城市綠地系統(tǒng)連接度模擬與生態(tài)風險防范研究

我國城市化進程不斷加快，對理解城市化帶來的環(huán)境影響和加強區(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)及依存的動物集合種群為研究對象，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)量變化檢測模型和動物集合種群對其變化的功能響應(yīng)模型，模擬和評價城市擴展造成的綠地累積減少、結(jié)構(gòu)破碎化和質(zhì)量降低對生物體功能的影響，將二者結(jié)構(gòu)與功能上的關(guān)鍵點、敏感區(qū)與脆弱區(qū)以定量、可視化的方式表達出來，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)風險提高區(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，物種遷移運動的阻力增加，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間不斷下降。在斑塊水平上，對維系生境網(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展三種情景，研究了未來城市土地利用連續(xù)變化對綠地生境系統(tǒng)連接度的影響，識別和診斷網(wǎng)絡(luò)連接度的突變點和各情景變化的關(guān)鍵閾值。在生境損失情景中，當較小面積的斑塊消失時，網(wǎng)絡(luò)連接度的變化較小，當移除斑塊的面積超過2 km2時，整個生境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能連接度急劇下降，當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，物種遷移運動的阻力增大，生境網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能連接度不斷降低。對于擴散能力較小的物種，綠地生境功能連接度發(fā)生突變明顯早于擴散能力較強的物種，表明其抵抗外界環(huán)境變化的能力相對較弱。當核心生境的緩沖寬度增加時，生境面積不斷擴大，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。當緩沖寬度為1200 m時，整個生境系統(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生境系統(tǒng)連接度的影響評價和對重要生態(tài)區(qū)的隔離效應(yīng)評價，綜合考慮對維持物種遷移運動過程和人類生存環(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險區(qū)域，本研究對城市綠地生境網(wǎng)絡(luò)進行了綜合優(yōu)化。 2100433B

我國城市化進程不斷加快，城市化率日益提高，對理解城市化帶來的環(huán)境影響和加強區(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)學建模技術(shù)的支持下，采用地理學、生態(tài)學、圖形學等多學科交叉的理論與方法，以城市綠地系統(tǒng)及依存的動物集合種群為研究對象，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)量變化檢測模型和動物集合種群對其變化的功能響應(yīng)模型，模擬和評價城市擴展造成的綠地累積減少、結(jié)構(gòu)破碎化和質(zhì)量降低對生物體功能的影響，將二者結(jié)構(gòu)與功能上的關(guān)鍵點、敏感區(qū)與脆弱區(qū)以定量、可視化的方式表達出來，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)風險提高區(qū)域公共安全水平，提供理論與方法支持。

隨著全球氣候變暖和城市化，熱島問題日益嚴重，成為嚴重影響城市生態(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)，成為重要的科學問題。本項目以天津、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點密度呈負相關(guān)關(guān)系；在空間分辨率為90m時，地表溫度與平均氣溫具有較強線性關(guān)系。④最高熱島升溫與特大城市熱島強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)測模型具有較高的模擬精度，熱島升溫總量預(yù)測采用時間和中國城市化率的復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)：低等級影響區(qū)連通性較高、空間相對集中，高等級影響區(qū)呈組團狀分布；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)勢驅(qū)動力的空間特征效應(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公園可達面積比與公園服務(wù)人口兩個指標，可作為評價城市公園整體可達性與服務(wù)狀況的指標。本項目為引導形成科學的生態(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

本書介紹了作者帶領(lǐng)的研究團隊十多年來在大型土木結(jié)構(gòu)損傷多尺度模擬與分析領(lǐng)域的主要研究成果及其在結(jié)構(gòu)抗震分析、橋梁疲勞損傷預(yù)后分析中的應(yīng)用。本書主要內(nèi)容包括：微細、宏觀尺度上材料與結(jié)構(gòu)的損傷特征觀測與分析，不同尺度上材料與結(jié)構(gòu)損傷的合理表征及其量化方法，結(jié)構(gòu)損傷多尺度分析的基本方程與計算方法，結(jié)構(gòu)損傷多尺度分析的實施流程及其驗證，損傷跨尺度演化致混凝土構(gòu)件局部失效的模擬與分析，混凝土結(jié)構(gòu)損傷演化致失效過程的多尺度跨層次自適應(yīng)模擬與分析，以及大跨橋梁鋼箱梁結(jié)構(gòu)疲勞損傷演化過程的多尺度跨層次模擬。本書同時介紹了這些理論與方法在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)損傷失效分析與重大橋梁工程結(jié)構(gòu)疲勞損傷演化過程模擬中的應(yīng)用。

近年來，全球氣候變暖加劇，我國夏季城市熱島問題日益嚴重。國內(nèi)外研究與實踐證明，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)科學問題。因此，本項目擬通過探析綠地降溫的熱性能組織結(jié)構(gòu)對周邊溫度場的影響變化，來建立關(guān)鍵可控指標的三維函數(shù)方程，進而推導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，實現(xiàn)科學的解構(gòu)綠地降溫的機制；進而，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。