城市绿色空间时空演变及其对生态环境效应的关联性研究

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城市绿色空间是城市发展和市民生活不可缺少的部分,为市民提供舒适的休憩和生活环境,对城市生态环境、资源配置也具有一定的调节和协调作用。随着城市战略定位调整、功能性规模扩张和公共基础设施的布局与调整,城市绿色空间布局结构和范围呈现出一定的演变规律。探索其时空演变规律及其形成机理,有利于深入研究绿色空间的生态环境效应,为政府部门合理规划城市空间结构、优化布局城市绿色空间提供决策依据。城市绿色空间内部的组成结构,对城市的生态环境效应也并非“均衡”,而是呈现出明显的差异性、结构性特征。为探究绿色空间及组成结构的时空演变规律,深入探讨各组成结构与城市生态环境效应的关联性及作用机理,本文采用重庆主城区2000-2016年的Landsat系列卫星数据和社会经济统计数据,结合GIS空间分析技术、遥感定量化处理技术和模型分析技术,通过构建多个定量分析模型,对研究区城市绿色空间的信息提取方法、时空演变特征及其对城市的生态环境效应的关联性及相互影响和作用机制三个方面展开研究。主要研究过程及结论如下:(1)基于Landsat TM/ETM+长时间序列的高时间分辨率(1年)、中等空间分辨率(30米)数据,结合地物的光谱信息和研究区耕地农作物一个完整生长季(5-9月)的物候信息,通过定量化处理方法和模型构建法,对主城区地表覆盖展开分类,提取研究区的绿色空间信息。研究结果表明:(1)本研究成功将研究区地物分为:建筑、水体、林地、草地、灌丛和耕地6类,获得了主城区2000-2016年的地表覆盖分类影像图,总体分类精度的平均值达到92.24%,Kappa系数平均值达0.91。其中水体的平均分类精度最高,达到100%,其次为建筑和林地,分别达94.67%和93.03%,草地、灌丛、耕地的分类精度略低,分别为87.38%、88.5%和89.88%。(2)相对于传统的运用单时相光谱分类方法,利用多时相遥感影像的光谱信息并结合地物的物候信息进行地物的划分,能够更加精确地提取出目标地物类型,且分类效果较好。该方法是分类技术的革新,为城市绿色空间的时空格局分析提供数据支撑和理论基础。(2)依据第一部分提取的绿色空间信息,统计出2000年-2016年研究区的绿色空间及组成结构的面积和比例,采用定量分析方法分析和评价研究区城市绿色空间的时空格局演变规律,并引入土地利用动态度指数研究绿色空间动态变化的速度。文章分别从时间和空间两个维度分析了绿色空间的演变特征。研究结果表明:在时间维度上,(1)至2016年底,研究区的绿色空间总面积呈显著减少趋势,减少总量达438.66km2,其中2000-2004年呈现急速下降趋势,2008-2009年出现短暂的回升后继续处于下降状态;(2)绿色空间的内部组成结构:水体、林地、草地、灌丛、耕地均呈现不同的变化趋势,且动态变化度存在差异化,除耕地面积显著减少外,其余组成部分均呈明显增长趋势,其中以林地的增长最为突出,16年间的增长总量达421.64km2,草地和灌丛的增长较为平缓。在空间维度上(1)研究区绿色空间的面积除北碚区有轻微增长外,其余8区均呈现不同程度的下降趋势。(2)研究区的林地、灌丛地、草地和水体均呈现增长趋势,各区的增长幅度呈现差异化,水体和林地在各个区域的变化趋于均衡化,增长趋势较为平缓无明显波动,其中水体变化最显著的区域为南岸区,涨幅高达87.49%;草地的变化主要表现在研究区的西部地区,灌丛主要在东北部地区,两者增长的特点均表现为以发展成熟的老城区为主。(3)耕地在主城九区均呈现急速减少趋势,其中,变化突出的区域为研究区东北至西南沿线的区域,中部江北区最显著。总体上,绿色空间的综合动态变化速度为负值,灌丛、草地、林地变化的单一动态度相近,变化的剧烈程度相似,水体的单一动态度最大,达到4.08%。(3)依据研究区绿色空间的分类提取信息,结合绿色空间生态环境效应的相关指标统计数据,运用GRA模型方法,评估和分析研究区现有绿色空间及组成结构的面积与生态环境效应的关联程度及相互关系和作用机制。基于绿色空间的面积和相关指标的统计数据,首先遵循合理性、科学性原则选取绿色空间的降温效应、滞尘(PM2.5、PM10)效应、增湿效应、降低噪声效应、吸收有害气体(SO2、NO2)的效应5个指标,再采用相应的统计数据对指标进行量化取值,并将研究区2000-2016年的绿色空间面积与指标量化的统计数据构建灰度关联模型(GRA模型)。最后结合重庆主城区的社会经济发展现状对绿色空间与其生态环境效应的关联性进行定量分析。研究结果表明:(1)总体上,研究区绿色空间的面积与其对城市的生态环境效应呈现高度正相关,其关联程度由强到弱依次为:增湿效应、降噪效应、降温效应、滞尘效应、有害气体吸收效应,由此可见,绿色空间对环境的滞尘作用和对环境中有害气体的吸收作用不明显。(2)研究区绿色空间的5个组成部分的面积与生态环境效应的关联性呈现差异化,即对城市的生态环境效应呈现差异化。其中,耕地、灌丛和林地的各项生态环境效应趋向于同一水平,林地的生态环境效应具有明显的优势,水体的生态环境效应最弱,主要归结为对环境的滞尘效应以及大气中有害气体的吸收作用十分微弱。(3)绿色空间的不同组成结构的生态环境效应呈现差异化,分别表现为:对环境的降温、增湿、降噪效应均表现相同的特征,由强到弱依次为:林地>灌丛>草地>耕地>水体;对城市环境的滞尘作用由强至弱依次为:耕地>灌丛>林地>草地>水体;对大气中有害物质的吸收能力由强到弱依次为:林地>耕地>草地>灌丛>水体。基于本文的研究成果,可为政府合理规划、布局城市绿色空间提供新导向。通过科学合理的布局城市绿色空间,有效发挥城市绿色空间的生态环境效应,提高城市土地利用和规划的合理性,为政府在生态文明建设方面提供新思路,为其他山地城市提供城市生态文明建设新模式。
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