上海城市景觀格局演變及其生態(tài)安全影響研究.pdf

1、快速城市化進(jìn)程中劇烈的土地利用/覆蓋變化造成土地資源的不合理利用，導(dǎo)致了空氣污染蔓延、城市熱島效應(yīng)加劇、水環(huán)境惡化、地面沉降加重和生物多樣性喪失等生態(tài)環(huán)境問題，對(duì)高密度城市人群的生存環(huán)境和身體健康產(chǎn)生顯著脅迫，直接影響了區(qū)域的生態(tài)安全狀況和可持續(xù)發(fā)展，由此對(duì)日益加劇的城市土地利用/覆蓋變化及其生態(tài)安全響應(yīng)的研究迫在眉睫。作為中國(guó)人口最密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的城市，上海市土地利用及景觀格局在改革開放尤其是浦東開發(fā)以來出現(xiàn)了前所未有的巨大變化，

2、因此，本論文選擇上海地區(qū)作為研究對(duì)象，利用遙感和地理信息系統(tǒng)以及空間統(tǒng)計(jì)和相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析方法，從城市土地利用/覆蓋變化入手，根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)存在的實(shí)際生態(tài)環(huán)境問題，研究上海城市景觀格局的演變及其對(duì)城市空氣環(huán)境、熱環(huán)境和水環(huán)境等方面的影響，綜合評(píng)價(jià)了上海地區(qū)近年來的生態(tài)安全狀況與趨勢(shì)，借助景觀生態(tài)學(xué)理論和思路，構(gòu)建上海市區(qū)域景觀生態(tài)安全格局，并針對(duì)土地利用空間布局等提出相關(guān)調(diào)整建議。 論文首先對(duì)上海城市土地利用變化及其景觀格局進(jìn)行了分

3、析，根據(jù)對(duì)1997年和2004年兩個(gè)時(shí)段遙感影像的解譯、制圖和動(dòng)態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)上海地區(qū)城市形態(tài)發(fā)生了劇烈的變化，城市建設(shè)用地形態(tài)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，且沿著城市擴(kuò)展軸和主要交通干線向外輻射延伸，使得整個(gè)區(qū)域城市網(wǎng)絡(luò)體系發(fā)育得更為完善。采用多項(xiàng)景觀格局指數(shù)進(jìn)行的土地利用景觀格局分析發(fā)現(xiàn)，在景觀水平上，城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積顯著增加，植被面積保持穩(wěn)定，水系面積有所減少，景觀多樣性呈增加趨勢(shì)；而在景觀類型水平上，城鎮(zhèn)建設(shè)用地、植被和水系的斑塊數(shù)量、斑塊密度都

4、顯著增加，景觀聚集度指數(shù)降低，表明城市景觀破碎化程度加劇且城市景觀斑塊呈現(xiàn)規(guī)模小而分割的狀態(tài)；景觀形狀指數(shù)出現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，表明城市景觀斑塊形狀趨于不規(guī)則化和復(fù)雜化。 基于上海城市土地利用變化及景觀格局的分析，本論文從三個(gè)方面探討了城市景觀格局變化與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)之間的相互關(guān)系。首先在分析上海城市景觀格局對(duì)空氣環(huán)境的潛在影響中，對(duì)主要城市空氣污染物分布格局進(jìn)行了時(shí)空特征差異比較，發(fā)現(xiàn)NO<,2>和SO<,2>年均濃度在近年呈較明

5、顯上升趨勢(shì)，而PM<,10>和大氣降塵的年均濃度則有所下降。對(duì)1997-2004年間空氣污染狀況與城市居民疾病死亡進(jìn)行的Spearman相關(guān)分析顯示，NO<,x>與循環(huán)系病、泌尿生殖系病死亡率之間有顯著正相關(guān)，SO<,2>與神經(jīng)系病、傳染病及寄生蟲病死亡率之間分別有較顯著正相關(guān)和顯著負(fù)相關(guān)，TSP與循環(huán)系病死亡率之間有較顯著正相關(guān)。構(gòu)建城市發(fā)展綜合指標(biāo)UDI與城市氣候指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)回歸分析發(fā)現(xiàn)，城市氣候指標(biāo)與城市發(fā)展綜合指標(biāo)之間相關(guān)性顯著

6、，并表現(xiàn)為隨著城市化過程推進(jìn)先穩(wěn)步升高后下降的一致規(guī)律。而城市發(fā)展綜合指數(shù)與城市居民疾病年死亡率的相關(guān)性分析表明，上海城市化進(jìn)程對(duì)居民疾病包括呼吸系病、腫瘤、精神病、傳染病及寄生蟲病、內(nèi)分泌免疫代謝病和神經(jīng)系病死亡率影響顯著。 其次，在對(duì)上海城市景觀格局與熱環(huán)境效應(yīng)的研究中，根據(jù)對(duì)遙感影像數(shù)據(jù)的地表溫度反演，得到1997年和2004年兩時(shí)段的上海市熱環(huán)境空間分布格局。對(duì)上海城市熱環(huán)境分布格局的空間自相關(guān)分析、變異函數(shù)分析以及分形

7、分析表明：城市熱島空間自相關(guān)程度比1997年有顯著增強(qiáng)，且城市熱島斑塊自相關(guān)尺度有明顯增加；城市熱島空間分布格局具有中等空間相關(guān)性，表明城市熱島空間分布除受到結(jié)構(gòu)性控制因素影響外，由隨機(jī)因素引起的空間異質(zhì)性也占了較大的比重，隨機(jī)因素主要體現(xiàn)在1km以下的小尺度上。在探討城市熱島空間分布格局的影響因素時(shí)發(fā)現(xiàn)，城市人口密度分布與城市熱島之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系；構(gòu)建的土地覆蓋指數(shù)NDVI和NDWI與地表溫度之間表現(xiàn)為二元拋物線式顯著負(fù)相關(guān)性，

8、NDBI與地表溫度之間表現(xiàn)為一元線性顯著正相關(guān)性，NDBaI與地表溫度之間呈二元上拋物線較顯著正相關(guān)性。 再者，對(duì)上海城市景觀格局及其水環(huán)境響應(yīng)的分析中，針對(duì)黃浦江干流水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面周圍3000m為半徑形成的緩沖區(qū)樣帶，進(jìn)行了土地利用結(jié)構(gòu)特征的辨識(shí)，同時(shí)構(gòu)建有機(jī)污染綜合指數(shù)對(duì)黃浦江干流主要監(jiān)測(cè)斷面進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià)。對(duì)水環(huán)境質(zhì)量變化與周圍土地利用結(jié)構(gòu)之間的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，黃浦江干流主要斷面的水體有機(jī)污染綜合指數(shù)與緩沖區(qū)樣帶內(nèi)林地和綠地所

9、占面積比例呈顯著負(fù)相關(guān)性。對(duì)上海市主要河流湖泊水質(zhì)變化趨勢(shì)分析顯示，淀山湖水質(zhì)狀況明顯惡化，黃浦江干流水質(zhì)保持緩慢改善趨勢(shì)，而蘇州河水質(zhì)雖表現(xiàn)較為顯著的改善，但污染指數(shù)在近年有回升趨勢(shì)。 最后，在上海城市生態(tài)安全狀況分析中，運(yùn)用因子分析方法篩選出資源支持系統(tǒng)因子和產(chǎn)業(yè)環(huán)境系統(tǒng)因子，構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全度指標(biāo)ESDI，對(duì)1997至2004年的生態(tài)安全狀況進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)上海市區(qū)域生態(tài)安全狀況有所好轉(zhuǎn)，尤其是在2003年后生態(tài)安全指