我国城市空间扩展与植被生长变化研究

发布时间：2020-03-31 15:05

【摘要】：城市作为国家或者区域的政治、经济、文化等的集聚中心和空间载体,城市生态环境的变化一直是社会公众以及科研工作人员共同关注的议题。尤其随着我国城市化进程的日益加快,城市人口急剧膨胀、城市空间不断扩大,城市内部及其周边的植被生长情况也发生着巨大变化,城市的空间扩展与生态环境之间的矛盾日益加剧。叶面积指数(Leaf area index,LAI)是指单位土地面积上植株叶片的单侧总面积,LAI可以直观的评价城市的植被生长状况。以往的城市空间扩展研究侧重于城市空间扩展的时空特征、驱动机制、土地利用变化以及模拟预测,本研究则以我国所有城市为研究对象,将LAI与城市空间扩展结合来直观的评价城市植被生长的变化。本研究不仅在整体上对2000-2015年我国所有城市空间扩展的土地利用变化及其城市老城区、新城区、新老城区整体及其城市缓冲区LAI的变化做出分析,而且在区域的层面上分析全国32个省区中心城市的LAI变化趋势,同时在整体和区域的角度完整的将2000-2015年城市空间扩展进程中植被生长的变化进行对比研究,以探索其过程、规律和机制。具体研究结果如下:(1)LAI数据在研究区展现出良好的适用性。本研究将2000年的LAI数据作为验证数据。研究区2000年时间分辨率为8天的LAI数据共46幅,本研究将46幅叠加的LAI数据上随机选取6个点(点分别分布在海南省、四川省、河南省、吉林省、新疆维吾尔族自治区、西藏自治区),将此6个样本点的年LAI值分别做其时间序列图。分析表明,选取的6个样本点的时间序列图均符合该点所在空间格局气候带上的植被生长季节性变化动态,且LAI数据具有较好的长时间连续性特点。(2)在我国城市化进程中,城市空间扩展速度很快。从2000年到2015年城市用地面积新增19197.0 km~2,年均增加1279.8 km~2;2000年城市面积占国土面积0.16%,到2015年增加到0.25%,增加了1.56倍。耕地土地贡献率最高,为71.73%,占用面积13770.0 km~2,其次依次是建设用地、林地、草地、水域和未利用地。社会经济的快速发展、城市人口的持续增加、基础设施的建设以及规划与政策等因素成为驱动城市空间快速扩展的主要驱动力。(3)32个中心城市比其它城市老城区植被LAI均值下降速率快。2000年到2015年,全国所有城市与32个中心城市老城区LAI均值拟合直线斜率分别为-0.0027、-0.008,两者的LAI均值在研究时间序列内都处于下降的趋势,且32个中心城市LAI均值拟合直线斜率为全国所有城市2倍左右,对比分析可知全国城市老城区整体的植被LAI均值都处于下降趋势,32个中心城市相比下降的速度更快。但是通过对32个中心城市单独的研究分析,北京、天津、济南等12座城市老城区LAI均值处于上升的趋势。总而言之,全国所有城市与32个中心城市整体植被LAI均值处于下降趋势,但是个别城市仍有上升的趋势,说明部分城市对老城区植被的管理维护值得肯定,但是大部分城市仍需要加强。(4)32个中心城市与其它城市的新城区植被LAI均值下降速率相当。2000年到2015年,全国所有城市与32个中心城市新城区LAI均值拟合直线斜率分别为-0.021、-0.019,两者的LAI均值在研究时间序列内都处于下降的趋势,且两者下降速率几乎等同,说明32个中心城市对新城区的规划与其它城市相似。通过对32个中心城市的单独分析,所有城市新城区LAI均值均处于下降的趋势,无一例外,说明在新城区的建设过程中,其它有植被覆盖类型的土地转变为建设用地不可避免的会对植被发生造成不可逆转的破坏。(5)32个中心城市与其它城市城区整体LAI均值下降速率几乎一样。2000年到2015年,全国所有城市与32个中心城市城区整体LAI均值拟合直线斜率分别为-0.0082、-0.007,两者的LAI均值整体相差不大,说明在研究时间序列内32个中心城市与其它城市的植被LAI均值均处于下降趋势,且下降速率几乎一样。但是北京和太原两座城市新老城区整体的LAI均值是处于上升趋势的,说明即使新城区的开发无法避免对植被大面积的破坏,但是只要加强对老城区植被的管理维护和新城区开发过程中植被的保护,城市整体的植被LAI均值依然可以保持上升趋势。城区缓冲区相对于城市内部,更多的是受到自然环境因素的影响。本研究对城区10km缓冲区的范围进行LAI均值提取分析发现其均为上升趋势,间接也说明环境因素越来越有利于植被的生长。总之,本研究综合运用生态学、城市科学、地理信息科学的理论和技术方法,采用LAI数据、RS数据、GIS数据、社会经济数据等多源数据,分别从全国所有城市,32个省区中心城市的老城区、扩展后的新城区、城区整体、城市缓冲区等多个尺度,从2000—2015长时间序列,对比分析城市扩展前后植被生长的变化过程、规律和机制,旨在为城市生态建设和可持续发展提供科学依据。
【图文】：

城市分布,城市空间分布

究区概况地理位置与行政区划于亚欧大陆东部，太平洋西岸的我国，东南西北四端分别为：黑龙江和乌苏里道中心线的相交处，立地暗沙，，帕米尔高原附近。其陆地边界长达2.28万公里鲜，北邻蒙古，南与缅甸、老挝、越南相连。我国领土辽阔广大，南北跨越纬陆地总面积约960万平方千米，仅次于俄罗斯、加拿大，居世界第3位。我国南00千米，东西相距5200千米，面积几乎等同于整个欧洲34个省级行政区，包括5个自治区、4个直辖市、2个特别行政区。研究区包含我国所有城市，城市空间聚倾向明显，城市密度最高的苏沪、浙江、山东，平均每1万平方公里有2.5、2市，即平均30多公里可以遇到1座城市。城市分布最稀疏的西藏、青海、新疆平方公里还不到1个城市。

部分图,土地利用类型,类型,期数

2015年两期LUCC数据土地利用类型的变化情况分析首先ArcGIS Desktop 10.2的Arc Toolbox工具箱下SpatialAnalyst数据的叠加分析，发现两期数据之间各土地利用类型的时
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU984.115;P208

【参考文献】