基于“功能-需求-流”的城市绿色空间生态系统服务精细模拟及权衡研究

Urban green space contributed greatly to the improvement of the urban environment and residents' well-being. However, traditional data source and analysis method failed to meet the requirement of fine modeling in urban environment, hindering the deep-going of research on the ecosystem services of urban green space. Based on the conceptual framework of "capacity, demand, and flow", this project aims to reveal the mechanism of trade-offs in a complex urban environment through the simulating of ecosystem services flow. The major contents are described as follows: (1) Mapping and analyzing spatial characteristics of capacity and demand of ecosystem services in the framework of "type, structure, and landscape" and "population, income, and environment" respectively, by integrating remote sensing, urban big data, ecological model and GIS technology. (2) Quantifying the function scale and transferring characteristics, depicting the transfer path of ecosystem services and analyzing spatial mismatch base on SPANs model. (3) Clarifying the mechanism of trade-offs and synergy by using Pareto curve and spatial clustering, stimulating the complex interaction between ecosystems under certain demand scenarios through Boolean network. The implementation of this project can offer new ideas and approaches to research of ecosystem services of urban green space, and provide decision support for the optimization of urban green space in the densely populated urban area.

城市绿色空间对改善城市环境、提高居民福祉作用巨大。传统数据和分析方法难以满足城市精细模拟的需要，阻碍了城市绿色空间生态系统服务研究的深入。本项目基于“供给-需求-流”理论框架，通过对城市绿色空间生态系统服务流的精细模拟，揭示城市复杂环境中生态系统服务的权衡机制。具体包括：①综合遥感、城市大数据、生态效益模型和GIS技术，分别从“类型-结构-景观”和“人口-收入-环境”的角度对生态系统服务功能和需求进行空间制图，量化其空间特征；②基于SPANs模型，量化不同生态系统服务的作用尺度和转移特征，刻画生态系统服务传递路径，分析其供需的空间匹配性；③结合帕累托曲线和空间聚类，对生态系统服务之间的权衡机制进行量化研究，并通过布尔网络模型进行特定需求情景下生态系统服务之间复杂相互作用的模拟。本项目的开展，可为深化城市生态系统服务研究提供新的思路和方法，为人口密集的城市区域绿色空间的优化配置提供决策支持。

城市绿色空间作为城市生态系统中唯一具有自我调节能力的部分，其所提供的生态系统服务对改善城市环境、提高居民福祉作用巨大。由于城市环境的复杂性，使得对城市绿色空间生态系统服务流的模拟需要精细化的模型和多源数据的支持。本项目基于“供给-需求-流”理论框架，通过集成城市大数据、遥感技术和GIS建模，实现城市异质性环境下绿色空间生态系统服务的精细模拟，并揭示其空间匹配状态和权衡关系。取得的主要进展有：①从城市绿色空间生态系统服务模拟的需求出发，针对城市边界、城市绿色空间、非透水面、人为活动强度、鸟类栖息地等关键要素建立了一系列信息提取技术，识别了城市绿色空间的“场景”单元，分析了单元内绿色空间的结构、规模、形态及其社会功能，在此基础上对其生态系统服务功能进行了制图；②提出了“人口密度-收入水平-环境胁迫”的生态系统服务需求空间量化模型，通过集成城市地理大数据、遥感反演和GIS分析技术，量化受益者对生态系统服务多角度需求的空间分布，以及多角度需求在空间上的权衡特征；③从杭州市域和主城区两个尺度，开展了主要生态系统服务的供需空间匹配研究，分析了不同生态系统服务的作用尺度和转移特征，对生态系统服务权衡的空间特征进行了量化研究。本项目的开展，可为深化城市生态系统服务研究提供新的思路和方法，为人口密集的城市区域绿色空间的优化配置提供决策支持。