基于空间格局视角的武汉市土地生态系统服务价值研究

为区域生态环境质量提升和土地合理利用提供参考,以LandsatTM影像解译数据为基础,采用当量因子修正的生态系统服务价值评估模型、空间分析等方法,分析了武汉市1990～2016年4个时期土地生态系统服务价值变化特征及空间演变规律。结果表明:(1)武汉市生态系统服务价值呈先减少后增加态势,不同时期河流湖泊的生态系统服务价值始终最高,农田和坑塘湿地次之,这三类生态系统提供了武汉市85%以上的生态系统服务价值;(2)各乡镇生态系统服务总价值的空间分布特征表现为空间集聚,且相关性程度有递增的趋势;(3)各乡镇生态系统服务价值变化率的空间相关性在不断减弱,后期扩散效应显现;(4)中心城区生态系统服务价值空间分布不均衡的趋势在向郊区蔓延,乡镇的区位条件以及河流湖泊的占比与其地均生态系统服务价值的变化有密切的关系。研究显示,城市生态系统服务价值的空间分布受城市发展方向和土地利用结构影响较大,河流湖泊在改善城市生态环境方面具有重要作用。     

夏季城市景观格局对热场空间分布的影响——以武汉为例

城市热岛效应是城市生态环境状况的综合体现,探讨城市景观格局对热场空间分布的影响机制对于优化城市空间布局、提升城市生态环境质量有着重要意义。选用2016年7月23日Landsat8遥感影像进行武汉主城区景观类型划分和地表温度反演,从斑块、斑块类型、景观水平3个级别选取所有常见景观指数表征城市景观格局特征;按3 km×3 km大小的网格将武汉市主城区进行格网划分,构建格网内各景观格局指数与地表温度的关系,并进行主成分综合回归分析,探讨城市景观格局影响夏季热场空间分布的主要特征。结果表明：（1）76%的景观指数与地表温度的线性关系在0.01的置信水平是显著的,但各景观指数之间相关性较强,信息交叉重叠严重。（2）在所有景观指数中,对地表温度影响最大的依次是水体斑块类型面积（CA_W）、建设用地斑块类型所占景观面积比例（PLAND_C）、绿地类型核心斑块占景观面积比（CPLAND_G）、绿地类型相似度均值（SIMI_MN_G）及绿地类型邻近指标均值（PROX_MN_G）。（3）当其他因素不变时,格网内建设用地每增加10%,地表温度上升1.0℃;水体面积每增加10 hm,地表温度下降0.2℃;绿地核心面积比例每增加10%,可降温1.0℃;相似度均值和邻近度均值每增加0.1,可降温0.09和0.08℃。 关键词： 景观格局;热场;格网化;多因子;热岛效应     

城市湿地损失和内涝灾害响应的遥感分析——以武汉市南湖为例

随着快速的城市化,城市湿地不断转化成建设用地,这打破了城市水量循环的均衡,城市内涝灾害的敏感性和危害性随之提高。选取城市快速扩张的武汉市南湖地区,基于1988～2015年近30 a南湖湿地多时相遥感影像,以武汉市南湖2016年7月内涝灾害为对象,运用遥感和GIS手段,分析南湖湿地损失过程、驱动因素以及城市涝灾害的响应情况。结果表明：（1）1988~2015年间南湖湿地持续损失,累计消减1 563 hm2;南湖湿地损失经历了快速损失（1988~1996）急剧损失（1996~2004）缓慢损失（1996~2010）相对静止（2010~2015）的4个阶段,每个阶段南湖湿地转化为建设用地量分别为35.3、135、30、5.4 hm2;损失过程从南湖湿地北部开始,逐渐向南部蔓延;（2）环湖地区房地产发展是湖泊湿地损失的主要原因,52%的损失湿地转换为住宅用地;（3）85.7%的内涝灾害区域位于原湖泊湿地内;南湖地区海拔较低,随着住宅用地以及其他建设用地对湖泊湿地的侵占,南湖地区不透水面面积增加,湿地蓄水排水能力下降,在降雨量较多的时段,原湖泊湿地区域更容易受到内涝侵袭。 关键词： 城市湿地; 湿地损失; 内涝灾害; 武汉市南湖     

城市地表形态对热环境的影响——以上海市为例

基于遥感与GIS技术,利用Landsat7-ETM+影像反演地表温度,用社会经济统计数据、土地利用现状数据和道路交通网络数据计算城市景观形态参数以表征地表特征,从行政区(县)、5km间距同心环带和局部区块3个水平上划分空间单元建立数据样本,分析城市地表形态对热环境空间分布格局的影响。结果表明:(1)景观混合度和景观分裂度对地表温度有恒定的负向影响,区块连通性与地表温度负相关;(2)景观分裂度对热环境的影响取决于地类属性:分裂度大的增温地类,地表增温效应弱;分裂度大的降温地类,地表降温效应强;(3)人口密度和经济密度可对地表温度产生恒定正向影响;(4)人口密度、建设用地比例和房屋建筑比例是分布在区(县)尺度、同心圆环尺度和典型区块尺度上影响地表热环境最显著的地表形态要素。     

武汉市湿地景观格局变化研究

在遥感和地理信息系统支持下,利用1996年和2001年两个时期的Landsat TM假彩色合成影像作为信息源,选取斑块密度、斑块分维数、景观破碎度、景观多样性、优势度和均匀度等指标,对武汉市湿地景观格局的变化进行定量分析,并利用马尔科夫转移矩阵模型研究各类景观的转化情况。研究结果表明,1996~2001年间,该研究区的湿地景观格局在人类活动的影响下发生了较大变化,湖泊面积减小,人工湿地面积增加,湿地景观趋于破碎化,景观分布趋于均匀。     

上海市公园湖泊表层沉积物中汞的特征及其污染评价

以上海市中心城区和郊区合计24座水景公园湖泊表层沉积物为研究对象,测定其中的总汞(THg)和甲基汞(MeHg)等参数,并结合地统计学方法,研究城市尺度汞的空间分布特征及其潜在风险。结果表明:中心城区公园湖泊表层沉积物中THg(平均值222.6±138.4μg/kg)与MeHg含量(平均值0.52±0.51μg/kg)均明显大于郊区(p0.01)表层沉积物中THg(平均值91.8±87.1μg/kg)与MeHg含量(平均值0.29±0.26μg/kg),这种空间分布的差异可能是城市小气候效应及人为汞排放两者共同长期作用下的结果;沉积物中THg、MeHg含量与烧失量呈显著正相关(p0.05),而甲基汞/总汞比值(MeHg/THg)与烧失量呈弱负相关关系,表明了公园沉积物中有机质可能是控制汞转化的主要因素。沉积物中MeHg含量普遍较低,反映了沉积物中汞的活性相对较低。地累积指数评价进一步表明,上海市公园湖泊表层沉积物中汞的生态危害风险较低。     

长江自然湿地水循环特点及功能

湿地是地球三大生态系统之一,也是与人类生产生活联系最密切的生态系统,长江自西向东流经我国三级地貌台阶和多个气候带,湿地类型及生物多样性丰富,但经济社会快速发展也给长江湿地保护带来巨大挑战。针对长江高原沼泽、高原湖泊、通江湖泊、中下游干流河滩和河口海岸等典型自然湿地,分别探讨这些湿地水循环特点及与生物栖息地的关系,为保护长江湿地提供参考。分析表明：长江高原的垂直水循环、中下游湖泊和河流的水平水循环、长江口的潮汐分别是维护湿地生态功能的关键水文因素。气候变化和人类活动是影响湿地水循环及生态功能主要因素,所有的湿地都受到人类活动的影响,其中长江源和长江口受气候变化影响更显著。湿地保护基本原则应该是尽量维护其自然的水循环节律,采取适应性的保护和管理措施才是最佳的方案。     

安庆沿江湿地景观格局变化及其驱动力

湿地具有重要的环境和生态功能,安庆沿江湿地自然保护区以其良好的自然性,正成为学术界关注的焦点和热点。基于1988、2006年两期TM遥感影像数据,借助于RS/GIS工具,获取安庆沿江湿地的景观斑块数据,运用Fragstats景观格局分析软件探讨了近20年来安庆沿江湿地景观格局的动态变化特征,研究结果表明：(1)安庆沿江湿地以湖泊和滩涂沼泽为主要景观类型;(2)研究期内湿地景观面积发生了较大幅度的缩减,各湿地景观类型间的动态变化较显著,以湖泊的萎缩变化最明显;(3)安庆沿江湿地景观在空间配置上趋于破碎和零散,景观斑块边界的复杂性程度和不规则程度在逐渐下降,形状趋于规整,景观类型结构和数量趋于均衡,景观斑块间连接程度有所降低。进一步探讨其驱动力因素,认为主要受到研究区内人口密度、农业开发活动、国家和区域政策法规以及湖区农户湿地环境保护意识等因素的影响。     

四湖流域景观生态建设研究

江汉平原四湖流域生态环境问题严重,主要表现在洪涝灾害、水体污染和血吸虫病等三个方面,需要进行景观生态建设和综合治理。主要措施包括:退田还湖恢复湿地,扩大湖泊湿地面积;湖泊河流生态修复与生态建设;江湖连通与引江济湖工程;保护湿地生物多样性等。     

蓝绿空间冷岛效应时空变化及其影响因素——以苏州市为例

水体和植被组成的"蓝绿空间"能够有效减缓城市热岛效应,探究其时空变化特征和影响因素对于改善城市环境和促进区域绿色低碳发展具有重要意义.以2004、2010和2014年三期Landsat遥感影像为数据源反演地表温度表征热环境,构建冷岛效应强度和冷岛指数定量分析苏州市蓝绿空间降温作用的时空变化特征,利用分类统计、剖面趋势法和线性拟合等方法分析蓝绿空间面积、土地利用变化和其它社会经济因素对冷岛效应的时空影响,结论如下:(1)2004～2014年苏州市冷岛效应面积不断减小,减少比例高达24.04％;空间上看,苏州北部和东部冷岛区域减少尤为明显,南部湖泊为主的地区变化相对较小.(2)从冷岛强度数值大小看,蓝绿空间的降温能力不断增强,2004、2010和2014年的冷岛强度分别为6.3℃、7.1℃和9.6℃;但考虑到其面积变化,苏州市蓝绿空间冷岛效应对于热环境的调节作用呈现出减弱趋势.(3)水体构成的"蓝色空间"降温能力(10.5℃)远大于植被"绿色空间"的冷岛强度(4.8℃);流动河渠的冷岛强度要明显高于静止的湖泊.(4)土地利用变化:尤其城市扩张侵占大量水田为影响苏州市冷岛效应时空变化的重要驱动因素,反观苏州市湖泊总面积在研究时间范围内有小幅增长,推断出政府决策者对于蓝绿空间类型的优先保护程度.     

武汉市都市发展区地表温度季节性空间分布与驱动力分析

基于2015年武汉市都市发展区30 m空间分辨率的Landsat 8遥感影像反演近地表温度(LST),运用地统计学、地理加权回归(GWR)等方法,分析都市发展区、生态绿楔以及主城区四季LST时空分布规律和各驱动因子的作用机制,以期为更全面、科学地规划城市发展空间布局和缓解热岛效应提供借鉴.结果 表明:(1)与单一的普通最小二乘回归(OLS)相比,线性逐步回归(LSR)可以寻找最优的多驱动因子组合模型,与LSR拟合的结果相比,GWR模型R2值提高了0.04～0.09,且AIC值均明显减小;(2) LST存在空间聚集关系,“高-高”聚集主要发生在主城区、新型城镇发展区、主要交通干线沿线等更容易造成高温聚集的人工表面,其中夏季“高-高”聚集网格数最多且占比最大,而“低-低”聚集四季均主要发生在各大湖泊水系;(3)绿楔生态用地降温幅度各异,春季降温幅度不明显,夏季降温幅度最显著,各绿楔生态用地降温均超过2℃,且在一定范围内,LST随着与绿楔距离增大而升高,达到一定距离时,会随着与绿楔距离增加而趋于平缓或呈下降趋势;(4)与前人研究相比,景观格局对LST变化的解释程度整体较低,其原因可能是快速城市化导致人工表面积增加,相应的人工绿地也将增加,使得城市景观格局更加零散,导致LST受多种相互作用因素的影响;(5)影响四季LST的驱动因子空间差异较大,夏季土地覆盖和景观格局与冬季土地覆盖、景观格局和人为活动的回归系数均为正值,说明高温或低温条件下这些驱动因子对全域升温作用明显.     

基于局地气候区的武汉市地表热环境研究

对城市热环境与城市形态特征间关系的定量分析，能为城市国土空间规划、城市生态环境的改善提供依据。局地气候区(Local Climate Zones, LCZ)可以很好反映城市局部气候的差异，因此可以基于LCZ构建局部气候与城市形态之间的定量关系来研究城市热环境。利用Landsat-8遥感数据反演地表温度，基于Sentinel-2数据利用深度学习方法进行局地气候区分类，分析各类别LCZ的地表温度与城市地表形态的关系，以此分析武汉市地表热环境特征。结果表明，不同LCZ类别间的地表温度存在较大差异，城市形态对地表温度有较大影响。其中：(1)LCZ10(重工业)温度最高，LCZG(水体)温度最低，且夏季各类别的温差大于冬季；(2)密集型建筑(LCZ1-3)的地表温度比开阔型建筑(LCZ4-6)高，低层建筑比高层建筑的地表温度高；(3)城市形态中对地表温度影响较大的为水域比例(WSF)、建筑高度(BH)和建筑比例(BSF),其中水域比例(WSF)和建筑高度(BH)与地表温度呈明显的负相关，建筑比例(BSF)与地表温度呈正相关。     

中尺度流域的景观格局分析--以湖北四湖流域为例

以湖北四湖流域为中尺度流域的代表，对流域九种景观类型657个斑块的形状、6种景观类型分离程度、四个分区及全流域的景观异质性进行了分析。结果表明：斑块伸长指数和形状系数是完全相关的，它们与周长／面积各自表达着形状复杂性的不同方面，有必要对其进行综合评价；四湖流域的不同类型的景观斑块形状有较大差异，分区间的斑块形状差异较小；湿地类型的斑块形状趋于简单，其中湖泊斑块形状员简单，非湿地类型的斑块形状趋于复杂，又以林地类型为员。这表明本地区的湿地，特别是湖泊，受到了更大的人类活动影响；湖泊斑块的分布最集中，居民点斑块的分布员分散，这不利于控制流域内的洪涝灾害；从流域的上游到下游，景观多样性和均匀度呈增加的趋势，景观破碎化程度呈下降趋势，这种景观异质性的空间差异反映了流域空间开发历史的长短和人类活动强度的差异。     

基于遥感的上海市湿地资源与生态服务价值研究

基于遥感开展城市湿地资源与生态服务价值研究是当前生态环境研究的热点问题之一。利用1987年、2000年和2007年的Landsat遥感影像,利用遥感和地理空间分析方法,结合野外调查及研究区相关资料,监测了1987~2007年上海市湿地资源的变动情况,并借助生态系统服务价值理论,估算研究区1987~2007年湿地资源的生态服务价值变化。结果表明:(1)1987~2007年间上海市湿地资源呈现不断退化的趋势,特别是2000年后退化趋势明显,主要表现在稻田、河流、库塘、滩涂等湿地面积的显著减少;(2)1987~2007年上海市湿地生态服务总价值呈下降趋势,其中河流、库塘、稻田的生态服务价值减少,滩涂、湖泊的生态服务价值增加。上海湿地资源与生态服务价值的变化主要是城市化快速发展导致的。以上研究结果,可为政府城市发展中对湿地资源的保护、开发和利用提供依据。     

我国西北干旱半干旱区湿地出现退化趋势

西北干旱半干旱地区包括新疆全境、青海、甘肃、宁夏的大部分和陕西西北部。其中,新疆湿地面积分布占全国湿地总面积的2 0 .9% ,青海占4.3 1% ,主要以湖泊型、河流型、沼泽型和人工湿地为主。目前,西北干旱半干旱地区湿地退化主要有五方面的表现:河流断流,湖泊萎缩,湿地面积减小;湿地水质咸化;旱化的湿地向沙漠化发展。青海湖附近的沙漠面积以每年平均10 .12平方公里的速度增长,尤其是湖西岸沙丘是近十多年来才形成的风沙堆积,并成为该区域沙漠化最快的地区;湿地生态系统受到损害,生物多样性降低。湿地生态调节功能降低也是湿地退化的表现之…     

2000~2010年汉江流域湿地动态变化及其空间趋向性

基于面向对象分类方法建立汉江流域2000年、2005年和2010年湿地景观数据库。运用湿地景观动态变化指数、强度指数及多度指数等方法分析近10a来汉江流域湿地景观变化的时空分异特征及空间趋向性。结果表明：2000年以来,汉江流域湖泊、河流、水田湿地面积大幅度减少,其中前5a（2000~2005年）湿地变化强度明显高于后5a（2005~2010年）。空间趋向性以湿地景观内部转变和湿地向其他用地转移为主要特征,内部转变以水田与水库坑塘间的转变为主,在空间上呈现3种趋向特征：湖泊周围[0-12]km两者之间转化强度随距离拉大而增大;河流周围两者转变趋势明显,在[4-6] km变化尤为突出;交通用地附近[0-4] km水田与水库坑塘间转变强度高。水田、湖泊和水库坑塘湿地向建设用地的转变是引起区域湿地面积萎缩的重要原因,10a间湿地向建设用地转变总量约为470.43 km²,占湿地变化总量的22.55%。     

武汉城市群夏季热岛特征及演变

利用2000~2010年共11期MODIS地表温度资料和多源多时相的遥感影像分类结果揭示武汉城市群的夏季热岛效应,反演并计算出10 a间武汉城市群日间和夜间的热岛强度变化、土地覆盖类型和城镇用地面积。在对不同时相的地表温度数据进行热岛指数归一化处理的基础上,分析了武汉城市群热岛的分布特征及年代演变,定量分析了武汉城市群以及中心城市武汉市不同热状况区面积的变化和热场的变迁。结果表明,武汉城市群夏季热岛效应较为明显,其中武汉市是主要热源和热中心;自2000年起,武汉城市群城乡温度差异逐步减小,热中心分布向外扩散,城市热岛区域急速扩张,整体热环境趋于恶化;新兴城区的开发增加了武汉市的热源分布,人工表面的增加以及自然表面的减少导致城市热岛效应不断加剧。     

武汉城市热岛特征及其影响因素分析

正确理解城市热岛效应的形成机制及其影响因素是制定热岛效应缓解政策和研究城市生态问题的前提和基础。选用1987年9月26日的Landsat-5和2013年9月17日的Landsat-8遥感影像进行地表温度反演,分析武汉市城市热岛效应的时空演变特征;对热岛效应明显的武汉市主城区进行格网划分,提取格网内地表温度及所选影响因子指标值,运用主成分回归方法进行地表温度多因子综合分析,探讨城市热岛形成的主要影响因素。结果表明:(1)武汉市地表温度空间分布表现出典型的热岛特征,1987年和2013年分别有27.7%和39.1%的范围被"热岛"覆盖;(2)影响武汉城市热岛效应的主要因素有不透水面指数、水体面积比例、归一化建筑指数、归一化植被指数及绿地面积比例;(3)当其他影响因素稳定时,不透水面指数每增加1%,可使地表温度增温0.04℃~0.10℃;水体面积每增加1%,可降低地表温度0.03℃。     

城市绿化屋顶的微气候调节与径流削减效应研究

快速城市化与气候变化双重作用下,热岛效应与城市内涝成为最为突出的城市环境问题。绿化屋顶因能有效利用闲置屋面添緑、帮助城市缓解热岛和暴雨径流而受到关注。以往研究较多探讨单种气象条件下、单个小面积实验型绿化屋面的气候水文调节功能,本研究基于夏秋两季的微气候水文观测数据,定量分析不同气象条件下5种典型绿化屋顶的降温和径流削减效应。首先选择晴朗、多云、降雨3种典型夏日天气条件,分析草坪、裸土、菜地、小面积花园、大面积花园5种类型绿化屋顶与对照光屋顶之间的温度差日变化规律,探讨绿化屋顶热效应强度及时空特征;其次,选择暴雨、大雨、中雨及小雨4次典型降雨,分析大面积草坪与花园型绿化屋顶上的降雨-滞蓄过程及径流削减率。研究结果表明:绿化屋顶降温与升温效应并存,晴朗无风天气条件下,距离屋面10 cm和150 cm两个高度上,绿化屋顶最高可降低气温5.3℃和2.5℃,多云及降雨天气条件下降温强度下降,升温时段延长;白天草坪与裸土上的大气温度高于对照光屋顶,其它绿化屋顶的温度低于对照屋顶;夜间5个绿化屋顶的大气温度均低于对照屋顶,且降温效应按照大面积花园、草坪、小面积花园、裸土、菜地的顺序递减。绿化屋顶径流削减效益与绿化类型及降雨强度密切相关,花园型绿化对一次典型暴雨、大雨、中雨、小雨的径流削减率分别为50.8%、78%、100%、100%,简易型绿化的4次径流削减率分别为24.3%,58.6%,98.2%和100%。研究结果可为同气候区其他城市绿化屋顶环境设计及管理提供一定参考价值。     

气候变化对白洋淀湿地的影响

生态系统对气候变化的影响和响应的敏感性研究是全球变化研究的一个重要内容。近年来,华北地区气候以暖干为主,这种趋势在一定程度上加剧了华北地区的水危机。特定的水文条件是湿地形成与维持的驱动因子,因此湿地生态系统对气候变化尤为敏感。以华北地区内陆湖泊白洋淀为研究对象,通过分析白洋淀过去40年气候、水文与生态系统发展变化过程及湿地生态与影响因子之间的相关关系,确定湿地退化的主导生态因子,探寻湿地退化的驱动机制。从而得出以下结论：1960年以来,白洋淀湿地水位降低,水量减少,面积萎缩,干淀频繁,生物多样性减少;气候变化在白洋淀湿地退化中起决定作用,其中降水对湿地的影响最大。气候变化主要通过改变湿地的水文特征,减少湿地水源补给,增加水分消耗,使湿地退化萎缩。人为因素在一定程度上加剧了这种趋势。