快速城市化地區(qū)景觀格局變異與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)互動機制研究.pdf

1、生態(tài)環(huán)境是人類生存和發(fā)展的基本條件,是社會經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)。目前,隨著我國城市化進程不斷加快,工業(yè)化水平日益提高,與粗放式經(jīng)濟增長相伴隨的是能源和資源短缺以及環(huán)境的惡化。杭州是著名的旅游城市,全國重點風(fēng)景旅游城市和歷史文化名城。近年來,杭州市城市化水平處于加速中期階段,經(jīng)濟水平顯著提升，城市建設(shè)用地規(guī)模迅速擴張,城市居民的生活水平也日益提高。但高速的經(jīng)濟增長與快速的城市化進程極大的改變了城市的景觀面貌,經(jīng)濟發(fā)展所伴隨的城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降

2、在很大程度上影響著城市居民的生產(chǎn)與生活環(huán)境,并對未來城市經(jīng)濟發(fā)展的環(huán)境造成了不利的影響。一個城市的競爭力在很大程度上取決于該城市的生態(tài)環(huán)境綜合水平,因此,如何有效的解決城市化過程中的生態(tài)環(huán)境問題是城市可持續(xù)發(fā)展的根本保證。本研究主要基于杭州市Landsat TM遙感影像及GIS平臺,對杭州市不同城市化階段的景觀格局特征及其變化驅(qū)動機制進行分析,結(jié)合統(tǒng)計、監(jiān)測與遙感解譯數(shù)據(jù)從水、氣、熱環(huán)境角度對杭州市區(qū)生態(tài)環(huán)境效應(yīng)進行了分析,并從景觀生態(tài)

3、學(xué)角度對景觀生態(tài)環(huán)境效應(yīng)的互動機制進行了相應(yīng)的研究。本文研究的內(nèi)容及主要結(jié)論如下:1.景觀格局特征及變化與驅(qū)動機制研究土地利用類型動態(tài)度及信息熵變化分析表明,從1991至2005近15年間,杭州市區(qū)的土地利用變化明顯。土地利用信息熵變隨著城市化的加速,呈上升趨勢,兩者的決定系數(shù)達0.9,15年間的土地信息熵年變化率為0.83％。景觀格局特征分析表明,斑塊總數(shù)的增加、景觀多樣性的上升、景觀破碎化程度呈現(xiàn)上升趨勢、斑塊優(yōu)勢在下降說明大斑塊對

4、整個景觀的控制作用隨土地利用變化呈減弱趨勢。景觀類型轉(zhuǎn)移分析結(jié)果表明,杭州市區(qū)近15年來,農(nóng)用地景觀與水體景觀大量減少,并成為城市建設(shè)景觀增加的主要來源。采用重心分析法對農(nóng)業(yè)景觀空間格局變化進行分析,結(jié)果表明隨著杭州市的城市規(guī)模不斷擴張,農(nóng)用地面積不斷減少,在空間上表現(xiàn)為農(nóng)業(yè)景觀重心整體向北和西部逐漸偏移的變化軌跡,這種變化趨勢也與城市不對稱性的發(fā)展趨勢相吻合?；诘浞秾?yīng)分析(CCA)的景觀格局指數(shù)變化驅(qū)動機制研究表明,國民總產(chǎn)值與交

5、通密度是景觀多樣性(SHDI)和破碎度(FN)變化的主要驅(qū)動因子;而財政收入和房地產(chǎn)投資是斑塊數(shù)量(NP)增加的主要原因。CCA排序較好的展示了研究區(qū)域的景觀格局變化與驅(qū)動因子的相互關(guān)系,也提供了不同景觀格局指數(shù)變化的組合,并對發(fā)生變化的區(qū)域進行分組,體現(xiàn)了變化類型的共性與差異性,有利于探索各景觀指數(shù)變化與區(qū)域分異的關(guān)系及定量分析與驅(qū)動因子之間的相互關(guān)系。2.水環(huán)境的時空變化及與景觀格局互動關(guān)系杭州市區(qū)水體的時空變化分析表明,作為市區(qū)主

6、要水體景觀的西湖水質(zhì)主要受到總氮(TN)和總磷(TP)的污染,五個監(jiān)測點水質(zhì)變化有一定改觀,但整體水質(zhì)仍有待進一步提高;運河段面監(jiān)測點水質(zhì)變化表明,從錢塘江取水入口處至運河北端,水質(zhì)因子受到沿途主城區(qū)的生產(chǎn)與生活污染而呈現(xiàn)由南向北水體污染加重的趨勢。利用緩沖區(qū)分析法研究了水質(zhì)與景觀組分及格局的關(guān)系。最后在相關(guān)分析基礎(chǔ)上采用多元逐步回歸分析,構(gòu)建水質(zhì)環(huán)境影響模型(WQ),該方程模型表明:運河水體污染程度受多維作用力的影響,其中經(jīng)濟、人口、

7、城市化以及污染物排放是造成水體惡化的主要動力,而水域面積的下降導(dǎo)致了水體負荷加重、水環(huán)境容量減小,從而調(diào)節(jié)與改善水質(zhì)的能力下降也是造成水體污染加重的間接原因。3.大氣環(huán)境的時空變化及與景觀格局互動關(guān)系根據(jù)杭州市大氣環(huán)境評價常規(guī)評價指標(biāo),選擇二氧化硫(S02)、二氧化氮(NO2)和總懸浮微塵(TSP)的監(jiān)測與公報數(shù)據(jù)對杭州市區(qū)大氣環(huán)境狀況進行宏觀分析,總體上杭州市區(qū)空氣環(huán)境質(zhì)量總體上處于良好水平,部分空氣環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)(懸浮顆微塵濃度、降塵

8、等)呈現(xiàn)進一步優(yōu)化的趨勢,但二氧化硫濃度和氮氧化物濃度有上升趨勢,大氣綜合質(zhì)量有惡化趨勢,環(huán)境質(zhì)量不容過分樂觀。利用地統(tǒng)計方法對杭州市三項大氣污染指標(biāo)進行克里格空間插值分析,三項大氣污染指標(biāo)的濃度空間分布特征具有相似性,主要表現(xiàn)為濃度高值處于城區(qū)中心處,濃度低值集中于西湖風(fēng)景區(qū)及周邊,空氣污染指數(shù)(API)從空間上表現(xiàn)為自西南向東北逐漸上升的趨勢。為了進一步揭示大氣污染濃度空間分布與景觀格局變化的關(guān)系,本文利用剖面線、相關(guān)統(tǒng)計分析法分別

9、對三項大氣污染的五級濃度區(qū)內(nèi)下墊面景觀格局指數(shù)與各級濃度區(qū)平均值進行定量相關(guān)分析,其中,綠地植被景觀最大斑塊面積指數(shù)(LPI-G)、綠地植被景觀斑塊破碎度(FN2-G)及建設(shè)景觀斑塊破碎度(FN2-C)和NO2濃度呈顯著相關(guān)關(guān)系;景觀變化與SO2的相互作用關(guān)系與NO2相似;與前兩項污染物因子不同的是,只有建設(shè)景觀最大斑塊面積指數(shù)(LPI-C)與建設(shè)景觀破碎度(FN2-C)與TSP有顯著的相關(guān)關(guān)系。參與分析的景觀格局指數(shù)中,如景觀多樣性、

10、景觀破碎度及景觀分維數(shù)均與各項污染因子呈弱相關(guān)關(guān)系。研究表明,當(dāng)空氣中污染物濃度達到一定時,景觀多樣性對其變化表現(xiàn)敏感,并呈顯著相關(guān)關(guān)系,從而說明大氣染污物濃度變化與下墊面的景觀格局關(guān)系復(fù)雜。4.城市熱環(huán)境特征與景觀格局的互動機制基于遙感影像通過對研究區(qū)地表亮溫的反演,獲取城市地表亮溫的分布特征,在此基礎(chǔ)上利用剖面線分析法,對不同方向上的城市研究區(qū)內(nèi)下墊面地表亮溫進行空間變化分析;城市熱場變化差異分析表明,地表亮溫變化剖面分形特征揭示了

11、城市形態(tài)及其土地利用在不同方向上的復(fù)雜程度;對杭州市不同發(fā)展階段的城市熱環(huán)境效應(yīng)分析表明,杭州市從1991年至2005年的近15年城市化造成城市熱場的整體地表亮溫呈上升趨勢,“熱島”范圍有所增加;從空間擴張方向上看,杭州市從1991年至2005年近15年間的城市熱場變化表現(xiàn)為“外拓”、“分散”、“連帶”與“內(nèi)消”的特征。最后,研究認為,土地利用景觀格局特征是熱場總體分布格局的決定機制,產(chǎn)業(yè)布局與生態(tài)規(guī)劃設(shè)計是熱場分布格局的推阻機制,而城