极端暴雨下山地丘陵区小流域洪水淹没强度对景观特征的响应——以河南“7·20”暴雨为例

通过分析郑州7·20暴雨事件中贾峪河山地丘陵区小流域的洪水过程,探究景观特征对洪水淹没强度影响的时空分布规律,并提出增强流域洪水韧性的规划建议,以缓解河南省山区所面临的社会经济发展、生态环境改善等问题。基于高分6号遥感数据、先进陆地观测卫星(ALOS,Advance Land Observing Satellite)相控阵L频段合成孔径雷达(PALSAR)的地表高程数据和小时降雨量数据,利用MIKE 21水动力模型构建贾峪河流域二维水文模型,分析其2021年7月20日0—24时期上、中、下游的洪水淹没深度和面积,并结合双变量空间自相关模型方法,探究洪水淹没强度与各景观组成和地形因素在时间和空间上的相关性的差异以及其空间聚类类型。研究表明:(1)贾峪河流域淹没面积在0—6时快速增长,于18时达到最大9.59km^(2),此时各区域淹没面积占比从大到小依次为下游18.88%、上游8.25%、中游12.03%,淹没深度在3m以上的面积占36.11%。(2)地形因素(平均Moran′s I=0.159)对洪水强度的影响大于土地类型(平均Moran′s I=0.096),主要影响因子相对高程、地形湿度指数、矿坑面积百分比、水体面积百分比、建设用地面积百分比、耕地面积百分比以及林地和草地面积百分比与洪水淹没强度之间的相关性随时间变化呈增大趋势,均在暴雨中后期18—24时达到最强。(3)交互探测结果表明,多因子叠加会增强各景观特征对洪水淹没强度的影响。上游影响洪水淹没强度的主要驱动力为矿坑和相对高程,中游和下游的主要影响为水体和地形湿度指数。(4)洪水淹没强度24时的平均值与景观特征指数之间的“高⁃高”和“高⁃低”地区的面积占比约0.47%—9.85%,主要分布在上游的中部山区和北部河道周围、中游的河道两侧和下游的河道以及常庄水库周边地区。研究结论建议在上游露天矿坑就地改造为蓄水池并恢复植被,中游和下游应提升河岸带绿地质量,增加下游城区绿色基础设施,减轻城市洪水风险。

郑州市生态系统服务价值时空变化特征

基于河南省郑州市2004,2009,2014年TM(遥感卫星)影像,分析土地利用变化情况,并结合郑州市区域特征修正"中国生态系统单位面积生态系统服务价值当量"估算郑州市生态系统服务价值,分析研究期间时序变化与空间分异特征,探究了郑州生态系统服务价值与不同土地利用类型变化之间的相关关系。结果显示:在2004-2014年间,郑州市的生态系统服务价值总量逐步上升,由103.31×10~8增加到125.69×10~8元·a^(-1),年均增长率为2.0%。原因是林地面积增长,带动原材料生产、美学景观、气体调节的生态系统服务价值显著增加;新密市、登封市生态系统服务价值变动剧烈,区域间存在明显差异。郑州市生态系统服务价值在时间序列上变化较为剧烈,区域间分布不均衡,呈现明显的西高东低、南高北低分布形态。研究区生态系统服务价值与林地面积呈显著正相关,相关系数为0.855,与其他地类无显著线性关系。林地面积的增长是带动区域生态系统服务价值提升的根源。

城市绿地景观格局对PM2.5、PM10分布的影响及尺度效应

基于2015—2016年郑州市9个国控监测站点的连续监测数据及遥感影像数据,在1~6km尺度上分析PM_(2.5)、PM_(10)与城市绿地景观格局各季节的耦合机制及尺度效应。结果表明:在春季3km×3km^6km×6km尺度,夏季3km×3km、5km×5km、6km×6km尺度,秋季2km×2km^6km×6km尺度增加绿地面积对PM_(10)浓度具有显著缓解效应,且在秋季5km×5km尺度缓解作用最佳;当绿地面积在春、冬季达到3km×3km,秋季达到5km×5km尺度以上时,绿地面积的增加才能使PM_(2.5)浓度降低。在秋季2km×2km^6km×6km尺度加强大型绿地斑块的保护及拓展、提高绿地斑块集群效应可以显著降低PM_(10)浓度,尤其在3km×3km尺度减缓作用最佳;分别在冬季4km×4km、5km×5km尺度增加大型斑块面积、提高斑块聚集程度能明显缓解PM_(2.5)浓度。在冬季1km×1km尺度或春季1km×1km尺度提高绿地斑块形状复杂程度可以分别降低PM_(10)和PM_(2.5)浓度。该成果可以为多尺度城市绿地系统规划设计提供定量依据。

郑州市绿地系统生态服务价值评价及动态研究

运用生态服务价值指数的概念及相关理论和依据2003—2013年郑州市绿地面积动态变化结果,选择水源涵养、固碳、释氧、吸收SO_2、吸收NO_X、减噪、滞尘、降低温度8个生态指标创建郑州市绿地系统生态服务价值评价体系,并且应用全排列多边形图示指标法分析2003—2013郑州市城市绿地系统生态服务功能。结果表明：在2003—2013年间郑州市绿地系统生态服务总价值由246.77×10~6元增至554.27×10~6元,每项生态系统服务价值历年均值排列次序为：水源涵养〉释氧〉减噪〉固碳〉降低温度〉滞尘〉吸收NO_X〉吸收SO_2。郑州市城市绿地系统生态服务价值各单项分指数呈逐年上升趋势,其中固碳价值分指数、水源涵养价值分指数、吸收SO_2价值分指数与同年其他各单项分指数相比数值较大。11年间郑州市绿地系统生态服务价值综合指数分别为0、0.002、0.112、0.168、0.246、0.315、0.415、0.479、0.647、0.756、0.811,生态服务功能逐步改善。通过对郑州市城市绿地生态服务价值评估,以期为今后生态补偿机制的建立和规划管理等提供理论和数据支撑。

基于马尔科夫模型的郑州市城市热岛效应分析及预测

基于4期TM遥感影像数据对郑州市热环境的空间动态变化过程进行了分析,并应用马尔科夫模型预测了郑州市未来9年的热环境发展趋势。结果表明:2000—2013年,郑州市热岛效应随着城市发展方向的移动,四环以内的热岛类型正趋于恶化,三环内热岛类型由次低温区、中温区向高温区转移,三环至四环区域内,热岛类型由次低温区向中温区转移,四环以外东南部受到工厂外迁引起的地表温度升高,其余大部仍处于次低温区。未来9年,在现有人为因素干扰的情况下,郑州市四环内的热岛效应可能会加剧,截至2022年,低温区、次低温区、中温区、高温区、超高温区的热岛类型面积比例分别为0.41%,21.01%,68.96%,9.19%,0.38%。植被减少及建筑物增多是热岛效应增强的主要原因,植被以及水域具有很好的"冷岛"效应,对城市热岛效应具有明显的消减作用。

中原城市群城市化程度对气溶胶时空分异的影响

基于2016年MODIS L2与Landsat 8 OLI遥感影像数据,通过暗像元算法反演获取气溶胶光学厚度(AOD)数据以及目视解译获取土地分类数据,采用回归分析及相关性分析对中原城市群气溶胶的时空分布以及城市化程度对其影响的规律进行研究。结果显示,研究区AOD季节分布特征显著,平均值表现为春季(0.652)>秋季(0.461)>夏季(0.456)>冬季(0.321),以太行山南麓、伏牛山东麓、桐柏山北麓为分界线呈现东高西低的空间分布态势。建设用地面积与年度AOD均值具有显著正相关关系,相关系数为0.467(F=325.090,P=0.000),其中秋季AOD受建设用地面积影响最大,冬季最小。在中原城市群尺度上,以10 km×10 km为最小样方单元,当建设用地面积占比在1.03%~3.05%区间,建设用地面积的增加导致AOD的极显著增加,相关系数为0.369(F=30.364,P=0.000);在11.17%~74.49%区间,建设用地面积的增加导致AOD的显著增加,相关系数为0.143(F=0.020,P=0.029),且在1.03%~3.05%区间幂函数模型拟合度最优,在1.17%~74.49%区间线性模型拟合度最优;在0%~1.02%区间,建设用地面积的增加对春季AOD的增加影响显著;在1.03%~3.05%、11.17%~74.49%区间,建设用地面积增加对冬季AOD增加影响极显著;而在3.06%~6.01%、6.02%~11.16%区间,建设用地面积的增加仅对夏季AOD增加产生影响。中原城市群尺度上,建筑用地占比空间分异在不同程度上影响不同季节AOD空间分布特征,城市群东部平原西部山地丘陵的自然地势在一定程度上影响AOD的分布。

城市空气颗粒物相关研究综述

环境空气质量尤其是城市空气颗粒物污染是许多国家面临的严重环境问题,已成为当今学术界研究的焦点。国内外相关研究主要对空气颗粒物的来源及其组分特征、时间动态及空间分布特征、城市绿地与颗粒物之间的相关性、城市景观异质性对空气颗粒物的影响等几个方面进行阐述。通过文献总结出现有研究在数据获取、数据监测、研究区域、绿地景观异质性与颗粒物浓度之间的耦合关系等方面存在的许多不足之处,并对今后的研究趋势提出建议。

郑州市气象因子对大气颗粒物浓度的影响研究

基于2015、2016年河南省环境监测中心站获取的郑州市9个监测点颗粒物浓度和逐日气象数据,对气象因素和颗粒物浓度相关性进行了研究。结果表明:郑州市大气颗粒物浓度受季节影响较强,总体呈现冬季高、夏季低的趋势。降水量与大气颗粒物浓度呈现明显的负相关。相对湿度的增高不利于PM_(2. 5)浓度的降低,而PM_(10)的浓度则随着相对湿度的增高有所降低。春夏秋三季的主要风向为东北偏东,当春季风为东南风和西风时,颗粒物浓度最低;当夏季风为东北偏东风时,颗粒物浓度最低;秋季吹东北风时,颗粒物浓度最低。冬季吹西北风(郑州冬季盛行风向)时,大气颗粒物质量浓度最低。

郑州市主城区公园绿地与居民人口分布均衡性研究

以郑州市主城区公园可达性、绿地服务水平、区位熵为公园绿地与人口分布均衡性评价的定量指标,采用层次分析法,构建综合指标评价体系,分析了公园绿地与居民人口分布的均衡性。结果表明:1)综合指标分析得出,主城区内6个区公园绿地服务效率差异较大,郑东新区综合值最高,为0.694,公园服务效率远高于其他各区,服务重叠率较高;其他老城区综合评价值普遍较低,惠济区最差,为0.139,服务效果差距较大,公园绿地与人口分布严重失衡。2)反映公园绿地可达性的网络分析显示:3种交通方式下出行5 min内,惠济区可达性最差,郑东新区最好。3)现状公园绿地在500、1000 m服务范围内,管城区服务效率最差,郑东新区最好;按照《郑州市城市总体规划(2012-2030)》中新增居住区,惠济区公园绿地的服务水平在500、1000 m范围内将分别下降30%、44%,忽略了新增绿地与新增居住区的同步发展匹配。4)各主城区公园绿地的区位熵差距悬殊,表明郑州市主城区公园绿地与居民人口分布极不均衡,郑东新区最高是金水区的154.1倍,前者人均公园绿地面积是金水区151.7倍。该研究结果将为今后的城市总体规划调整和公园绿地布局建设提供科学依据。

漯河市构筑空间与绿度空间耦合分析及仿真模拟优化

【目的】优化城市规划布局,探究城市构筑空间与绿度空间耦合路径,优化城市用地空间布局,实现协调可持续发展。【方法】基于分形、人工神经网络元胞自动机(ANN-CA)与空间句法等模型,进行多时相的漯河市土地利用/覆盖变化(LUCC)分析和预测仿真。【结果】①形态分维数由2003年的1.64增长到2013年的1.70,2018年达1.75;②聚集维存在数据突变点,空间集聚状态在不同圈层存在差异;③2003—2018年城市绿度空间可达性显著降低;④构建ANN-CA-GM(1,1)城市增长模型模拟“底线、约束和理想”3种未来情景,对构筑空间和绿度空间的耦合发展过程进行预测:2025年城市建设用地将持续增至156.71 km^(2),其中理想情景下的构筑空间集聚范围回落至市政府周边5500 m,与绿度空间面积比为1.00∶1.48。【结论】①2013年城市形态接近最优,随后由于城市高密度发展,2018年城市建设用地布局过密,与绿度空间耦合交流受阻;②在2018年市政府周边14圈层(7000 m)范围内建设用地高度聚集,此区域内发展生态用地有助于引导精明增长,构建韧性城市;③绿度空间面积大且可达性程度高的区域集中在建设用地高度聚集范围以外,而聚集区内的沿河绿地空间利用程度低;④理想情景空间耦合布局为国土空间规划及“三线划定”提供定量化数据支撑与空间布局参考,通过绿地布局实现城市生态服务的有效供给。图7表4参33。