西安市“源-汇”景观对碳排放量与可吸入颗粒物的协同效应

【目的】大气污染与温室效应等环境问题,已成为影响城市可持续发展的重要因素,在减污降碳的实施路径方面亟需开展相应研究。【方法】以西安市主城区为研究对象,通过构建景观指数加权变异模型,分析城市“源-汇”景观格局的结构特征;基于反距离加权插值与约束性排序分析法,探究碳排放量与可吸入颗粒物的空间分布特点,揭示“源-汇”景观对“碳污”的协同影响。【结果】结果显示,“源-汇”景观格局的特征尺度为距离研究区几何中心3 km、7 km、14 km的幅度边界处;碳排放量、PM_(2.5)、PM_(10)的反距离加权插值模型判定系数R^(2)分别为0.8541、0.8238与0.7885;“碳污”与景观指数之间的多元多重回归模型判定系数R^(2)为0.7540;16个“源-汇”景观关键指数对“碳污”的累计解释率达到66.2%,与“碳污”相关性的累计贡献率达到87.9%。【结论】结果表明,研究区环路界限可反映景观空间结构的扩展过程与分布特点;冬季采暖期碳排放量与可吸入颗粒物的空间异质性显著,呈现出不同的空间分布特点;通过对街区内绿地斑块密度、最大斑块指数、绿地率、香农多样性指数以及建筑密度与建筑高度变异系数进行差异化空间配置,可对“碳污”具有显著的协同消减影响。研究结果为城市景观规划、碳排放量与空气污染治理提供了科学依据,可促进城市生态环境的可持续发展。

“源-汇”热景观理论下的城市通风廊道构建研究——以合肥市主城区为例

科学构建城市通风廊道对缓解城市热岛效应有着重要作用。以合肥市主城区为例,利用“源-汇”热景观理论提取通风廊道起终点,MCR模型和重力模型分析并筛选通风廊道,构建研究区通风廊道网络。结果表明:起点斑块以水库、湿地公园、森林的集中区为主,终点斑块以城市建成密集区为主;共构建13条一级廊道,9条二级廊道,全长312.44 km;在夏季主导风向下,除Y5斑块外的其他热源斑块均能够通过一级廊道引入2个及以上的热汇斑块的冷空气;“源-汇”理论的引入可以增强城市通风廊道对于城市冷源和热源区域的联系,加强城市通风廊道的效能。

缓解城市热环境的多层级“源-汇”景观网络构建

以天津市六区和新四区为研究对象,首先运用形态学空间格局分析获得7种景观类型,从中提取稳定性较好、面积较大、连通性较高、热贡献度显著的核心区斑块为中心“源”“汇”;其次使用6个空间数据指标构建热环境格局评价模型,根据2009—2013、2013—2018年热环境格局的变化情况提出4类修正系数对基本阻力面进行修正;最后利用“源-源”、“汇-汇”、“源-汇”廊道构建能体现“补偿-输送-作用”过程的多层级“源-汇”景观网络。结果表明:(1)提取的Ⅰ、Ⅱ类中心“源”共27个,总面积为22773 hm^(2);中心“汇”共23个,总面积为50732 hm^(2)。中心“源”的整体抗干扰能力较小,容易受到种植类型和水体富营养化的影响。(2)多层级“源-汇”景观网络总长度约为1445 km,新四区的廊道占总廊道的70%。廊道在空间上分布不均,津南区分布稀疏,北辰区和市六区分布密集。(3)能量从中心“源”逐渐向中心“汇”流动的过程,可揭示网络之间的层级关系和各级廊道对热环境气候的调控作用。以生态格局与过程的角度构建缓解城市热环境的多层级“源-汇”景观网络体系,对合理规划廊道建设、高效缓解城市热环境效应具有积极意义。

基于流域面源污染过程的“源-汇”景观格局分析研究进展

“源-汇”景观理论被推荐为耦合景观格局与面源污染过程的有效途径,合理的“源-汇”景观格局配置有助于减少面源污染物输出,从而降低面源污染风险。论文分别从“源-汇”景观识别、“源-汇”景观格局分析,以及“源-汇”景观对面源污染物的影响3个方面,系统论述了基于面源污染过程的“源-汇”景观格局分析的研究进展。分析认为,针对基于面源污染过程的“源-汇”景观识别,目前研究主要停留在传统景观格局的意义上,需要考虑多要素的空间耦合关系和综合作用,来更好地判别特定面源污染过程的“源-汇”景观归属及其权重贡献。同时,针对“源-汇”景观格局分析,经典的景观空间负荷比指数只适合于环境背景比较相似的流域或地区,因此需要考虑量化更多的景观因子,并构建适合跨流域且具有可比性的“源-汇”景观指数,进而优化“源-汇”景观格局配置,降低流域景观生态安全风险。最后,“源-汇”景观格局研究所针对的主要面源污染物主要是氮磷等传统面源污染物,因此需要扩大“源-汇”景观格局对更多新型面源污染物的指示研究,为更深层次地研究流域景观格局与面源污染过程的耦合关系提供参考。

基于“源-汇”景观格局的城市热岛效应及影响因素分析--以合肥市为例

选择城镇化增速居长三角三省一市第一位的合肥市作为研究区,通过提取植被指数、湿度指数、不透水面指数等地表特征敏感的遥感指数和地表温度来识别城市热岛的“源-汇”景观,结合土地利用类型对“源”景观贡献度及城市热岛效应进行研究.结果表明:合肥市热岛“源”景观的升温影响范围为150m,“源-汇”景观格局能有效缓解城市热岛效应,缓解程度由东南至西北呈强至弱的趋势,庐江县、巢湖市的缓解效果最好,蜀山区、瑶海区的缓解效果最差;“源-汇”景观面积的比值、“源”景观的有效粒径尺度越小,“源”景观的标准形状指数在0~0.35且景观斑块越离散,热岛效应的缓解程度越好;对任何地物斑块而言,热岛效应导致的温度上升都会削弱“源-汇”景观格局对热岛效应的抑制效率,增加林地的覆盖是减轻区域升温、缓解区域热岛的有效手段之一.

“源-汇”景观视角下洱海流域面源污染的生态治理策略

“源-汇”景观理论因揭示了景观过程和空间格局之间的关系而被广泛应用。为了给制订湖泊水域面源污染生态治理策略提供参考,基于“源”“汇”景观的概念和内涵,结合实地调研,分析了洱海流域面源污染问题,提出了基于面源污染防治的“源”“汇”景观格局的设计法则及景观空间格局设计原则,并总结了洱海流域“源-汇”景观调控策略。

基于“源-汇”理论的生态型市域景观生态安全格局构建

生态型市域是随着我国生态文明建设不断深入而产生的一批以生态输出为己任,支撑区域乃至全国生态安全的重要生态型区域,该类区域景观生态安全格局的构建是协调域内社会经济与生态环境保护的基础。选取典型生态型市域张家口市,基于"源-汇"理论构建景观生态安全格局,划定不同保护重点的五大生态功能区,识别重点生态保护区、重点生态修复区和廊道系统,以此作为保障城市生态安全的基础,逐步形成"点-线-面"三位一体的立体保护体系,同时提出了生态安全格局构建的优先次序,为张家口市生态安全格局分步骤建设提供依据。研究结果表明,张家口市景观生态安全格局重点保护区缺失严重,缺失区域总面积达1555.77 km^2,占生态保护核心区面积的75.60%,重点生态修复区域比例较大,占全区面积的24.27%,生态廊道存在3个主要缺失区域,针对张家口市生态安全格局建设任务艰巨的现状,提出了分步骤建设的构建思路,即优先进行重点生态修复、重点生态保护缺失区域和生态廊道缺失区域建设,针对重点生态修复区域面积比例较大提出了分步修复的优先次序,即水域修复区>林草水修复区>林草修复区>林水修复区>水草修复区>林地修复区>草地修复区,并提出了优先建设冬奥会场及沿途生态廊道的思路,此外,为实现张家口区域生态系统的支撑作用,需在完成重点区域建设的基础上不断扩大生态保护范围。研究为欠发达生态型市域景观生态安全格局构建及生态环境保护体系建设提供了范例。

城市热岛“源-汇”景观识别及降温效率

快速城市化背景下,不同景观降温效率的差异是深入理解景观格局对城市热岛效应影响机理的基础。现有城市热岛研究多以土地利用或土地覆被替代热岛效应的源与汇,往往忽略景观的热特征与相邻景观的热关系,造成信息偏差。需要从景观热特征的视角,探讨面向城市热岛效应的景观分类方法,并分析不同特征景观的降温效率差异。基于“源-汇”景观理论,以深圳市西部为研究区,构建面向城市热岛的景观分类方法,通过2010年TM遥感影像提取NDVI、NDMI及ISA等地表特征及地表温度特性,叠加划分16类城市景观,分析不同地表特征的景观等距离梯度下的温度变化关系,识别城市热岛的“源-汇”景观。在此基础上,分析“源-汇”景观的结构特征,构建以面积和温度为影响因素的景观降温效率指数,结合景观格局指数,分析不同面积与形状的“汇”景观降温效率。结果表明,在16类景观中,5类景观被识别为城市热岛汇景观,面积约533 km^2,占研究区总面积的45.5%。降温效率结果表明,“汇”景观的降温效率为1.54,其中绿色空间及阴影景观的降温效率贡献率较高。通过面积与形状的景观格局分析发现,降温效果随两个指数的增加,均呈先升后降的趋势。研究结果为城市规划与城市绿色基础设施建设决策中降温景观的形状和面积设定提供依据,增加景观水平的缓解热岛效应的效率。

基于“源-汇”景观的饮用水源地非点源污染风险遥感识别与评价

非点源污染因分布广泛、产生过程复杂、防治困难,近年成为影响饮用水源地水环境的重要污染源。以海南三亚赤田水库为例,开展了基于"源-汇"景观的非点源污染风险遥感识别与评价分析。首先,采用高分辨率遥感影像分类提取水源地不同类型景观分布信息;结合"源-汇"对污染的促进\\阻碍作用,在考虑影响污染物迁移的"河道距离"因子、坡度因子情况下,利用非点源污染风险指数的计算实现对区域非点源污染风险的快速识别;并基于洛伦兹曲线分析水源地景观空间分布对非点源污染的影响。结果表明:一方面,流域非点源污染风险总体较低,"汇"景观占主导作用的子流域占整个区域的76.50%;污染风险呈现东高西低的特点,极高风险区主要分布于以居住用地、建设用地等"源"景观类型为主的流域东南部区域,占整体区域面积的1.28%,而西部以林地为主污染风险小;另一方面,基于坡度因子的"源""汇"景观污染负荷之比值大于1,"源"景观在低坡度区域分布范围广,景观布局较合理;基于"河道距离"因子的"源""汇"景观污染负荷之比值为2.30,"源"景观在距河道近的区域分布范围大,对污染影响大,近河道区域需进一步调整景观格局以降低对非点源污染的影响。基于遥感与"源-汇"景观指数计算是一种快速、客观、有效的饮用水源地的非点源污染风险识别与评价方法。

城市“源-汇”热景观变化及其空间作用强度特征——以深圳西部地区为例

城市热岛作为一种整体涌现性的地球表层系统环境问题受到地理学和景观生态学的广泛关注,基于空间异质性对城市冷热岛影响方面的研究初步揭示了城市热环境的形成机制,然而城市冷热岛在空间上是否存在相互影响及相互作用强度还有待研究。以深圳市西部城市区为例,应用地表温度和景观分类数据,通过构建二维矩阵识别“源-汇”热景观,并采用“源-汇”热贡献指数和空间引力模型等方法定量分析了城市“源-汇”热景观的演变过程,“源-汇”热贡献程度的时空分异特征,以及两者在空间上的整体相互作用强度及演变特征。结果表明:(1)1988—2019年,城市热源、汇在空间上呈现由包围到反包围的变化,热源景观呈现基质化,其面积增长210.45%;热汇景观则表现为破碎化趋势,其面积减少48.07%。与之对应的热汇景观地表温度与区域的平均温度的温差逐渐增大,从1988年的0.49℃上升到2019年的1.91℃。(2)源、汇对热环境的贡献规模呈增长趋势,热源景观的贡献程度会随着热岛规模从零星状向区域化的转变过程中提升,形成温度聚集效果;而热汇景观的贡献程度会随着冷岛规模的破碎化过程中被抑制。(3)1988—2019年“源-汇”热景观的作用对基本保持稳定,但总作用强度发生了显著的变化,30年间增长了8倍。从热汇景观一对多影响热源景观转变为热源景观一对多影响热汇景观,且作用强度也越来越强。研究发现城市热“源-汇”的空间相互作用强度与“源-汇”热景观的贡献程度有密切关联,因此控制热源景观规模和维护热汇景观规模对调控城市热环境,对提升城市居民生活质量有重要意义。

太湖流域典型入湖港口景观格局对河流水质的影响

以太湖流域宜兴段的3条主要入湖港口为研究对象,通过实地调查和数据分析,探讨了入湖港口景观格局对河流水质的影响。反映景观格局的指标有港口周边5 km缓冲区域内的"源-汇"景观空间负荷对比指数(LCI)、斑块数量(NP)、边界密度(ED)、蔓延度指数(CONT)、香浓多样性指数(SHDI)和聚集度指数(AI);反映水质变化的主要指标为总氮(TN)、总磷(TP)和化学需氧量(CODMn)。以水质指标为因变量,对二者做了相关性分析和通径分析,结果表明,LCI与TN、TP和CODMn关系显著,对它们的直接作用分别为0.266、1.512和0.979;ED对TN、CODMn和NH+4-N有显著影响,直接作用为0.740、-0.189和0.852;TN和NH+4-N与CONT相关性显著,与SHDI呈负的极显著相关;对TN和NH+4-N来说,两个景观格局指标(LCI与景观格局指数)对它们都呈直接负作用;其它指标之间关系不显著。这说明景观格局变化对区域内港口水质有一定影响,合理配置景观格局能够有效地治理面源污染,改善水质状况。

基于“源-汇”景观的太湖宜兴段入湖港口水质时空变化

针对太湖流域非点源污染日益严重和近年来宜兴段土地利用方式变化状况,以太湖大堤西岸3km缓冲区内的景观为研究区域,基于"源-汇"景观理论,计算了其"源-汇"景观空间负荷对比指数(LCI),并结合宜兴市10条主要入太湖港口的实测水质数据,定量分析了太湖流域宜兴段非点源污染的时空变化特征。结果表明:时间上,2010年有8个入湖港口的LCI值较2004年有明显下降;对应的水质指标方面,铵氮浓度降低了41.0%,说明LCI降低对氨氮浓度影响较大,而其他水质指标改善不明显。空间上,景观类型通过相对重要性指数变化对LCI值产生相应影响,而LCI值与综合水质标识指数之间呈正相关关系,说明景观空间格局变化会显著影响水质指标。总之,LCI值与水质指标中的铵氮和总氮密切相关,LCI值的变化趋势与各港口水质的时空变化趋势基本一致,LCI能够较好地反映非点源污染的产生、转移过程。

基于景观格局的降雨径流污染风险评价方法

降雨径流污染是城市面临的重要环境问题之一,从景观格局角度识别污染物入河风险可为降雨径流污染控制提供有效途径。将空间位置与空间结构、静态格局与动态过程相结合,集成多种指数作为表征,评价凉水河流域降雨径流污染发生风险。结果表明:(1)依据景观负荷对比指数(LWLI),径流污染发生风险从高到低依次为区域3、区域2、区域1、区域5、区域4;区域1内300~600 m建设用地累积负荷量偏高;区域2内1500~2000 m耕地和建设用地累积负荷量偏高;区域3内0~2000 m林地和0~1500 m水域累积负荷量偏低。(2)依据景观结构对比指数(LSLI),径流污染发生风险从高到低依次为区域3、区域5、区域2、区域1、区域4;区域5“汇”景观破碎度偏高,区域2和区域3“源”景观优势度偏高。(3)依据景观综合对比指数(LCLI),各区域径流污染发生风险从高到低依次为区域3、区域2、区域5、区域1、区域4。区域3和区域2应是凉水河流域降雨径流污染治理的重点。

空间约束背景下海岸带湿地保护边界研究

湿地保护边界划定是维护湿地可持续发展的基础前提,也是协调湿地保护与农地利用、城镇发展土地配置与空间布局的必经途径。研究从湿地保护边界的"源-汇"生态景观互动视角着眼,明晰了湿地保护源及保护优先等级,建构了空间约束评价与生态断界来刻画汇景观空间层次分异,借助最小累积阻力模型测度与划分了湿地保护边界及其类型。研究发现:(1)基于多重因素的空间约束评价与湿地生态断界的划分,通过最小阻力模型有效地刻画外部因子集成对湿地保护的限制及差异,以量化方式描绘湿地保护所处阻力最小地带,为湿地保护边界划分提供了新的思路。(2)杭州湾南岸生态断界与中高约束的区域占据研究区52.69%比例,无约束地域仅为12.79%,奠定了综合因素空间约束强势的基本格局。加之低度约束区域占据34.53%,显示杭州湾南岸区域多介于高低空间约束性势转换或过渡阶段,压缩了湿地保护的空间。(3)研究划分湿地保护边界范围与缓冲区带为49.11、24.07km^2,面积总和仅占据杭州湾南岸5.47%,湿地保护拓展和弹性调整空间极为有限。除生态断界提供湿地保护的天然边界外,湿地保护界限表现为保育林区、农地延伸型和水源保护型三类。

海南岛万泉河流域开放空间系统的调控研究

海南岛30年的经济特区建设和快速城镇化推进给海南生态文明建设与发展带来了巨大挑战,为了缓解流域生态环境恶化、城乡空间格局与功能形态矛盾突出等问题,以万泉河流域为研究对象和尺度,借助RS、Arcgis10.2.2等空间分析平台探讨了万泉河流域开放空间系统近5年来的要素流变、开放空间系统景观格局和系统功能.研究结果表明:万泉河流域虽保有较高的生态安全格局,但生态系统内部已呈现出较高的破碎化程度和空间异质性.在进行开放空间的系统调控时,必须在不破坏现有生态的基础上严守生态控制区、生态协调区和生态恢复区的控制红线,坚持对“源”景观的生态保护和维育以及对“汇”景观的生态修复,从而达到优化开放空间系统结构和功能的目的.