基于形态学空间格局方法的北京市六环内城市林木树冠覆盖斑块动态特征

【目的】明晰北京市城区城市林木树冠覆盖(urban tree canopy,UTC)斑块总体形态特点,揭示城市化进程中UTC斑块形态特征变化的时、空演化特征,以期为今后城区的城市森林建设和现有城市林木保护提供借鉴。【方法】本研究以北京市六环内为研究区,基于2002、2013和2019年3期高分辨率遥感影像提取UTC斑块,采用形态学空间格局分析方法,分析近20年来北京城区UTC斑块形态特征组成状况,并结合转移矩阵与相对贡献度等方法指标,识别北京市城区UTC形态特征的主要转换类型及其空间分异特点。【结果】2002—2019年间,北京城区UTC从2002年的387.93 km^(2)增加到2019年的771.14 km^(2)。其中,2002—2013年间,北京市城区UTC增幅达282.92 km^(2),显著高于2013—2019年间的97.39 km^(2)。3期UTC斑块的形态特征组成却较为一致,孤岛、核心区与桥接区是UTC斑块主要的形态特征,三者总和均占各期UTC总面积的80%以上;而UTC的边缘、环道区、分支以及孔隙则是次要的形态特征。从时间变化来看,在2002—2013年和2013—2019年2个时段,UTC孤岛与其他地类之间的转换均为UTC变化的主要类型,其面积分别在UTC转换总面积中占30%和25%。但同时,两个时段内UTC形态特征转换仍存在一定差异。在2002—2013年间,与UTC核心区相关的转换类型面积占比较大,在同期UTC转换总面积中占比达23.12%;而在2013—2019年间,与UTC桥接区相关的转换类型面积占比则较大,在同期UTC转换总面积中占比达35.22%。相较于前一时段UTC核心区的动态变化较为明显,在后一时段北京市城区UTC形态特征转换则更多地表现为与桥接区相关的变化。从空间变化来看,北京市4环内区域主要以UTC孤岛变化为主要的转换类型,而四环外则以UTC核心区与桥接区变化为主。【结论】近20年来,北京市城区林木树冠覆盖大幅提升,城市绿化工程取得巨大成效,UTC孤岛、核心区和桥接区是北京市六环内UTC斑块的主要形态特征。随着城市发展,UTC斑块的形态特征主要转换类型逐渐从以核心区相关的转换变为与桥接区相关的转换。UTC斑块形态特征转换呈现城乡梯度分布特征,从市中心向外,UTC斑块形态特征的主要转换类型从与孤岛相关的转换变为与桥接区和核心区相关的转换。今后,城市森林建设需侧重于维持和提升城市森林斑块之间的连接度,并强化市中心残留林木斑块的保护。

城市林木树冠覆盖研究进展

随着城市化进程的加快以及人们对由此产生的大量环境问题认识的不断加深,城市森林受到了越来越多的关注,它被越来越多的普通市民和科学家看做是有效解决城市环境与生态问题的最根本途径。在城市森林的维护、规划与建设过程中,城市林木树冠覆盖被认为是城市森林最重要的结构与功能衡量指标。针对我国城市森林研究与实践起步较晚的现实需求,从城市林木树冠覆盖的概念、分类与评价、城市林木树冠覆盖与城市森林服务功能、城市林木树冠覆盖的研究方法和城市林木树冠覆盖率与城市森林规划等4个方面,对国内外城市林木树冠覆盖研究的现状进行了评述。指出了该方面研究的未来趋势包括4个方面,首先,城市林木树冠覆盖研究,已经与城市的生态建设和日常生态、生产管理紧密结合。其次,高分辨率(米级以下)卫星影像在城市森林树冠调查与制图过程中的应用越来越普遍。第三,像面向对象的影像解译方法与激光雷达(LIDAR)等新技术将会得到更广泛的使用。第四,为了最终实现城市森林建设规划能够落地的目标,在城市森林建设的规划实施决策过程中,计算机辅助人工智能的应用将会普及。

合肥市高校城市森林树冠覆盖分析

以合肥市二环内、大学城和职教城3个典型区域的15所建设于不同年代的高校为研究对象,应用Arc GIS判读2018年卫星遥感影像,统计分析高校林木树冠覆盖特征。结果表明:①15所高校现实树冠覆盖面积283.25 hm^2,整体树冠覆盖率29.67%;各高校现实树冠覆盖率在11.90%~43.89%间变化,潜在树冠覆盖率在1.73%~30.00%间变化。②超过2/3的高校树冠覆盖率处在高覆盖度或极高覆盖度。③早期建设的高校现实树冠覆盖率整体上高于后期建设的,二环内高校(38.69%)最高;而在树冠覆盖潜力增长方面正好相反,职教城高校潜在树冠覆盖率(19.02%)最高。进一步分析发现,合肥市高校城市森林未来整体树冠覆盖率可提高至40.14%,不同年代区域高校树冠覆盖差异主要受时间跨度对树木的影响和高校绿化建设思路的影响。

北京市中轴线地区林木树冠覆盖特征及影响因素

以北京市中轴线地区为研究对象,2013年8—9月以0.5 m分辨率worldview-2卫星影像为基础,利用GIS面向对象的目视解译方法,对树冠斑块覆盖特征分析,从景观生态学角度揭示研究区"城-乡"梯度带城市森林建设现状、存在问题和影响因素。结果表明:(1)研究区树冠覆盖斑块分布不均衡。从城市中心区向远郊区扩展,中轴线北部地区树冠覆盖率呈现先增后减的趋势,南部地区呈现递减的梯度变化。(2)公共绿地是组成树冠覆盖斑块的的主要绿地类型,单位绿地树冠斑块的破碎度最大,是受人为干扰最强的绿地类型。(3)不同等级树冠覆盖斑块分布不均匀,城市中心区以小斑块居多,大型斑块多分布在远郊区。研究区不同区块之间人文特征、城市建设水平和人居环境质量的差异,是造成区域间树冠斑块景观格局差异的主要原因;城市开展的大规模造林运动,是推动局部地区树冠覆盖斑块面积增长的重要驱动力。

北京市第一道绿化隔离区树冠覆盖特征与景观生态变化

【目的】以北京市第一道绿化隔离区建设为例,利用高空间分辨率的航、卫片信息源,分析城市林木树冠覆盖特征,力图一方面准确揭示北京市第一道绿化隔离区的生态建设成效,另外也试图从景观生态学视角揭示其格局内在变化过程与趋势,进而为北京市及其他城市未来的生态建设提供借鉴。【方法】以0.5 m分辨率的2002年航片和2013年的worldview2卫片为基础,利用econgnition面向对象的解译技术平台,以城市树冠覆盖为核心,利用景观生态学的分析方法,从景观动态、景观格局变化和景观斑块尺度变化等方面,探讨一道绿化隔离区内的林木树冠覆盖特征。【结果】一道绿化隔离区林木树冠覆盖面积从2002年的4 832.98 hm^2增加到了2013年的10 095.01 hm^2,11年间共增加了20.57%;绿地率净增23.94%,生态用地率净增24.11%;斑块平均分维数和斑块面积形状指数呈现不断增加的特点;小型斑块和巨型斑块的数量和面积变化幅度最为显著,11年间数量分别减少了42 286个和130个,面积分别减少了186.08和5 457.75 hm^2;城市总体规划、2008奥运会的绿色需求、城市公园环建设决策和首都百万亩平原大造林是其变化的最重要驱动因素。【结论】与建设之初相比,一道绿化隔离地区内的林木绿地斑块更趋向于向自然化的方向变化,同时斑块规模呈现了小、中、大型斑块数量与面积同步减少,而特大型斑块与巨型斑块的斑块数量和面积同步增加的变化趋势。第一道绿化隔离区域城市林木和绿地不仅取得面积上的急速扩大,而且其在城市生物多样性保护中的作用也越来越大、越来越突出。

基于生态学视角思考中国城市森林的营建

营建城市森林,实现城市与森林和谐共处是我国城市生态建设的重要方向。为理清城市森林营建的思路,基于生态学视野,结合我国森林城市评价指标,梳理了城市森林概念;从个体、群落、生态系统和景观4个层次分析营建城市森林的理论基础及研究热点;提出城市森林近自然经营管理的理念。以期构建城市森林的基本理论体系框架,为城市森林创建实践提供理论依据。

城市扩张背景下道路树冠覆盖量变特征——以北京市为例

道路树冠覆盖(RTC)是城市树冠覆盖(UTC)的最重要组成部分。本文从RTC量变及其与城市扩张的关系出发,构建了RTC量变评价体系,为城市生态规划及道路绿地系统管理提供依据。基于RTC与道路(R)、不透水地表(I)、UTC、潜在UTC(PUTC)变化的量比关系建立了5项评价指数,并以北京市主城区为研究区域分环路区间进行空间分布特征分析及评价。结果表明:2002—2013年间北京市主城区道路树冠覆盖面积增长显著,RTC面积变化指数为2.142,覆盖率从21.62%提高到35.00%;整体RTC增长相对城市不透水地表变化及道路加权变化呈现明显的优势响应特征;整体I响应指数为1.879,R响应指数为1.736;RTC相对整体UTC增长及PUTC面积减少呈微弱的优势响应特征,整体U(UTC)响应指数为1.055,P(PUTC)利用指数为1.06;RTC面积变化指数、I响应指数、R响应指数、P利用指数在由内向外的城市扩张梯度上具有递增趋势;在各环路区域间,U响应指数基本均衡,其余指标具有较明显的差异性;RTC面积变化指数在各环路区域间的差异性最大;RTC面积变化指数与R响应指数的相关性最为显著,越往外围,RTC的面积变化越为显著,其对道路和城市不透水地表变化的响应优势也越为显著;新增道路和不透水地表具有明显更高的RTC覆盖率;U响应指数和RTC的增长率不显著相关;北京主城区RTC环向区间差异性显著,内城提升需求高,特别是2环内区域的滞后性需要引起关注;RTC在整体城市树冠覆盖中的地位和倾向性优势仍待加强,3环内区域尤为迫切;RTC提升空间压缩,建成区不透水地表潜力开发是RTC后续增长的重要途径。