【摘 要】
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城市森林与城市景观建设、公园管理、城市规划等息息相关,它通过影响城市的物理空间和生物环境变化来缓解城市发展带来的环境质量的下降,在城市CO_2减排、空气净化、噪声降低、气候改善等方面具有重要的功能,然而,随着城市化进程的加快,使得城市土地利用剧烈变化,尤其是森林的变化会影响城市的碳储量和碳循环时空格局,从而影响森林在改善城市生态环境中的作用。因此,监测城市化进程中土地利用时空动态、分析演变规律并评
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城市森林与城市景观建设、公园管理、城市规划等息息相关,它通过影响城市的物理空间和生物环境变化来缓解城市发展带来的环境质量的下降,在城市CO2减排、空气净化、噪声降低、气候改善等方面具有重要的功能,然而,随着城市化进程的加快,使得城市土地利用剧烈变化,尤其是森林的变化会影响城市的碳储量和碳循环时空格局,从而影响森林在改善城市生态环境中的作用。因此,监测城市化进程中土地利用时空动态、分析演变规律并评价其对城市森林碳储量和碳循环的影响,对城市规划、环境管理、森林城市建设以及城市森林生态服务功能的评价等方面均具有重要的理论和实践意义。本研究以杭嘉湖为为例,利用Landsat TM和OLI遥感数据,采用C5.0决策树对杭嘉湖地区土地利用进行分类,分析近20年（2000-2018）城市扩张过程中土地利用动态变化趋势;在此基础上,分别采用随机森林模型和In TEC模型估算城市森林地上碳储量（AGC,Aboveground Carbon）、模拟净生态系统生产力（NEP,Net ecosystem productivity）;最后,分析城市化进程中土地利用变化对城市森林AGC和NEP时空分布格局的影响。通过研究,得到以下三个方面的结论:1.C5.0决策树精准提取得到近20年杭嘉湖土地利用信息,为分析城市化进程中土地利用时空演化及对森林AGC和NEP的影响奠定了重要的基础。不同时期影像分类的总体精度均在90%以上,Kappa系数在0.87以上;城市化动态分析结果表明,2000年至2018年期间,杭嘉湖地区城市化过程中土地利用发生了剧烈的变化,城市占整个研究区的面积从2000年的5.84%增加到2018年的21.32%,城市扩张过程中森林面积减少了约27,900 ha,这些减少的森林面积有71.05%是由于城市扩张造成的。2.优化后的随机森林模型实现了城市森林AGC高精度估算。研究表明,不同时期随机森林模型估算AGC与实测AGC之间的相关指数R2在0.69至0.73之间,RMSE较小,在3.18 Mg·ha-1-4.84Mg·ha-1之间。分析表明,近20年期间,杭嘉湖地区森林碳储量和总碳储量均在逐渐增加,平均森林碳储量从2000年的10.14 Mg·ha-1增加到2018年的44.59 Mg·ha-1,森林总的碳储量从2000年的641.38 Mg C增加至2018年2472.51 Mg C,约2.85倍,但局部区域碳储量有减少现象,减少区域主要发生在湖州中部、富阳区和杭州以南等地区,下降幅度主要集中在10-20 Mg·ha-1之间。3.研究表明,InTEC模型能较好的模型杭嘉湖城市森林NEP,站点验证的模型R2在0.88以上,RMSE为59.87g C·m-2·yr-1;NEP时空分析表明,从2000年到2015年,杭嘉湖地区森林NEP总量从2000年的2.52Tg·C·yr-1增加到2018年的4.06Tg·C·yr-1,约1.61倍,但在部分森林面积较小的平原地区和城市扩张较为激烈的地区森林NEP也出现了减少现象,如平湖、海盐、桐乡、海宁和德清、余杭、杭州和萧山市,同时,在安吉、临安和富阳的主城区周围也出现了森林NEP的减少现象。4.分析表明,杭嘉湖地区城市扩张导致湖州、德清、余杭、富阳区、杭州市辖区、萧山市南部和余杭区南部地区森林碳储量下降,总碳储量减少了约415,193Mg,这部分森林面积约为3285.36 ha;另一方面,城市扩张导致了富阳区、杭州市辖区以及萧山区南部地区森林NEP的减少,由于城市扩张导致的森林NEP的减少面积约为21732.39ha,这些区域的森林总NEP约为0.07 Tg·C·yr-1;采用缓冲区对杭州、嘉兴、湖州主城区城市扩张及对森林碳储量和NEP的空间变化影响分析表明,城市扩张过程中主城区森林AGC和NEP呈大面积的减少,对城市森林碳汇功能产生了较为严重的影响。
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