本文關(guān)鍵詞：上海城市景觀格局、生態(tài)效應(yīng)及恢復(fù)力特征

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【摘要】：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 The 2014 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)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。本研究共分以下三個(gè)部分:第一,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);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。第二,分析城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施空間格局,評(píng)價(jià)城市景觀生態(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。第三,整合20個(gè)指標(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。通過模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)分析,本研究得到以下四點(diǎn)主要結(jié)論:第一,2010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。第二,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。第三,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。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)。第四,內(nèi)外部要素的共同作用影響復(fù)雜系統(tǒng)的恢復(fù)力。從本研究的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)濟(jì)因子的關(guān)聯(lián)度高,因此,外部要素和內(nèi)部要素是共同作用于復(fù)雜系統(tǒng)變化的,外部要素的作用影響是間接的。通過線性拆分,厘清因子與因子之間的相關(guān)性,甄別出在影響城市恢復(fù)力的主要因子是地表透水下墊面結(jié)構(gòu)與人口密度。本研究通過景觀格局研究的新方法,即形態(tài)學(xué)空間格局分析方法,對(duì)城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)展開分析,引入恢復(fù)力與空間恢復(fù)力概念,通過探索非線性結(jié)構(gòu)拆分,提煉恢復(fù)力評(píng)價(jià)模型,最終構(gòu)建了城市景觀“格局-過程-效應(yīng)-可持續(xù)性”的研究思路,為城市景觀可持續(xù)科學(xué)研究提供重要參考。
【學(xué)位授予單位】：上海師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P901;X171
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本文編號(hào)：1291714