城市景观格局演变的环境效应与生态空间优化研究

The issues of traffic jams, water resource shortage, environmental pollution and ecosystem degradation become publically hot topics due to rapid urban expansion in China. All these issues are closely related to the urban land use/land cover change and landscape pattern evolution. Studies on the environmental effects of urban landscape pattern evolution and optimized green landscape model are fundamental to accommodate rapid urban development and ensure regional eco-security. In this study, the Beijing-Tianjin-Tangshan region will be focused on and the following tasks are to be conducted: (1) The characteristics of landscape pattern evolution and eco-service land change in the past three decades will be examined by using remote sensor imagery; (2) The effects of urban landscape change on meteo-environmental features, and the urban heat island effects due to landscape pattern evolution in different function areas will be explored based on high-resolution remote sensor images; (3) The effects of urban land surface changes on urban run-off and water quality are to be investigated based on field measurements of urban run-off and water quality monitoring, and urban non-point source pollution and urban flooding risk will be analyzed; (4) The effect of urban green landscape loss on the urban eco-services and eco-security will be studied through ecosystem service evaluation and integrated landscape modeling. And the optimized model for green landscape in different urban function areas will be finally determined in term of urban ecosystem health and regional eco-security by using integrated model of landscape pattern and ecological process. The results should be useful for sustainable urban planning and development.

随着我国城市化进程加速,交通拥挤、资源短缺、环境污染、生态恶化等问题正在成为全社会关注的热点问题,这些问题的出现均与城市下垫面改变和景观格局演变密切相关。开展城市景观格局演变的环境效应与生态空间优化研究是实现城市发展和区域生态安全双赢的科学保障。本项目将以京津唐作为重点研究区,通过遥感影像解译与制图分析,研究近30年来景观格局与生态用地变化特征；基于高分辨率遥感影像和热红外遥感影像解译,研究城市下垫面变化对热环境的影响,定量分析景观格局影响热岛效应的机理；结合地表径流观测,分析城市下垫面变化对地表水环境的影响,揭示城市面源污染与洪涝灾害形成的机理；综合考虑城市空间扩展模型与生态服务评价模型特点,建立基于城市空间扩展－生态服务效应评价的城市生态空间优化决策模型,模拟研究生态用地流失对区域生态安全的影响,从城市健康与生态安全角度,探讨城市生态空间优化的模式和方法,为城市可持续发展提供科学依据。

开展城市景观格局演变的环境效应与生态空间优化研究是实现城市发展和区域生态安全双赢的科学保障。本项目以京津唐地区作为重点研究区,基于高分辨率遥感影像解译和实地监测、模型模拟和情景分析,系统研究了京津唐地区景观格局演变特征及其生态环境效应,从城市健康与生态安全角度,提出了城市生态空间优化与安全格局构建的基本框架。取得了以下重要进展：（1）基于土地利用转换，辨识了京津冀地区景观演变轨迹和生态用地流失特征，研究发现城市扩张是该区生态用地流失的主要驱动因子，但北京、天津和唐山的变化轨迹存在差异；（2）基于高分辨率遥感影像，定量揭示了不同景观类型转换模式所带来的热环境效应，比较研究了不同下垫面地表温度、近地表空气温度和湿度的时间变化特征，研究发现下垫面的地表和空气温度比值可以作为判断下垫面影响城市热岛效应的重要指标；（3）基于高分辨率遥感影像解译，系统研究了不同功能区地表热环境特征，揭示了景观格局对城市热岛效应的影响，研究发现在城市热岛效应形成中景观组成起到了决定性作用，而景观格局调整在减缓热岛效应方面作用有限。（4）通过情景分析与模拟研究，定量揭示了城市居民小流域景观和不透水面空间配置对降雨-产流过程的影响，研究发现景观空间配置会导致降雨-产流的错峰效应；（5）基于地面实测数据，系统研究了不同下垫面类型的地表径流污染特征，研究发现不同材料的下垫面在污染物截留与起源方面存在差异，地表径流中氮磷污染分别以溶解态和固态形式存在。（6）基于实地观测数据对ENVI-met的校正，通过情景模拟研究，揭示了居住区绿地景观与建筑物空间配置对热环境和热舒适度的影响，从建筑物和绿地景观空间配置角度探讨了城市生态空间优化的措施；在此基础上，从景观、城市和区域尺度提出了城市生态空间优化与安全格局构建的基本框架。