基于不透水地表扩展的南昌市景观生态风险评价

[目的]景观生态风险是识别区域生态风险和衡量区域生态安全的有效指标。基于不透水地表构建,可直观判定人类活动对风险形成及恶化的环境响应。分析区域景观生态风险评价及风险加剧区的影响因素,对遏制风险加剧区的滋生与蔓延具有科学意义及实践价值。[方法]以南昌市为例,获取不透水地表信息构建景观生态风险指数,分析其时空演变特征,运用地理探测器对研究区景观生态风险的影响因素进行测度。[结果](1) 2010-2020年南昌市不透水地表面积剧烈增长,由648.63 km^(2)增至1 075.12 km^(2),农用地及生态用地资源不断下降,不透水地表主要由耕地、林地、水域等景观转换而来,人类活动干扰程度加大;(2) 2010-2020年南昌市景观生态风险指数空间分布以“中间低-两边高”呈现,平均值整体下降。2010年、2015年、2020年南昌市景观生态高风险区面积分别为519.73 km^(2),324.82 km^(2),365.04 km^(2),景观生态高风险区面积先降后升,区域以景观生态中高风险区及中风险区为主;(3) 2010年、2015年、2020年南昌市景观生态风险的影响因素由社会经济因子与距离因子为主导,影响因子的交互作用均大于单因子的解释程度,距离因子对自然气候因子与社会经济因子具有正向提升作用;(4)南昌市景观生态风险加剧区以林地、水域、耕地等景观类型为主,加剧区是自然环境、社会经济及可达性等多重因素导致,但人为活动影响更为突出。[结论]南昌市景观生态状况向好。自然环境、社会经济、距离等因子对景观生态风险指数及风险加剧区的影响呈现差异性和交互性。研究结果对维护区域生态安全和可持续发展具有重要意义。

武汉市不透水地表时空格局分析

根据植被-不透水地表-土壤(V-I-S)模型,以武汉市2002、2009、2015年3期Landsat影像为数据源,利用线性光谱混合模型进行亚像元分解获取不透水地表比例的空间分布。在此基础上采用梯度分析、景观格局指数等方法对研究区内不透水地表空间格局及变化进行分析。得到以下结论:武汉市2002、2009、2015年的平均不透水地表比例分别是27.53%,34.65%,40.51%,呈不断增长的趋势。主城区的不透水地表比例明显高于新城区,但新城区不透水地表比例增加幅度大于主城区。武汉市不透水地表主要沿长江、汉江两条轴线分布,随着与城市中心距离的增大,不透水地表比例递减后趋于稳定,三环线内4 km和三环外10 km范围是平均不透水地表比例增量最大的圈层。2002~2015年,武汉市由自然地表与极低盖度等级占主导的景观格局逐渐演变为以中高盖度不透水盖度等级占主导。

特大城市不透水地表时空格局分析--以北京市为例

以北京市为研究区,利用Landsat MSS影像和Landsat TM影像,运用线性光谱混合分解模型提取4期北京地区的不透水地表信息,并结合北京城市用地扩张,分析二者的时空格局。结果表明,近30年来,北京城市用地和不透水地表快速扩张,扩张面积和速度逐年增加,到2010年不透水地表占城市用地面积的64.06%;东城区和西城区在1992年后不透水地表增长幅度较小,丰台区、海淀区、朝阳区和石景山区一直保持快速增长的状态。到2010年,西城区不透水地表占城市用地比例最高,达到高度人工化;在3个扩张阶段中,城市用地扩张中的不透水地表面积所占比例逐年降低,绿地面积所占比例逐年增加,尤其是2000—2010年绿地面积剧烈增加,达到了城市用地扩张面积的27.19%。

城市不透水地表降雨径流污染监测与研究——以北京工业大学校园为例

城市不透水地表降雨径流污染是面源污染的重要组成部分,而城市不透水地表在非降雨天累积的污染物又是降雨径流中污染物的主要来源。以2015年的前10场降雨为例,选取北京东南部大学校园范围内的教学楼屋顶、校园道路、邻近交通主路等不透水地表为研究对象,对自然降雨及其产生的降雨径流污染进行实地采样分析。分析结果表明:冬季过后的第一场降雨雨水径流污染严重,水质为劣V类,之后,降雨径流污染有所减轻;不同采样点水质污染严重程度不同;距离建筑物厕所排气口距离越近的地方,氨氮污染浓度越高;透水地面设施的存在可以减轻径流污染程度。根据分析研究结果,提出了控制和治理城市降雨径流污染的建议。

基于不透水地表比例的城市扩展研究

不透水地表比例是衡量城市化水平的一个重要指标,采用不透水地表比例可以研究城市的空间变化和扩展并定量化城市空间变化和扩展的强度。使用多端元光谱混合分析方法可以从TM影像中提取亚像元尺度的不透水地表比例,用该方法从两个时相的TM影像中提取南京都市发展区不透水地表比例,在此基础上定性和定量地分析该区域的空间变化和扩展。

减少不透水地表的美国场地优化设计模式研究

快速城市化过程中,场地的开发建设模式对环境的累积影响不容忽视,尤其是不透水地表对水环境的负面影响。鉴于我国现阶段对场地设计中不透水地表管理意识较为薄弱、设计手法尚显不足这一普遍现象,以此方面实践比较成功的美国"场地优化设计"为主要研究对象,具体从街道、停车、地块三个要素入手,剖析、总结其减少场地不透水地表的先进的管理理念和设计手法,并与我国相关内容进行了比较和评述。

成都市主城区及南部新城区不透水地表研究分析

采用不透水地表可定量化研究城市空间变化和扩展。本文选取2013年、2014年、2015年成都地区高分一号影像,通过线性光谱混合分解模型和水体掩膜运算提取成都市不透水地表。以成都主城区和南部新城区各区为单位,分析了不透水地表在空间格局分布和时序变化上的特点及其与主要经济指标的关系。结果表明不透水地表与成都市城市化,特别是经济发展与工业固定投资呈正相关,其对城市规划建设、洪涝灾害预防有一定意义。

城市新区不透水地表盖度与人为热的关系研究——以陕西省西咸新区为例

基于Landsat数据,采用线性光谱混合模型分解法提取陕西省西咸新区2007年和2016年2景影像的不透水地表盖度,利用地表能量平衡法提取同期人为热信息,并探讨二者间的关系。结果表明:①2007—2016年间不透水面从294. 93 km2扩张至362. 62 km2,由以自然地表与低覆盖度等级占主导逐渐演变为以中、高覆盖度不透水地表盖度等级占主导;②2016年研究区人为热在空间上区域差异显著,高值区集中分布于沣东新城中北部和空港新城西安咸阳国际机场周边,在秦汉新城中部、沣西新城北部和泾河新城部分地区有零星分布;③各土地利用不透水地表盖度均值和人为热均值均呈现建设用地>耕地>林地>水体的特点;④不透水盖度与人为热呈正相关,相关系数为0. 97,各地区的人为热值随不透水地表盖度上升速率呈现空港新城>沣东新城>泾河新城>秦汉新城>沣西新城的规律。

1984—2014年北京地区不透水地表的时空变化及其温度效应研究

研究城市地表覆盖与地表温度(LST)的关系对改善城市生态环境具有重要科学意义。在Landsat TM数据支持下,利用线性光谱混合分析模型提取不透水地表信息,结合LST和地表热通量,分析不透水地表覆盖度(ISA)和LST的时空变化特征及其相互关系,探讨不透水地表对LST的影响机理。结果表明:1984—2014年北京不透水地表面积迅速增长,中覆盖度比例下降,高覆盖度比例增加;LST从市中心向郊区递减,高温区向外扩张;LST和ISA呈显著正相关,但不是简单的线性关系;ISA处于0.6~0.9时LST上升速率最快,减少ISA在此范围内的不透水地表集中分布可缓解高温区集中的现象。

气溶胶光学厚度和不透水地表覆盖度对城市热岛强度的影响——以关中地区为例

城市热岛效应(UHI)是人们最为关注的城市生态环境热点问题之一,城市热岛及其影响因子的研究对生态城市建设具有重要意义。利用城市热岛足迹(UHI FP)、局部G^(∗)指数、Pearson相关系数以及气溶胶定量归因分析法研究了气溶胶光学厚度(AOD)和不透水地表覆盖度(ISP)对城市热岛的影响。研究结果表明:在2000—2018年间,关中地区西安及咸阳(西咸)城区的白天/夜晚城市热岛足迹均有显著增加,城市热岛效应逐年增强。西咸白天/夜晚城市热岛足迹范围比宝鸡市大,城市热岛现象更为明显。西咸城区夜晚热岛足迹范围内被地表温度(LST)高值所占据,夜晚城市热岛效应比白天更明显。宝鸡市虽然热岛足迹范围增减幅度不大,但足迹内白天/夜晚LST次热区面积逐渐增大,城市热岛效应日趋增强。西咸、宝鸡市城区的夜晚城市热岛强度(ΔT)与不透水地表覆盖度呈显著正相关关系,与城乡气溶胶光学厚度之差(ΔAOD)呈明显负相关性。西咸城乡ΔAOD为负,对城市热岛强度的平均贡献度为(0.41±0.14)℃;宝鸡市城乡ΔAOD为正,其平均贡献度为(-0.26±0.25)℃。综上所述,城市不透水地表面积的扩张会使城市热岛效应进一步加剧,西咸与宝鸡市城区气溶胶浓度的增加会抑制城市热岛的形成,但综合其他因子的影响作用,西咸与宝鸡市城市热岛强度仍在逐年增加。

广州市中心城区城市不透水地表覆盖结构与地表温度的关联性研究

城市不透水地表作为城市地表的重要组成,正确认识城市不透水地表覆盖结构对城市热岛的影响,可为改善城市热环境提供策略。文章基于Landsat-8 OLI/TIRS和GF-2遥感影像,通过反演地表温度和提取城市不透水地表覆盖信息,利用GIS空间分析技术、景观格局指数和统计分析方法,分析了广州中心城区城市不透水地表覆盖结构对城市地表温度的影响特征。主要结果如下:(1)广州中心城区地表温度分布空间异质特征明显,其地温图呈现斑块镶嵌状,且有明显的高温、低温区域存在,其中不透水地表覆盖平均温度最高,裸地次之,最低是水域和绿地。(2)多数空间尺度分析结果显示,随空间分析尺度从630 m×630 m增至1800 m×1800 m,不透水地表比例和地表温度均存在正相关关系,其相关系数(程度)在0.61—0.68(P<0.01)之间。(3)地表温度和不透水地表斑块的最大斑块指数、平均斑块面积指数、平均形状指数和聚集度指数显著正相关(P<0.01),其中不透水地表的聚集度对地表温度的影响最大,但基于网格单元分析的景观指数曲线与平均地表温度之间未呈现完全一一对应关系。城市不透水地表显著影响地表温度,合理调整设计城市不透水空间分布格局,可有效减弱城市热岛强度。

三种城市不透水地表沉积物采样装置应用比较

采用3种采样装置对不透水地表沉积物进行采样分析和比较。结果发现:单位面积SS累积采集量大小顺序为水洗采样装置、真空采样装置、框架采样装置;颗粒物样品中常规污染物总量大小顺序同样为水洗采样装置、真空采样装置、框架采样装置,但单位SS中常规污染物含量大小顺序为框架采样装置、真空采样装置、水洗采样装置,表明常规污染物大都存在于易于收集的地表颗粒物中。3种采样装置便携程度为框架采样装置、真空采样装置和水洗采样装置。实际应用时可依据采样距离、采样点地表性质和沉积物累积程度、样品保存和测定时限要求等情况选择不同的采样装置。

城市不透水地表降雨径流系数变化规律分析

本文基于水量平衡原理,考虑坡面径流对地表填洼损失的影响,推导建立了不透水地表场次降雨径流系数的计算表达式,并与实测值进行了比较。结果表明,计算值与实测值变化趋势基本吻合,两者数值大小基本位于45°线附近,计算精度较Linsley公式有明显提高,说明了所建公式的合理性。

基于VIIRS和landsat的不透水地表提取方法

不透水地表是指如屋顶、道路及机场等具有不透水特征的地表面,是现代城市最基本的组成部分,研究不透水地表不仅可以表征城市化程度,还可以促进人与自然和谐发展。本文基于多源遥感融合算法,提取中国12个大城市不透水地表信息,分析大城市不透水地表的时空分布。研究表明中国城市化重心正在逐渐由东部地区向中西部地区转移,东部城市需要寻找新的发展契机。另外,算法需要继续完善,以提高其普适性及准确性。

21世纪初中国人工建设不透水地表遥感监测与时空分析

进入2l世纪中国快速的城市化、工业化受到世界瞩目．基于国家资源环境遥感时空信息平台动态更新的中国土地利用／覆盖变化（LUCC）数据集以及人工建设不透水地表（ISA）空间数据集，在国家尺度监测21世纪初（2000～2008年）人工建设用地与不透水地表的增长．结果表明，我国21世纪初8年间受新一轮国土开发战略、社会经济高速增长等因素的影响，全国人工建设用地与不透水地表面积分别以3468．30，2212．24km2／a的速度高速增长，到2008年不透水地表面积占国土总面积的0．86％．2000～2008年城市用地扩张速度是20世纪90年代的2．18倍，以1788．22km2／a的平均速度扩张了2000年面积的43．46％，其中城市不透水地表面积以1348．85km2／a的速度增长了2000年面积的53．30％．总体上，8年间中国城市不透水地表面积呈现高速增长的态势，京津冀、珠三角与长三角三大城市群以及西部地区属于快速增长的区域．8年间，我国七大流域地表水环境均不同程度地受到不透水地表增长的潜在影响，而且不透水地表面积比例大于10％的子流域面积显著增加，集中分布在海河、长江、珠江三大流域．到2008年我国国土流域面积的14．42％不同程度地受到不透水地表分布的影响．

京津唐城市群不透水地表增长格局以及水环境效应

不透水地表(Impervious Surface Area,ISA)时空格局是城市化与全球环境变化交互影响下的土地利用/覆盖变化—生态系统过程—区域气候变化相互作用机理以及导致的环境效应研究的重要内容。如何快速准确地实现区域尺度不透水地表遥感信息的获取是上述研究面临的重要瓶颈问题。本研究嵌入中国LUCC信息改进了基于MODISNDVI与夜间灯光指数(DMSP-OLS)提取不透水地表信息的方法,反演了2000年与2008年京津唐城市群2期250m不透水地表信息,进而分析其变化的时空格局,结合子流域单元与河流污染物监测数据评价其对海河流域地表水环境的影响。结论表明:受环渤海经济区,天津滨海新区开发等政策的影响,京津唐城市群在21世纪初8年不透水地表沿着城—乡梯度带、城市交通廊道及海岸带高速增长。城乡建设用地不透水地表增长呈现显著的时空差异特征,由于北京市受人口-资源-环境的压力,产业发展不断向周边地区转移,天津与河北唐山、廊坊、秦皇岛三市具有更快的不透水地表增长速度。京津唐城市群城市高密度的不透水地表分布对于海河流域地表水环境产生严重影响,不透水地表的增长加剧了流域河流水质的污染程度。同时也发现,子流域不透水地表面积比例与COD、NH3-N浓度均值呈现显著的线性关系。

近20年上海市不透水地表时空格局分析

选取上海市近20年时间3期Landsat TM遥感影像,运用线性光谱混合模型和距离谱空间分析方法,提取城市不透水地表信息,分析其时空变化情况。研究结果表明,上海市近20年城市不透水地表迅速增长;不透水地表的平均密度从市中心到郊区随距离增加而梯度递减;不透水地表面积与密度水平存在分区差异。

中国沿海不透水地表变化特征分析

海岸带是当前经济发展的前沿地带,由于其便利的交通环境使得人类对该区域的利用程度逐渐增强。同时海岸带地区也是生态系统较为脆弱的地区,是生态系统的交错区和过渡带,长期的过度开发与利用势必会导致该区域生态环境的恶化。本文以遥感获取的区域不透水地表分布数据为基础,对研究区内不透水地表面积与区域经济社会发展的关键指标进行了相关分析,通过分析海岸带10km缓冲区内不透水地表扩展与生态用地之间的占补关系发现:(1)2000-2008年,中国海岸带不透水地表面积持续增加,与经济和人口要素呈正相关关系。总体来看,相比人口密度,沿海各县GDP密度与区域地表不透水率具有更好的相关性。9年间,沿海地区GDP密度明显提升,沿海各县平均增加了2986.8万元/km^2。人口密度平均增加了181人/km^2;(2)从2000-2008年,中国海岸带不透水地表的扩展包括新增不透水地表和不透水率增加。新增不透水地表主要以占用耕地和生态用地为主。不透水地表的扩展受到当地自然地理特征的制约,例如地形、海拔、坡度等因素;(3)本研究选取的七个典型区海岸带不透水地表扩展均以占用耕地为主,但在不同缓冲区范围内,不透水地表占用耕地和生态用地强度表现出明显的区域差异特点。南部的三个典型区(北部湾、海峡西岸、珠三角)海岸带不透水地表的扩展占用生态用地强度高于北部三个典型区(京津唐、辽东湾及辽东半岛、山东半岛),这主要由于这些区域生态用地面积比例较高而引起。在未来的海岸带保护与开发规划中,应综合考虑生态本底的区域差异,进而寻求更合理的生态用地、耕地和建设用地比例。

土地利用及不透水地表对河流流量的影响

利用美国地质调查局的逐日连续流量数据计算了美国切斯比克湾地区150个小流域的34个河流流量指标,并在整个区域和划分的3个自然地理区对选择的17个指标与4种土地利用类型和不透水地表做了相关分析。结果表明,森林在降水较少的冬春两季增加流量,雨量较高的秋季减少流量,森林面积比例的增加可以削减洪峰、延长洪峰历时、稳定流量变化。农业用地比例的增加表现为稳定流量变化,延长洪峰历时,在高原地区还可以削减洪峰流量。草地比例的提高均表现为削减洪峰流量,稳定流量变化,延长洪峰历时。随着不透水地表面积增加,洪峰流量、雨季、汛期和年流量增加,流量变化加剧,洪峰历时减少,不同地理区对不透水地表的水文响应也有所不同。

北京市不同功能区不透水地表时空变化差异

目前有关北京市不透水地表的相关研究多数是从整体层面开展,忽略了其内部功能区的作用及差异。运用分类回归树(CART)及系列变化检测模型得到北京市1991年、2001年、2011年和2015年四期不透水地表分布,并运用标准差椭圆、洛伦兹曲线、贡献指数及景观格局理论对各功能区不透水地表的时空变化进行分析。结果显示:1991-2015年北京市不透水地表的总面积增加了约144.18%,分布的主导方向由早期的东北—西南趋向于当前的正北—正南。各功能区间不透水地表的空间分布异质性逐渐减弱,但贡献指数值存在很大差异:功能拓展区的贡献指数最高,其四年中的最低值(1.79)高于其他功能区四年最高值,是北京市不透水地表增长最主要的贡献区;功能核心区的蔓延度指数值最高,约为其他功能区的2倍,为不透水地表的优势聚集区;发展新区的贡献值由负值变为正值并成倍增长,成为北京市不透水地表增长的主要源区;生态涵养发展区的贡献指数始终为负,并逐年减小。不同类型不透水地表的景观指数和质心偏移均存在差异,高盖度不透水地表的形状指数和斑块密度值最小,分布最为集中,对生态环境影响较大,北京市在未来发展过程中应合理规划控制其空间格局及增长模式,尽量减缓其增长速度及团聚程度。