬进行了9次采样，另外，在黄渡、华漕和武宁路桥于2002年的5月和6月增加了5次采样，对苏州河浮游植物群落的种类组成和数量特征进行了调查研究，结果表明：苏州河浮游植物的平均个体数达到了 4.7×10⁶ ind/L，细胞密度平均值为 10.2×10⁶ ind/L，生物量均值为 5.73 mg/L。苏州河浮游植物群落结构的定性和定量组分表达均显示绿藻优势，其密度和生物量分别为 5.774 ind/μL 和 2.159 mg/L；属数、种数和生物量结构以硅藻次之。生物量、个体数与细胞数的Shannon Weaver指数均值分别为3.05、3.22和3.28；生物量、个体数与细胞数的Pielou均匀度指数均值则分别为0.73、0.76和0.77，Margalef和Simposon指数均值分别为1.59和0.84.     

热带人工林生物物理参数及生物量对RADARSAT SAR信号响应研究

合成孔径侧视雷达穿透冠层而获得树干信息的特点使得其具有在南方NDVI易饱和地区的生物量估测方面优于光学遥感。文章利用地面实测调查数据,首次系统地研究了热带人工林生物物理参数及生物量对RADARSAT-SAR信号响应。结果表明:RADARSAT-SAR后向散射系数与森林生物量、树高、胸径可以用对数模型模拟。对于本实验区人工速生林来说,在森林生物量小于40 t.hm-2时RADARSAT-SAR后向散射系数与森林生物量具有较强相关性。桉树树高与后向散射系数的相关系数大于桉树胸径与后向散射系数关系。松树胸径与后向散射系数相关系数高于树高与后向散射系数的相关系数。研究结果为SAR在热带森林研究中的应用提供了一定的理论基础。     

基于改进模型的区域生态足迹动态分析——以江苏省南通市为例

20世纪90年代以来,生态足迹模型作为定量化可持续评价的重要理论方法得到了广泛的应用。基于传统生态足迹模型,结合遥感产品净初级生产力数据,构建了基于净初级生产力的生态足迹模型,调整了均衡因子和产量因子,并增加了污染物账户。在此基础上,应用传统模型和改进后的模型分别计算了南通市2000~2013年的生态足迹。结果表明:(1)传统生态足迹模型和改进模型下的南通市2000~2013年人均生态足迹都是稳步增长的,改进后的模型变化较小;(2)南通市2000~2013年生态承载力虽有所波动,但整体上呈下降趋势;(3)南通市连续14年出现生态赤字,从2000年的0.308 6 hm~2/人上升到0.587 7 hm~2/人,生态系统处于不安全状态,生态系统的稳定性降低。可见,改进的生态足迹模型能更准确地反映研究区自然资源利用状况。最后,针对南通市生态不安全状况,从土地结构、能源消费等方面提出减少生态足迹的建议。     

基于包络线法的长江三角洲典型植物光谱识别研究

高光谱遥感的出现使树种的精细识别成为可能,本论文利用FieldSpec3便携式地物波谱仪,获取了金边黄杨（Euonvmus Japonicus cv.Aureo-ma）,圆柏（Sabina chinensis）,麦冬（Ophiopogon japonicus）和珊瑚树（Viburnum awabuki）4种植物类型的高光谱数据。在对原始光谱数据进行有效预处理的基础上,进行包络线去除。选择差异较大的550~780 nm光谱波段,对包络线去除后的光谱曲线进行计算得到了这4种植被的吸收峰总面积、吸收峰左面积、吸收峰右面积、对称度等特征参数,根据吸收峰总面积与吸收峰左面积的差异,识别出金边黄杨。最后,对包络线进行一阶微分处理,发现在610~620 nm之间,圆柏的曲线特征表现为吸收谷,其他植物则表现为反射峰;而在670~680 nm之间,麦冬的曲线表现为反射峰,其他植被则表现为吸收谷,根据这两个特征,可以将麦冬、圆柏与珊瑚树区别开来。可见,包络线去除法能突出不同植物光谱特征的差异,从而实现不同树种的光谱识别。本研究结果将为利用遥感数据进行森林树种的高光谱识别与监测提供一些经验。     

基于森林清查和遥感的城市森林净初级生产力估算

城市森林作为陆地生态系统的组成成分之一,研究其在全球碳循环中的地位和作用有很重要的意义.文章以上海城市森林为研究对象,开展基于基于森林清查数据和遥感技术的城市森林净初级生产力(NPP)估算研究.首先,根据选取上海市典型的森林植被类型,设置森林植被样方,测量反映植被生物学特性的特征参数,包括林龄、胸径、树高和叶面积指数(LAI)等,采用能反映林龄和蓄积量共同影响的生产力回归模型估算了样方NPP,建立了基于LAI的样方NPP回归模型;其次,利用一景相近时相的SPOT5影像,经进行几何纠正和辐射定标后,计算出能较好地反映植被特征和消除土壤背景影响的修正土壤调节植被指数(MSAVI),建立了基于MSAVI的区域森林LAI遥感估测模型;最后,根据建立的样方NPP回归模型以及区域LAI遥感估测模型,进行尺度化转换,估算出区域尺度上的上海城市森林净初级生产力.通过比较与前人运用传统方法研究估算的NPP,精度可达到89%,且本模型简单可行.因此本研究可为快速定量评估城市森林碳储量提供依据.     

近20年长三角一体化示范区PM2.5暴露风险时空格局演变

长三角一体化示范区是国家重大战略区域,掌握其PM_2.5污染与暴露风险演变格局,对长三角区域碳中和与低碳循环绿色发展具有重要意义.本文利用MODIS数据估算示范区2001—2020年气溶胶光学厚度（AOD）和PM_2.5浓度,运用人口加权模型计算1 km×1 km网格PM_2.5暴露风险,并结合Moran''s I指数、Theil-Sen和Mann-Kendall方法分析其空间集聚性特征、时序演变规律与显著性趋势.结果显示：2001—2020年, 示范区PM_2.5呈波动增长趋势,春季和冬季浓度明显高于夏季和秋季;人口逐年增加,年均人口密度达到1386人·km^-2;年均PM_2.5暴露风险为1.23,整体处于安全状态,空间上有4个危险暴露区（松陵镇、盛泽镇、魏塘街道、盈浦街道与香花桥街道交界处）.其PM_2.5暴露风险的空间集聚性显著,以4个危险暴露区为中心,呈“先边界、后内部”的时空增长模式;示范区暴露风险逐年增加的区域超过36%（速率0.031 a^-1）,在2011—2020年,暴露风险显著减少的面积反超显著增加的面积.示范区总体空气质量良好,但PM_2.5暴露风险的边界扩散现象明显,小尺度区域的PM_2.5污染防治应更加注重跨区域共同治理,可以聚焦在镇级或更小行政单位的边缘地带,采取差异化的大气污染联防联控措施.     

城市节假日前后碳通量特征及其与车流量关系

全球变化背景下,城市作为主要的碳源,对其碳循环的研究成为陆地生态系统碳循环的重点内容之一。以上海市奉贤区为研究对象,基于涡度相关技术,结合定点连续观测的车流量数据,分析节假日（元旦）前后CO2浓度和碳通量的变化特征,及其与车流量的关系。结果表明,CO2浓度和通量日变化呈现明显的双峰型曲线,节假日CO2浓度（385.6mg/L）平均值低于工作日（401.1 mg/L）。在本研究时段内该系统表现为碳源,尽管在白天的某些时段是碳汇,表明城市系统碳通量受自然和人为2个因素共同作用,自然因素比如该系统中的香樟、雪松等常绿植物的光合作用,人为因素由人类活动造成。基于车流量与交通流量的线性回归分析表明,机动车量碳排放对于碳通量变化产生18%的贡献。