生态网络视角下武汉市湿地系统降温效果及其变化分析

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城市的快速发展显著改变了城市地表景观特征,如建设用地扩张、自然地表减少、不透水层增加等,城市下垫面热学性质发生相应改变,从而影响城市局地气候,形成城市热岛效应。随城市化进程的推进,城市热岛效应增强,严重威胁了生态系统安全和人居环境健康。城市湿地具有调节局地小气候的生态功能,研究城市湿地的降温效果及其变化特征,将有助于为城市湿地景观规划设计提供科学依据,改善城市热环境,实现城市可持续发展。当前城市湿地降温研究中通常以湿地斑块为研究对象,忽略了城市湿地系统作为一个有机整体,其内部湿地斑块间存在各种相互作用。本文以武汉市为研究区,从网络视角出发,构建城市湿地系统降温网络,以反映系统中湿地斑块间存在的冷空气流通扩散等过程流。基于生态网络的相关概念,将湿地斑块视作冷空气产生与扩散的源点,即降温源地;考虑城市地表的辐射因素及对气流的拖曳因素构建降温阻力面;采用最小累积阻力模型识别阻力面上源地间冷空气流通扩散的最小累积阻力路径,作为网络中的的潜在降温廊道,构建2000—2015年武汉市湿地系统降温网络。在此基础上,分析武汉市湿地景观、网络空间结构及功能连通性的特征与变化情况;基于遥感影像反演2000—2015年武汉市夏季地表温度,计算降温网络中源地斑块的降温效果指数,分析湿地系统的降温特征及变化情况;进一步通过相关性分析与回归分析,探讨系统中降温源地的景观特征、网络连通性特征对降温效果的影响及其变化情况。旨在为武汉市湿地景观的保护、设计及规划布局工作提供科学依据与参考,以帮助改善城市热环境,实现城市可持续发展。本文的主要结论包括:(1)武汉市湿地总体规模较大,但空间分布不均衡,湿地在城市中部及南部地区分布较多,在北部及东北部地区分布较少。武汉市湿地景观构成以大型河流、湖泊湿地斑块为主,整体上具有形态破碎、边缘复杂的景观特征。2000年至2015年武汉市湿地景观总体减少180.03 km~2,城市湿地景观规模下降,景观破碎化程度加剧。(2)武汉市湿地系统降温网络空间分布不均衡,源地斑块整体上形态破碎,降温廊道主要分布在城市中部及南部地区,对网络功能连通性作用较大的源地斑块多分布于中心城区、江夏区及新洲区内。2000年到2015年武汉市降温网络结构完备度不断降低,功能连通性水平略有提升。(3)武汉市地表高温区主要集中在中心城区及其周围,低温区主要分布在河流湖泊等湿地斑块所在区域。各区中,中心城区、东西湖区及蔡甸区地表平均温度偏高,而新洲区、汉南区及江夏区地表平均温度较低。2000年至2015年蔡甸区、东西湖区及汉南区地表温度有所升高。(4)武汉市降温网络中,降温幅度较高的源地多分布于城市中心地区,降温效率较高的源地主要为分布于城市中部地区的小型湿地斑块,降温能力较高的主要为大型湿地斑块。2000年至2015年,湿地系统中源地斑块的降温幅度和降温效率整体呈下降趋势。(5)降温网络中,源地斑块特征与降温能力的相关性较高,与降温效率的相关性较低,与降温幅度的相关性显著度不高。城市中部地区一些连通性重要程度较小、形态完整、形状细长的小型源地斑块,通常具有较高的降温效率;而城市边缘地区的大面积源地斑块则通常具有较高的降温能力。2000年到2015年,源地降温能力受斑块形状的影响程度变大,而源地降温效率受斑块面积、形状、连通性重要程度各项特征的影响程度均有所提高。
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