长三角地区城市形态对区域碳排放影响的时空分异研究

以我国城市化快速发展和高强度人类扰动的长三角地区作为研究区域,以区域土地利用状况和碳排放量信息为关键数据源,利用景观格局指数定量分析长三角地区1990-2010年城市斑块大小、形状、规则性、破碎化程度、交通耦合度等城市形态特征对区域碳排放的影响。研究结果表明长三角地区碳排放存在明显的空间分异性,总体呈现中东南和西北部高、东北部次之、西南部最低的特征。1990-2010年区域碳排放量均呈快速增长趋势,其中1990-1995、1995-2000、2000-2005和2005-2010的平均增长率分别为40.55%、24.47%、70.71%和51.43%。研究时段内,道路密度(RD)、交通耦合度(CF)和最大斑块指数(LPI)对区域碳排放一直存在显著影响,表明长三角地区城市形态主要通过路网交通产生作用,进而影响碳排放。不同时间段,城市形态对碳排放的影响不尽一致,这可能与城市化的不同阶段经济发展水平存在差异有关。城市化初级阶段,区域碳排放量随着用地面积和道路密度的增加呈增加的趋势,而随着城市斑块数量、斑块聚合度和道路缓冲区的增加,碳排放量呈现减少的趋势。和1990、2000年相比,2010年增加了平均城市斑块最近邻距离(ENN_MN)对碳排放的影响,并且呈负相关,说明增加城市斑块最近邻距离有利于减少碳排放。就当前来看,增加道路缓冲区面积和斑块临近距离,减少城市最大斑块面积是当前从城市形态角度减少碳排放的有效途径。研究结果可加深对城市形态与区域碳排放的客观认识,对于优化城市形态、控制区域碳排放具有实证案例和借鉴意义。

上海春季近地面大气CO_2浓度空间分布特征及其影响因素分析

基于移动监测手段获取上海春季典型样带近地面CO2浓度监测数据,在明确近地面CO2浓度空间分布格局的基础上,分析了城市化水平以及土地利用类型对近地面CO2浓度的影响。结果表明上海市春季近地面CO2浓度空间分布呈现西高东低、北高南低的特征,空间异质性较为明显,市中心比郊区高出55.1μmol/mol(13.3%),存在着明显的城市"CO2"岛现象。城市化水平对于上海市近地面CO2浓度影响较为显著,总体上呈现随城市化水平上升而下降的趋势,距市中心距离每增加1km,CO2浓度下降1.56μmol/mol。上海市近地面CO2浓度与5km范围内下垫面土地利用类型相关性显著,其中近地面CO2浓度与林地以及建设用地覆盖率相关性最高,依次为-0.64和0.63。进一步分析表明近地面CO2浓度与土地利用类型的相关性在高度城市化以及城郊区域较高,在中低城市化水平区域较低。

上海市近地面CO_2浓度及其与下垫面特征的定量关系

城市化所带来的土地利用变化和化石燃料燃烧对全球碳循环和气候变化产生了深远影响.明确城市区域CO2浓度的空间变化特征,对于认识和控制温室气体排放、减少人类活动对全球气候变化的影响具有重要意义.本研究以高强度人类扰动和快速城市化背景下的上海市为研究对象,于2014年春季利用近红外气体分析仪Li-840A开展近地面CO2浓度样带监测,结合遥感数据获取的城市下垫面特征信息,在明确上海市近地面CO2浓度空间分布格局的基础上,进一步定量分析其对城市下垫面特征的响应机制.结果表明:上海市近地面CO2浓度为(443.4±22.0)μmol·mol-1,城市中心CO2浓度比郊区平均高12.5%(52.5μmol·mol-1).近地面CO2浓度空间异质性显著,呈现西北高、西南次之、东南低的趋势,总体表现为随着下垫面城市化水平的降低而降低.城市下垫面植被覆盖率(CVeg)是城市近地面CO2浓度的重要指示因子,两者呈现负相关;不透水层覆盖率(CISA)次之,两者呈正相关.CO2浓度(CCO2)与CISA及CVeg的相关性(R2)在缓冲距离为5 km时同时达到峰值,三者之间的定量关系可通过建立逐步回归方程表征:CCO2=0.32CISA-0.89CVeg+445.13(R2=0.66,P<0.01).

上海春季近地面大气N_2O浓度空间分布特征及其影响因素

目前研究中对全球和区域尺度的N_2O源/汇问题有了较好的理解,但关于城市区域N_2O的时空分布特征及其影响机制的认识还比较有限。本文以高度城市化的上海市为研究区域,利用气相色谱法对上海173个观测点开展N_2O观测,得到大气N_2O浓度的空间分布情况,并初步探讨了人类活动对近地面N_2O浓度空间分异的影响。结果表明,上海市近地面大气N_2O平均浓度为311.4±2.0 nmol·mol-1,中心城区大气N_2O平均浓度最高,为312.0±1.4 nmol·mol-1,青浦区大气N_2O平均浓度最低,为309.9±1.7 nmol·mol-1。上海市近地面N_2O浓度与城市化梯度没有显著相关性,但交通和商业区N_2O浓度和绿地N_2O浓度有显著差异。城市河流沉积物氮排放、城郊农田土壤微生物的硝化与反硝化作用以及化石燃料的燃烧是上海市大气N_2O的主要来源。

基于FLUXNET观测数据与VPM模型的森林生态系统光合作用关键参数优化及验证

生态系统总初级生产力(GPP)是全球生态系统碳循环研究的重要组成部分.植被最大光能利用率(ε_(max))是陆地生态系统GPP模拟的关键参数.本文基于植被光合模型(VPM)和全球通量网(FLUXNET)40个站点(179条站点年数据)的涡度相关通量观测数据,采用单因素轮换法对VPM模型进行参数敏感性分析,并利用交叉验证法对全球森林生态系统的光合作用关键参数进行优化和验证.结果表明:森林生态系统GPP模型受ε_(max)、光合最高温度(T_(max))以及光合最适温度(T_(opt))的影响最大;优化后的ε_(max)在不同植被类型之间存在明显差异,介于0.05~0.08μmol CO_2·μmol^(-1)PAR,常绿阔叶林>常绿针叶林>混交林>落叶阔叶林;优化后的森林生态系统Tmax为38~48℃,Topt为18~22℃;利用分植被类型优化后的模型关键参数,VPM模型可较好地模拟全球主要森林生态系统GPP的季节和年际变化.