天山北坡绿洲城市空间扩展与生态环境效应研究

绿洲城市是干旱区人类活动高度集中、生态环境十分脆弱的典型区域。30年来新疆绿洲城市经历着快速的城市化过程。作为城市化在空间上的主要表现形式，城市扩展既加速了自然覆盖的景观向人工不透水面的转化，又对城市周围生态环境造成了现实的或潜在的威胁。本项目拟运用"3S"技术，环境学和景观生态学理论，问卷调查和统计分析等方法，以天山北坡主要绿洲城市为研究对象开展如下研究。首先，利用70、90年代和21世纪初3期Landsat卫星遥感影像数据提取城市不透水面，通过不透水面比率划定的城市土地利用变化来监测城市空间扩展过程及特征；其次，结合社会、自然资料及实地调查，利用定量计算和定性分析结合的手段，诊断出城市空间扩展的驱动因素，并阐明各因素间形成的驱动机制；第三，从时空角度角度分析城市扩展的生态环境效应；最后，以上述研究结果为基础，提出天山北坡绿洲城市土地持续利用的优化对策，为城市土地资源的持续发展提供参考。

发展中国家正经历着快速的城市化过程，其显著的特点是城市人口大量增长和空间范围大规模扩张。快速的城市化过程一方面推动了城市经济的飞速发展及人民生活条件的改善，另一方面也带来一些生态环境负效应。近年来，绿洲城市也正处于快速的城市化过程中，其生态环境正面临着现实或潜在的威胁。本项目以天山北坡典型绿洲城市为研究区域，首先采用遥感技术监测了乌鲁木齐市、石河子市和克拉玛依市不透水面的时空变化特征，其次应用环境磁学、土壤学、水文学、环境科学的方法研究了城市空间变化引起的土壤、大气、雨水地表径流水质以及植被生长特性的生态环境效应，再次从非空间角度分析了克拉玛依市和石河子市的城市化过程与生态环境间的协调关系，最后分析了影响城市空间变化的自然和社会因素。结果表明：采用线性光谱分解模型估算不透水面丰度是可行的，在过去20多年里，三座城市不透水面迅速增加，裸地和耕地不断减少。乌鲁木齐市和石河子市建成区表土磁性整体和局部的增强，其与工业和交通活动密切相关，表土磁性载体主要是多畴亚铁磁性和少量不完全反铁磁性矿物。乌鲁木齐城市农用地粘粒含量高于未利用地和建设用地，粉粒含量最高的是建设用地，未利用地的砂粒含量高于建设用地和农用地。乌鲁木齐市土壤全盐量空间分布与南北狭长的地形及城市布局相一致。乌鲁木齐市城区大气环境污染主要是“煤烟型”污染，大气中PM10、SO2浓度空间分布呈现市南区和市中区逐步降低，市北区递增的趋势。由于机动车保有量的增加，引起城南NO2浓度不断增加的趋势。过去20年，三座绿洲城市的热岛效应并不显著，地表温度与裸地分布之间呈现显著的正相关关系，城区的冷岛效应不断增强。不同不透水面的雨水径流重金属污染物含量高低表现出交通密集区路面较高，支路路面较低，停车场含量居中，屋顶含量相对最低。城市道路交通使得CO2浓度的升高，导致紫丁香有效光合速率能力降低，CO2浓度与蒸腾速率相关性较小。城市化与生态环境协调度互动分析可知，2000-2012年间，克拉玛依城市化与生态环境的协调度指数较高，多数年份两者具有良好的协调性。石河子城市化与生态环境的协调度值基本大于0.5，协调等级低于克拉玛依市。乌鲁木齐城市空间扩展主要由社会经济因素驱动。本项目对系统研究空间城市化和生态环境的人地关系有一定的贡献，特别是引入相关学科的微观实验方法，为更好研究城市复杂问题提供了参考。