城市绿地系统连接度模拟与生态风险防范研究

我国城市化进程不断加快，对理解城市化带来的环境影响和加强区域环境质量管理提出了更高要求。本研究以城市绿地系统及依存的动物集合种群为研究对象，基于图论建立绿地网络系统，开发绿地系统结构与质量变化检测模型和动物集合种群对其变化的功能响应模型，模拟和评价城市扩展造成的绿地累积减少、结构破碎化和质量降低对生物体功能的影响，将二者结构与功能上的关键点、敏感区与脆弱区以定量、可视化的方式表达出来，并探索优化的途径，为深入理解城市土地利用变化的环境效应，合理规划和优化城市土地利用，防范生态风险提高区域公共安全水平，提供理论与方法支持。 结果表明，1980-2005年，深圳绿地生境面积减少近50%，生境破碎化程度增加；城市景观基质的渗透性不断降低，物种迁移运动的阻力增加，绿地生境网络结构和功能连接度持续下降，物种扩散和生态流传播等过程受到阻碍。在组分水平上，绿地生境网络最大组分的NPP总量、连接路径数量和组分连接度随时间不断下降。在斑块水平上，对维系生境网络连接度和稳定性起关键作用的斑块和功能连接路径不断受到城市土地利用变化的影响，生境网络抵抗外界环境不利变化的能力逐渐下降。 通过模拟未来城市发展过程中生境损失、景观基质阻力增加以及生境扩展三种情景，研究了未来城市土地利用连续变化对绿地生境系统连接度的影响，识别和诊断网络连接度的突变点和各情景变化的关键阈值。在生境损失情景中，当较小面积的斑块消失时，网络连接度的变化较小，当移除斑块的面积超过2 km2时，整个生境系统结构和功能连接度急剧下降，当移除斑块面积超过约100 km2，生境斑块基本处于隔离状态。随景观基质渗透性的降低，物种迁移运动的阻力增大，生境网络的结构和功能连接度不断降低。对于扩散能力较小的物种，绿地生境功能连接度发生突变明显早于扩散能力较强的物种，表明其抵抗外界环境变化的能力相对较弱。当核心生境的缓冲宽度增加时，生境面积不断扩大，有的连接成片，生境网络的结构和功能连接度不断提高。当缓冲宽度为1200 m时，整个生境系统的连接度和可利用性提高最快。 基于城市土地利用变化对生境系统连接度的影响评价和对重要生态区的隔离效应评价，综合考虑对维持物种迁移运动过程和人类生存环境质量具有重要影响的区域以及自然景观与人为景观相冲突的高风险区域，本研究对城市绿地生境网络进行了综合优化。 2100433B

我国城市化进程不断加快，城市化率日益提高，对理解城市化带来的环境影响和加强区域环境质量管理提出了更高要求。本研究在3S 与数学建模技术的支持下，采用地理学、生态学、图形学等多学科交叉的理论与方法，以城市绿地系统及依存的动物集合种群为研究对象，基于图论建立绿地网络系统，开发绿地系统结构与质量变化检测模型和动物集合种群对其变化的功能响应模型，模拟和评价城市扩展造成的绿地累积减少、结构破碎化和质量降低对生物体功能的影响，将二者结构与功能上的关键点、敏感区与脆弱区以定量、可视化的方式表达出来，并探索优化的途径，为深入理解城市土地利用变化的环境效应，合理规划和优化城市土地利用，防范生态风险提高区域公共安全水平，提供理论与方法支持。

随着全球气候变暖和城市化，热岛问题日益严重，成为严重影响城市生态和人类健康的国际前沿问题，如何利用城市绿地系统降低热岛，提高城市夏季人体舒适度，提升城市环境的健康效应，成为重要的科学问题。本项目以天津、北京、南京特大城市研究成果为基础，探索城市绿地系统降低夏季热岛的时空模拟与布局优化。研究发现：①绿地降低热岛具有随时间变化的空间尺度特征，日间宏观敏感尺度半径250m，微观敏感半径尺度为15m，夜晚敏感尺度半径为60m。②构建了绿地降低热岛的复杂适应性系统的微观基本行为模型和整体性模型，模型与城市建筑、水体等要素相适应耦合，遵循尺度敏感性规律发挥最大的降温效果原则。③随着尺度分辨率的增大地表温度与POI点密度的相关性在逐渐升高；气温与MNDWI、绿地率、建筑密度呈正相关关系，与NDVI、道路密度、容积率、POI点密度呈负相关关系；在空间分辨率为90m时，地表温度与平均气温具有较强线性关系。④最高热岛升温与特大城市热岛强度曲线相似性和变化率都与国家城镇化率的变化相一致，主要受国家城市化空间格局影响；最高热岛升温采用灰色预测模型具有较高的模拟精度，热岛升温总量预测采用时间和中国城市化率的复合模型具有较高的精度。⑤城市热岛加剧呼吸系统疾病死亡率，在景观格局上呈现：低等级影响区连通性较高、空间相对集中，高等级影响区呈组团状分布；整体景观特征呈现破碎化和间断分布，影响区在城市中心分布较为集中。⑥以历史惯性模式的优势驱动力的空间特征效应为基础，依靠外生发展模式的驱动力空间效应，使得因城市集聚带来的生态安全问题得以分散缓解。⑦公园可达面积比与公园服务人口两个指标，可作为评价城市公园整体可达性与服务状况的指标。本项目为引导形成科学的生态城市结构和形态、发挥生态服务功能提供理论基础，对研究区域与全球气候变化具有重要的理论意义，为健康城市和气候适应性城市规划提供可操作的布局参数体系。 2100433B

本书介绍了作者带领的研究团队十多年来在大型土木结构损伤多尺度模拟与分析领域的主要研究成果及其在结构抗震分析、桥梁疲劳损伤预后分析中的应用。本书主要内容包括：微细、宏观尺度上材料与结构的损伤特征观测与分析，不同尺度上材料与结构损伤的合理表征及其量化方法，结构损伤多尺度分析的基本方程与计算方法，结构损伤多尺度分析的实施流程及其验证，损伤跨尺度演化致混凝土构件局部失效的模拟与分析，混凝土结构损伤演化致失效过程的多尺度跨层次自适应模拟与分析，以及大跨桥梁钢箱梁结构疲劳损伤演化过程的多尺度跨层次模拟。本书同时介绍了这些理论与方法在钢筋混凝土框架结构损伤失效分析与重大桥梁工程结构疲劳损伤演化过程模拟中的应用。

近年来，全球气候变暖加剧，我国夏季城市热岛问题日益严重。国内外研究与实践证明，城市绿地是降低城市热岛的有效手段。而如何高效地布局绿地降低城市热岛，则成为城市与园林规划领域的应用基础科学问题。因此，本项目拟通过探析绿地降温的热性能组织结构对周边温度场的影响变化，来建立关键可控指标的三维函数方程，进而推导出高效降温的绿地布局参数区间、关键参数。从而系统地揭示绿地降温的热性能的尺度敏感性，实现科学的解构绿地降温的机制；进而，利用灰色系统、人工智能、神经网络等方法，构建智能化的空间优化算法和模型，模拟绿地降低热岛的格局与过程，提出具有推广和普适性的有效降低热岛的绿地布局模式。特色与创新：把城市绿地降低热岛研究，扩展到三维空间参数，明确其热性能的敏感性尺度；构建灰色智能优化算法和模型，提出城市绿地降低热岛的适应性干预模式。本项目将丰富生态、宜居、低碳城市规划理论，为优化绿地布局提供了一种新的方法。