城市綠地系統(tǒng)降低夏季熱島的時(shí)空模擬與布局優(yōu)化研究

隨著全球氣候變暖和城市化，熱島問題日益嚴(yán)重，成為嚴(yán)重影響城市生態(tài)和人類健康的國際前沿問題，如何利用城市綠地系統(tǒng)降低熱島，提高城市夏季人體舒適度，提升城市環(huán)境的健康效應(yīng)，成為重要的科學(xué)問題。本項(xiàng)目以天津、北京、南京特大城市研究成果為基礎(chǔ)，探索城市綠地系統(tǒng)降低夏季熱島的時(shí)空模擬與布局優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)：①綠地降低熱島具有隨時(shí)間變化的空間尺度特征，日間宏觀敏感尺度半徑250m，微觀敏感半徑尺度為15m，夜晚敏感尺度半徑為60m。②構(gòu)建了綠地降低熱島的復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)的微觀基本行為模型和整體性模型，模型與城市建筑、水體等要素相適應(yīng)耦合，遵循尺度敏感性規(guī)律發(fā)揮最大的降溫效果原則。③隨著尺度分辨率的增大地表溫度與POI點(diǎn)密度的相關(guān)性在逐漸升高；氣溫與MNDWI、綠地率、建筑密度呈正相關(guān)關(guān)系，與NDVI、道路密度、容積率、POI點(diǎn)密度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；在空間分辨率為90m時(shí)，地表溫度與平均氣溫具有較強(qiáng)線性關(guān)系。④最高熱島升溫與特大城市熱島強(qiáng)度曲線相似性和變化率都與國家城鎮(zhèn)化率的變化相一致，主要受國家城市化空間格局影響；最高熱島升溫采用灰色預(yù)測(cè)模型具有較高的模擬精度，熱島升溫總量預(yù)測(cè)采用時(shí)間和中國城市化率的復(fù)合模型具有較高的精度。⑤城市熱島加劇呼吸系統(tǒng)疾病死亡率，在景觀格局上呈現(xiàn)：低等級(jí)影響區(qū)連通性較高、空間相對(duì)集中，高等級(jí)影響區(qū)呈組團(tuán)狀分布；整體景觀特征呈現(xiàn)破碎化和間斷分布，影響區(qū)在城市中心分布較為集中。⑥以歷史慣性模式的優(yōu)勢(shì)驅(qū)動(dòng)力的空間特征效應(yīng)為基礎(chǔ)，依靠外生發(fā)展模式的驅(qū)動(dòng)力空間效應(yīng)，使得因城市集聚帶來的生態(tài)安全問題得以分散緩解。⑦公園可達(dá)面積比與公園服務(wù)人口兩個(gè)指標(biāo)，可作為評(píng)價(jià)城市公園整體可達(dá)性與服務(wù)狀況的指標(biāo)。本項(xiàng)目為引導(dǎo)形成科學(xué)的生態(tài)城市結(jié)構(gòu)和形態(tài)、發(fā)揮生態(tài)服務(wù)功能提供理論基礎(chǔ)，對(duì)研究區(qū)域與全球氣候變化具有重要的理論意義，為健康城市和氣候適應(yīng)性城市規(guī)劃提供可操作的布局參數(shù)體系。 2100433B

近年來，全球氣候變暖加劇，我國夏季城市熱島問題日益嚴(yán)重。國內(nèi)外研究與實(shí)踐證明，城市綠地是降低城市熱島的有效手段。而如何高效地布局綠地降低城市熱島，則成為城市與園林規(guī)劃領(lǐng)域的應(yīng)用基礎(chǔ)科學(xué)問題。因此，本項(xiàng)目擬通過探析綠地降溫的熱性能組織結(jié)構(gòu)對(duì)周邊溫度場(chǎng)的影響變化，來建立關(guān)鍵可控指標(biāo)的三維函數(shù)方程，進(jìn)而推導(dǎo)出高效降溫的綠地布局參數(shù)區(qū)間、關(guān)鍵參數(shù)。從而系統(tǒng)地揭示綠地降溫的熱性能的尺度敏感性，實(shí)現(xiàn)科學(xué)的解構(gòu)綠地降溫的機(jī)制；進(jìn)而，利用灰色系統(tǒng)、人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方法，構(gòu)建智能化的空間優(yōu)化算法和模型，模擬綠地降低熱島的格局與過程，提出具有推廣和普適性的有效降低熱島的綠地布局模式。特色與創(chuàng)新：把城市綠地降低熱島研究，擴(kuò)展到三維空間參數(shù)，明確其熱性能的敏感性尺度；構(gòu)建灰色智能優(yōu)化算法和模型，提出城市綠地降低熱島的適應(yīng)性干預(yù)模式。本項(xiàng)目將豐富生態(tài)、宜居、低碳城市規(guī)劃理論，為優(yōu)化綠地布局提供了一種新的方法。

《聚合過程模擬與優(yōu)化:基于Polymer Plus》是基于Aspen Tech公司的聚合物流程模擬軟件Polymer Plus來介紹聚合過程的模擬與優(yōu)化的方法。全書共分為八部分。分別是：聚合過程流程模擬總論、Aspen Plus使用初步介紹、聚合物的計(jì)算機(jī)表示、自由基聚合的模擬、離子聚合的模擬、配位聚合的模擬、逐步聚合的模擬以及附錄?！毒酆线^程模擬與優(yōu)化:基于Polymer Plus》按聚合反應(yīng)機(jī)理來進(jìn)行組織，并結(jié)合工業(yè)大宗高分子樹脂的聚合過程的建模與優(yōu)化過程進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對(duì)模型的工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了初步的介紹?！毒酆线^程模擬與優(yōu)化:基于Polymer Plus》可作為高等院校高分子化工、高分子材料與工程、化學(xué)工程與工藝等專業(yè)的本科生教材，也可供相關(guān)行業(yè)的工程技術(shù)人員參考。

《聚合過程模擬與優(yōu)化:基于Polymer Plus》：高等學(xué)校教材。

我國城市化進(jìn)程不斷加快，對(duì)理解城市化帶來的環(huán)境影響和加強(qiáng)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量管理提出了更高要求。本研究以城市綠地系統(tǒng)及依存的動(dòng)物集合種群為研究對(duì)象，基于圖論建立綠地網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，開發(fā)綠地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與質(zhì)量變化檢測(cè)模型和動(dòng)物集合種群對(duì)其變化的功能響應(yīng)模型，模擬和評(píng)價(jià)城市擴(kuò)展造成的綠地累積減少、結(jié)構(gòu)破碎化和質(zhì)量降低對(duì)生物體功能的影響，將二者結(jié)構(gòu)與功能上的關(guān)鍵點(diǎn)、敏感區(qū)與脆弱區(qū)以定量、可視化的方式表達(dá)出來，并探索優(yōu)化的途徑，為深入理解城市土地利用變化的環(huán)境效應(yīng)，合理規(guī)劃和優(yōu)化城市土地利用，防范生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提高區(qū)域公共安全水平，提供理論與方法支持。 結(jié)果表明，1980-2005年，深圳綠地生境面積減少近50%，生境破碎化程度增加；城市景觀基質(zhì)的滲透性不斷降低，物種遷移運(yùn)動(dòng)的阻力增加，綠地生境網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和功能連接度持續(xù)下降，物種擴(kuò)散和生態(tài)流傳播等過程受到阻礙。在組分水平上，綠地生境網(wǎng)絡(luò)最大組分的NPP總量、連接路徑數(shù)量和組分連接度隨時(shí)間不斷下降。在斑塊水平上，對(duì)維系生境網(wǎng)絡(luò)連接度和穩(wěn)定性起關(guān)鍵作用的斑塊和功能連接路徑不斷受到城市土地利用變化的影響，生境網(wǎng)絡(luò)抵抗外界環(huán)境不利變化的能力逐漸下降。 通過模擬未來城市發(fā)展過程中生境損失、景觀基質(zhì)阻力增加以及生境擴(kuò)展三種情景，研究了未來城市土地利用連續(xù)變化對(duì)綠地生境系統(tǒng)連接度的影響，識(shí)別和診斷網(wǎng)絡(luò)連接度的突變點(diǎn)和各情景變化的關(guān)鍵閾值。在生境損失情景中，當(dāng)較小面積的斑塊消失時(shí)，網(wǎng)絡(luò)連接度的變化較小，當(dāng)移除斑塊的面積超過2 km2時(shí)，整個(gè)生境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能連接度急劇下降，當(dāng)移除斑塊面積超過約100 km2，生境斑塊基本處于隔離狀態(tài)。隨景觀基質(zhì)滲透性的降低，物種遷移運(yùn)動(dòng)的阻力增大，生境網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能連接度不斷降低。對(duì)于擴(kuò)散能力較小的物種，綠地生境功能連接度發(fā)生突變明顯早于擴(kuò)散能力較強(qiáng)的物種，表明其抵抗外界環(huán)境變化的能力相對(duì)較弱。當(dāng)核心生境的緩沖寬度增加時(shí)，生境面積不斷擴(kuò)大，有的連接成片，生境網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能連接度不斷提高。當(dāng)緩沖寬度為1200 m時(shí)，整個(gè)生境系統(tǒng)的連接度和可利用性提高最快。 基于城市土地利用變化對(duì)生境系統(tǒng)連接度的影響評(píng)價(jià)和對(duì)重要生態(tài)區(qū)的隔離效應(yīng)評(píng)價(jià)，綜合考慮對(duì)維持物種遷移運(yùn)動(dòng)過程和人類生存環(huán)境質(zhì)量具有重要影響的區(qū)域以及自然景觀與人為景觀相沖突的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，本研究對(duì)城市綠地生境網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了綜合優(yōu)化。 2100433B

我國城市化進(jìn)程不斷加快，城市化率日益提高，對(duì)理解城市化帶來的環(huán)境影響和加強(qiáng)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量管理提出了更高要求。本研究在3S 與數(shù)學(xué)建模技術(shù)的支持下，采用地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、圖形學(xué)等多學(xué)科交叉的理論與方法，以城市綠地系統(tǒng)及依存的動(dòng)物集合種群為研究對(duì)象，基于圖論建立綠地網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，開發(fā)綠地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與質(zhì)量變化檢測(cè)模型和動(dòng)物集合種群對(duì)其變化的功能響應(yīng)模型，模擬和評(píng)價(jià)城市擴(kuò)展造成的綠地累積減少、結(jié)構(gòu)破碎化和質(zhì)量降低對(duì)生物體功能的影響，將二者結(jié)構(gòu)與功能上的關(guān)鍵點(diǎn)、敏感區(qū)與脆弱區(qū)以定量、可視化的方式表達(dá)出來，并探索優(yōu)化的途徑，為深入理解城市土地利用變化的環(huán)境效應(yīng)，合理規(guī)劃和優(yōu)化城市土地利用，防范生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提高區(qū)域公共安全水平，提供理論與方法支持。