三维城市扩展及其环境效应研究

当前，中国进入快速城市化阶段，在城市边缘不断扩展同时，城市内部改造使得建筑物高度不断增加，同时城市化带来一系列生态环境问题。在"振兴东北老工业基地"等政策影响下沈阳市快速扩展，同时城市内部改造剧烈，如沈阳市铁西区近年由工业区改造成为了高层建筑林立的居住区。本项目在传统基于3S技术分析城市扩展方法研究沈阳城市用地二维扩展的基础上，应用高分辨率影像、航片和建筑物高度提取软件Brista分析沈阳市铁西区在三维空间上的扩展。在此基础上应用实地监测与多种环境模型(SWAT、CALPUFF、SWMM和FLEUNT)结合的方法以非点源和大气污染为研究对象分析城市二维和三维扩展引起的环境效应，探讨城市扩展对非点源和大气污染影响的过程和机理，进而提出控制和减缓对策。本项目可以推动城市研究向三维空间上发展，能够为景观生态学研究向三维空间拓展提供思路，同时为在城市扩展背景下控制非点源和大气污染提供科学依据。

当前，中国进入快速城市化阶段，在城市边缘不断扩展同时，城市内部改造使得建筑物高度不断增加.快速的城市化带来一系列生态环境问题，如大气污染和面源污染。由于技术手段限制，景观生态学研究多基于投影于平面的二维格局进行研究分析，当前高分辨率真遥感卫星影像的发展使得考虑地表变化的三维格局研究成为可能，而城市由于其高度异质性成为三维格局和格局与过程关系最为理想的研究场所。.项目完成了辽宁省中部城市群6期土地利用图和城市群中七个城市建成区建筑物2013年三维矢量图。借鉴建筑学、测绘学和景观生态学理论构建了一系列二维和三维景观格局指数。应用辽宁中部城市群七个城市三维数据验证了指数的灵敏性、有效性和生态学意义。研究结果推动了城市研究向三维空间上发展，为景观生态学研究向三维空间拓展提供了思路和案例。.以沈阳市典型小区为例，对2013和2014年5次降雨过程不同下垫面的径流进行实地监测，分析了径流和面源污染浓度的初期冲刷过程。应用SWMM模型和实测数据模拟了研究区的水文和面源污染过程，核算了面源污染总量，探讨了径流和面源污染的发生机制和不同下垫面的面源污染特征，分析了景观格局对径流和面源污染的影响，为城市水环境治理和海绵城市建设提供了理论依据和科学案例。.基于沈阳市的三维建筑格局作为下垫面数据，应用计算流体动力学的FLEUNT模型对沈阳市的风场、SO2污染和热岛进行模拟。设定5个情景预案，对各个预案应用校定好的FLEUNT模型进行模拟，建立了下垫面的绿地和建筑容量与大气场的关系。针对减缓城市热岛和大气污染的多目标，应用多元统计和运筹学的方法对沈阳市的绿地和城市建筑格局进行优化。研究有助于从规划和城市设计角度减缓日益严重的城市大气环境。.项目的研究结果进一步阐明了城市格局对以面源污染和大气环境为代表的环境和生态过程的影响。研究推动了景观生态学格局研究向三维尺度的发展，同时丰富了景观生态核心问题格局与过程关系的研究。研究的结果能够为治理城市环境问题从格局优化和城市设计角度提供科学依据。