城市扩展过程对湿地影响的情景模拟研究——以河北怀来为例

在复杂多变的环境下,情景模拟法因其能考虑突发干扰的影响并能聚焦长期规划而表现出突出的优势。怀来是北京重要的水源地和环境保护屏障,2022年北京-张家口冬奥会的筹办将可能加快怀来的经济发展和城市扩展,进而对湿地的空间压力产生重要影响。因此,论文利用情景模拟法,结合城市扩展模型（land use scenario dynamics-urban,LUSD-urban）和湿地空间压力模型,模拟了趋势外推、城市规划和冬奥会3种情景下怀来未来城市扩展对湿地的空间压力。结果显示城市扩展导致怀来湿地空间压力增大,湿地平均压力从2000年的0.399增加到2013年的0.439,增长了10.03%。同时,湿地空间压力高于0.5的像元比例从6.73%增加到17.42%。3种情景下,2013—2030年怀来的湿地空间压力将增长0.002~0.005。冬奥会的举办将为怀来湿地带来更大的空间压力,冬奥会情景下湿地压力的热点区面积最大,为83.74 km²,是3种情景下共有热点区面积的1.44倍,新保安镇、土木镇和沙城镇的非城市用地面临的空间压力较大。因此,怀来县在未来制定城市规划时应充分考虑县内湿地生态系统,在保护湿地资源的基础上有效促进经济的发展。     

中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响——以呼和浩特-包头-鄂尔多斯城市群地区为例

理解中国北方干燥地城市扩展过程对生态系统服务的影响对提高干燥地人类福祉和实现区域可持续发展具有重要的意义。为此,论文以正在经历快速城市化的呼和浩特-包头-鄂尔多斯（呼包鄂）地区为例,从区域、城市和旗县3个尺度上揭示了该地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。首先,量化了呼包鄂地区1990年的生境质量、粮食生产、肉类生产和碳储量4种关键生态系统服务。然后,分析了1990—2013年呼包鄂地区的城市扩展过程。最后,在区域、城市和旗县3个尺度上评价了呼包鄂地区1990—2013年城市扩展过程对生态系统服务的影响。结果显示,1990—2013年,呼包鄂地区经历了快速的城市扩展过程,城市用地面积从314.22 km²增加到692.10 km²,增长了1.2倍。区域城市扩展过程导致4种生态系统服务均明显下降。其中,粮食生产服务损失最严重,损失量达1.36×10⁴ t,约占1990年全区粮食生产总量的1%。边缘型和飞地型城市扩展对生态系统服务的影响最明显。1990—2013年,边缘型城市扩展导致的粮食生产、肉类生产和碳储量损失量占区域城市扩展过程中各项服务损失总量的比例均超过60%,飞地型城市扩展造成的肉类生产服务损失量大于区域城市扩展过程中该服务损失总量的1/3。边缘型和飞地型城市扩展过程导致的耕地和草地大量减少是造成生态系统服务快速下降的主要原因。因此,建议在呼包鄂地区的城市化进程中应提高城市用地利用率,控制边缘型和飞地型城市扩展,以减少城市扩展过程对生态系统服务的影响。     

快速城市化地区自然/半自然景观空间生态风险评价研究——以北京为例

有效、合理地评估快速城市化过程中自然/半自然景观的生态风险,对于优化城市土地利用格局、降低和防范城市生态环境风险,非常必要。论文在利用遥感和GIS技术测量北京1991~2004年景观变化的基础上,建立了一个多因素景观空间生态风险评价模型,并以此对北京地区1991~2004年快速城市扩展过程中的自然/半自然景观的空间生态风险水平进行了评估分析。具体结论为:①伴随着快速城市化过程,1991~2004年北京景观变化的主要特征为人工建筑景观持续增加以及耕地景观大量减少;同时,山区林地景观增加也比较明显。②研究区自然/半自然景观的生态风险水平总体表现出上升的趋势。其中,山区自然景观空间生态风险水平要明显低于平原区,受区域快速城市化过程影响相对较小。③研究区各种自然/半自然景观类型间生态风险水平也存在一定的不同。其中,森林景观的生态风险最低,而混合景观的生态风险最高,受区域快速城市化过程的影响最为明显。④研究区新增建设用地景观单元主要来源于耕地和混合两种景观类型,其中混合景观所占比重最高。     

旱区城市扩展过程区位因素研究——以中国呼包鄂榆城市群为例

认识城市扩展过程的区位因素特征对旱区城市可持续发展具有重要意义。为此,以中国呼包鄂榆城市群为例,利用随机森林方法量化区位因素对城市扩展过程的影响。研究发现：随机森林方法能够有效地量化旱区城市扩展过程区位因素的基本特征,模型的AUC（area under curve）值达到0.97。同时,到城市中心距离对区域1980—2017年城市扩展过程影响最大,重要性达到42.62%。国道、高速公路和铁路等交通因素也有重要的影响,重要性均大于10%。此外,所有区位因素对区域城市扩展过程的影响均存在尺度效应,其中地形、气候和河流对城市扩展过程影响的尺度效应相对比较明显。地形、气候和河流对大城市影响的重要性分别为27.17%、20.23%和8.12%,分别是其对小城市影响的4.02倍、3.91倍和2.36倍。因此,建议在旱区城市建设中,应该高度重视地形、气候和河流等自然要素的约束作用,因地制宜地进行城市规划和建设。     

干旱化与土地利用变化对中国北方草地与农牧交错带耕地自然生产潜力的综合影响评价研究

气候和土地利用变化通过不同的方式影响耕地的自然生产潜力,目前在时空尺度上定量分析典型生态边缘区气候干旱和土地利用变化对耕地自然生产潜力综合影响的研究还比较薄弱。论文首先采用桑斯维特纪念模型(Thornthwaite-Memorial Model)对北方草地与农牧交错带地区耕地自然生产潜力进行了计算。然后结合气象数据,分析了干旱化对研究区耕地自然生产潜力的影响。又在遥感数据生成的1990,1995和2000年1km土地利用/覆盖数据基础上,分析了土地利用变化对耕地自然生产潜力的影响。结果发现1970～2006年研究区总体上呈现出较强的变干趋势,但波动明显,干旱导致耕地自然生产潜力在1990～1995年和1995～2000年分别减少了约16.61×10⁶t和19.55×10⁶t。1990～1995年和1995～2000年耕地增加率分别为2.64%和2.55%,在此基础上,耕地自然生产潜力分别增加了5.36×10⁶t和4.48×10⁶t。从整个研究区尺度来看,1990～1995年和1995～2000年耕地自然生产潜力分别减少了了约11.24×10⁶t和15.08×10⁶t。从基于气象站点的泰森多边形尺度来看,研究区的西北区域,主要包括陕西、宁夏和甘肃部分地区,耕地自然生产潜力对于气候变化比较敏感,而包括河北、山西部分地区在内的研究区华北南部区域和内蒙古主要受到土地利用变化的影响。     

土地利用/覆盖变化混合动态监测方法研究

针对当前土地利用/覆盖变化动态监测中常用的分类后比较法中存在的误差累积 ,夸大变化程度的缺陷 ,提出了把变化矢量分析和分类后比较法相结合进行混合动态监测的新方法。从北京市海淀区的实例研究来看 ,尽管该方法对单景图像分类精度提高不明显 ,却可以大大降低常规分类后比较法中误差累积的程度 ,改善了常规分类后比较方法中误差累积、出现不合理变化类型的缺陷 ,从而得到较为准确的土地利用/覆盖变化定量信息。     

基于人类可持续发展指数的中国1990—2010年人类-环境系统可持续性评价

中国经济的快速发展对人类-环境系统造成了巨大压力。如何全面地评估中国人类-环境系统可持续性已成为当前可持续性科学的一个研究热点。论文基于"人类可持续发展指数"在国家、区域和省三个尺度上系统评价了中国人类-环境系统1990—2010年的可持续性。研究结果表明,2010年中国人类-环境系统可持续性为中上水平,总体呈现东高西低的空间格局。1990—2010年中国人类-环境系统可持续性表现为增长趋势,中西部可持续性增长快于东部。经济和社会可持续性指标呈增加趋势,环境可持续性指标为下降趋势。可见,中国人类-环境系统可持续性的空间格局与动态变化均不协调,需进一步促进中西部社会经济发展及加强生态文明建设以实现社会、经济与环境可持续性的全面提高。     

区域碳固持服务供需关系动态分析——以北京为例

陆地生态系统的碳固持服务能直接固定大气中的CO₂,有效减缓全球变暖趋势。该服务的供需平衡对于区域的可持续发展至关重要。目前,以空间显式的方法,定量评估城市尺度上碳固持服务供需关系动态的研究还比较少。因此,论文以北京市为例,分别选取CASA模型计算的植被净初级生产力,以及IPCC清单法和城市碳代谢法计算的人为CO₂排放量,表征碳固持服务的供应和需求量。在此基础上,分析了北京市2000和2013年碳固持服务的供需变化。结果显示,2000年北京市碳固持服务供不应求,供需比为53.5%。空间分布上,中心城区的碳固持服务供需失衡,西部和北部地区的碳固持服务则供大于求。2000-2013年,北京市碳固持服务的供需关系趋于紧张,供需比降至38.5%。碳固持服务供需关系变紧张的主要原因是碳排放总量的增加。其中,来自城市居民生活和交通运输过程的碳排放增长最多。基于此,建议在需求端加快产业转移、促进节能减排,在供应端加大生态环境保护力度、保障区域的可持续发展。     

水资源约束下北京地区2004-2020年土地利用变化情景模拟研究

利用系统动力学(System Dynam ics,SD)的原理和方法,发展了水资源约束下的城市土地利用情景变化SD模型。基于北京1980-2003年土地利用变化过程,构建了水资源约束下北京市城镇建设用地情景变化SD模型,对2004-2020年北京市城镇建设用地的变化进行了模拟研究。结果表明,该模型具有一定的有效性,有助于正确理解自然资源对城市发展和土地利用变化的深远影响。模型模拟结果显示,2004-2020年无约束情景下建设用地年均增长量为40.42～63.38km₂,建设用地占总面积的22%～25%;约束情景下年均增长量为21.21～51.3km₂,建设用地占总面积的20%～24%,远低于无约束情景;水资源强约束情景下建设用地的扩张速度仅为弱约束情景的37.6%,为无约束情景C的33%。可见,随着北京城市化进程的加剧和经济的进一步发展,水资源对北京区域发展的制约作用越来越明显,对土地系统的影响也将更为直观和深刻。     

中国北方农牧交错带气候变化特点及未来趋势——基于观测和模拟资料的综合分析

中国北方农牧交错带是中国生态文明建设的一个重点地区。准确评估其气候变化趋势对于该区域可持续发展至关重要。本文的研究目的是在揭示1971-2015年气候变化特征的基础上,分析区域2006-2050年气候变化趋势。为此,本文综合观测和模拟数据分析了区域1971-2015年的历史气候变化以及2006-2050年的未来气候变化。研究发现：1971-2015年,中国北方农牧交错带气候变化呈暖干化趋势,年均气温的增长速率为0.39 ℃/10 a,年降水量的变化速率为-4.60 mm/10 a。2006-2050年,区域气候变化将呈暖湿化趋势,区域总体年均气温的增长速率为0.20~0.50 ℃/10 a,年降水量的变化速率为1.49~15.59 mm/10 a。同时,如果不有效控制温室气体排放,区域气候系统的不稳定性将加剧。2006-2050年,随着温室气体排放浓度的不断增加,区域增温速率从0.25 ℃/10 a增长至0.48 ℃/10 a,降水变化速率从3.97 mm/10 a增长至14.58 mm/10 a。因此,需要高度重视中国北方农牧交错带气候变化的减缓和适应问题,以促进该区域的可持续发展。