上海城市景觀格局、生態(tài)效應(yīng)及恢復(fù)力特征.pdf

1、城市是人類社會(huì)首選的聚居形態(tài)，在聯(lián)合國2014年頒布的《World Urbanization Prospects The2014 Revision》數(shù)據(jù)中顯示，上海的城市人口規(guī)模已經(jīng)位列全球第三，城市人口數(shù)量達(dá)2300萬，預(yù)計(jì)到2050年上海市的城市人口數(shù)量將超過3000萬。在2016年公布的上海市新一輪城市發(fā)展總體規(guī)劃《2040》中則明確指出：到2020年上海將把常住人口控制在2500萬以內(nèi)，到2040年控制在2500萬左右，這一估算

2、值遠(yuǎn)低于聯(lián)合國報(bào)告中給出的人口總數(shù)。城市化的兩大基本特征是城市人口集聚和大量人工建造的同質(zhì)化景觀，伴隨而來的更是城市熱島效應(yīng)加劇，城市空氣污染嚴(yán)重，飲用水質(zhì)下降，交通擁擠不堪，住房資源緊張，自然資源缺乏，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力降低等各種“城市病”。在發(fā)展中國家，由于城市化進(jìn)程迅速，這些“城市病”顯得尤為突出，甚至困擾著城市健康發(fā)展的可持續(xù)性。城市是由社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、自然三個(gè)系統(tǒng)互相關(guān)聯(lián)而組成的綜合體，是一個(gè)社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)。城市景觀生態(tài)研究的基本內(nèi)容

3、包括城市空間結(jié)構(gòu)與生態(tài)過程，其研究則注重理解和改善城市化發(fā)展的可持續(xù)性，如人類活動(dòng)與城市環(huán)境耦合的恢復(fù)力與可持續(xù)性?；謴?fù)力提供了一種動(dòng)態(tài)平衡思想，空間恢復(fù)力則可以整合景觀生態(tài)與可持續(xù)發(fā)展研究，共同用于理解城市發(fā)展的可持續(xù)性。本研究以社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)理論、景觀生態(tài)學(xué)理論、恢復(fù)力理論、空間恢復(fù)力概念為基礎(chǔ)，選擇上海市為研究案例，結(jié)合城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施破碎度高，城市地表輻射效應(yīng)高和城市空氣透明度低三個(gè)問題，分析城市景觀生態(tài)格局與效應(yīng)，構(gòu)建恢復(fù)力評(píng)價(jià)

4、模型，甄別恢復(fù)力的特征因子，研究時(shí)相為2000，2005，2010和2015年，時(shí)間跨度共計(jì)15年。通過本實(shí)證研究達(dá)到應(yīng)用恢復(fù)力與空間恢復(fù)力概念，提出城市景觀格局與生態(tài)效應(yīng)研究恢復(fù)力評(píng)價(jià)模型，甄別恢復(fù)力特征因子的目的。
　　本研究分為三個(gè)部分：⑴設(shè)定表征城市復(fù)雜系統(tǒng)的自然、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)三個(gè)系統(tǒng)中的20個(gè)指標(biāo)為分析對(duì)象。這些指標(biāo)具體包括：綠色基礎(chǔ)設(shè)施破碎度，地表輻射溫度，地表反射率，增強(qiáng)型植被生長指數(shù)，植被凈光合作用，5個(gè)自然要素指標(biāo)

5、；能源終端消費(fèi)量，生活能源消費(fèi)，環(huán)境空氣質(zhì)量優(yōu)良天數(shù)，城市垃圾產(chǎn)生量，4個(gè)環(huán)境統(tǒng)計(jì)值；年末常住人口，年末戶籍人口，人口密度，外來流動(dòng)人口數(shù)量，城鎮(zhèn)人均住房面積，個(gè)人民用車輛擁有量，6個(gè)社會(huì)情況統(tǒng)計(jì)值；年環(huán)保資金投入，能源消費(fèi)彈性系數(shù)，電力消費(fèi)彈性系數(shù)，人均可支配收入，人均消費(fèi)支出，5個(gè)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)值。其中5個(gè)自然要素指標(biāo)數(shù)據(jù)從遙感數(shù)據(jù)中獲取，其余15個(gè)指標(biāo)數(shù)據(jù)來自于各年上海市統(tǒng)計(jì)局公布的上海市統(tǒng)計(jì)年鑒。⑵分析城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施空間格局，評(píng)價(jià)城

6、市景觀生態(tài)效應(yīng)。通過Landsat數(shù)據(jù)獲取四年綠色基礎(chǔ)設(shè)施空間分布，共4個(gè)數(shù)據(jù)集。利用MODIS產(chǎn)品，獲取地表輻射溫度，地表反射率，增強(qiáng)型植被生長指數(shù)，植被凈光合作用同年際四個(gè)季節(jié)數(shù)據(jù)，共64個(gè)數(shù)據(jù)集。通過分析綠色基礎(chǔ)設(shè)施空間形態(tài)結(jié)構(gòu)變化，得出上海市15年來城市發(fā)展重心結(jié)構(gòu)演變。利用空間自相關(guān)Moran’I指數(shù)分析城市景觀格局與城市景觀生態(tài)效應(yīng)68個(gè)數(shù)據(jù)集之間的相關(guān)度，得到自然要素指標(biāo)之間的Moran’I平均值達(dá)0.82。⑶整合20個(gè)指

7、標(biāo)構(gòu)建恢復(fù)力評(píng)價(jià)模型，分析城市恢復(fù)力特征因子。根據(jù)空間恢復(fù)力概念中提出的系統(tǒng)內(nèi)外部指標(biāo)，以及“恢復(fù)力聯(lián)盟”對(duì)于社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)力評(píng)估框架中所采集的指標(biāo)，結(jié)合本研究構(gòu)建城市景觀格局與生態(tài)效應(yīng)的恢復(fù)力評(píng)價(jià)框架。按照相關(guān)性分析結(jié)果，將本研究中涉及的20個(gè)指標(biāo)，分別對(duì)應(yīng)為利益相關(guān)者、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)補(bǔ)償、外部要素、內(nèi)部刺激型要素和內(nèi)部穩(wěn)定型要素等要素。據(jù)此，進(jìn)行兩兩相對(duì)的空間回歸分析，從時(shí)間和空間兩個(gè)層面討論R2的數(shù)值變化，篩選影響上海市景觀格局與

8、效應(yīng)的恢復(fù)力指標(biāo)是地表透水下墊面結(jié)構(gòu)與人口密度。
　　本研究表明：①2010年以后上海的城市擴(kuò)張進(jìn)入一個(gè)新的快速發(fā)展階段，并呈現(xiàn)為市中心綠色基礎(chǔ)設(shè)施得以改善，郊區(qū)城市化發(fā)展為軸向蔓延的特征。中心城區(qū)的綠色基礎(chǔ)設(shè)施在逐步提升，但是由于綠色基礎(chǔ)設(shè)施總體面積比例并不大，尚起不到明顯的環(huán)境改善作用。郊區(qū)（縣）的城市化擴(kuò)張是從2010年以后迅速發(fā)展起來的，郊區(qū)與中心城區(qū)銜接過渡穩(wěn)定，沒有跳躍式發(fā)展。城市化擴(kuò)張為軸向蔓延，并形成了“川”字型城

9、市發(fā)展結(jié)構(gòu)，城市的東北方向發(fā)展優(yōu)于西南方向，主要由于東北方向與陸地相連緊密，便于系統(tǒng)內(nèi)部和外部的物質(zhì)能量交換。②景觀格局與生態(tài)效應(yīng)因子之間的關(guān)聯(lián)與制約作用顯著。地表輻射溫度、空氣透明度、植被指數(shù)、植被凈光合作用以及綠色基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)，互相制約，互相影響，Moran’I平均值為0.82。這表明城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施破碎度越高，相對(duì)促進(jìn)城市熱輻射效應(yīng)，并進(jìn)一步降低地表反射率。地表輻射溫度與地表反射率之間較好的相關(guān)性驗(yàn)證了城市的空氣污染加劇有一部分原

10、因是來自地表輻射溫度產(chǎn)生的效應(yīng)；而同時(shí)產(chǎn)生的反饋結(jié)果是空氣透明度變差后加劇地表輻射溫度的升高。③復(fù)雜系統(tǒng)具有較好的抵抗外界刺激的能力，促使系統(tǒng)變化的主要因素來自于穩(wěn)定型指標(biāo)的數(shù)量累積。刺激型指標(biāo)生態(tài)子系統(tǒng)中的空氣透明度和社會(huì)子系統(tǒng)中的外來流動(dòng)人口，與系統(tǒng)中其他指標(biāo)之間的相關(guān)性不顯著，對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的作用并不明顯。復(fù)雜系統(tǒng)的自適應(yīng)能力強(qiáng)，刺激型指標(biāo)雖然在短時(shí)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生了作用，但是這種影響的表現(xiàn)并不持續(xù)，因此，復(fù)雜系統(tǒng)可以對(duì)抗刺激型指標(biāo)的作用。

11、從綠色基礎(chǔ)設(shè)施的形態(tài)變化與社會(huì)生活生產(chǎn)方式變化的相關(guān)性很高可以看出，穩(wěn)定型指標(biāo)是引起復(fù)雜系統(tǒng)變化的重要因素，穩(wěn)定變化的指標(biāo)具有一定的強(qiáng)度和時(shí)效性，系統(tǒng)會(huì)通過調(diào)整去適應(yīng)這些指標(biāo)，作出相應(yīng)的反應(yīng)。④內(nèi)外部要素的共同作用影響復(fù)雜系統(tǒng)的恢復(fù)力。從分析來看外部要素對(duì)系統(tǒng)的影響并不顯著，但卻不能忽略系統(tǒng)內(nèi)外部要素的共同作用結(jié)果。外部要素指標(biāo)，如地表輻射溫度和環(huán)保資金投入額，都表現(xiàn)出與綠色基礎(chǔ)設(shè)施形態(tài)結(jié)構(gòu)的相關(guān)度高，而綠色基礎(chǔ)設(shè)施形態(tài)結(jié)構(gòu)變化與社會(huì)經(jīng)