中国城市生态用地转型的时空格局、驱动机制与热环境效应
文献类型：学位论文
| 作者 | 冯润东 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 刘盛和 |
| 关键词 | 城市生态用地 时空格局 驱动机制 高温暴露 缓解策略 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 人文地理学 |
| 英文摘要 | 城市生态用地作为“基于自然的解决方案”，深刻影响着城市生态安全和居民福祉，是广受全球和区域关注的研究方向与议题。城市生态用地转型是指一定时期内，由自然环境和社会经济发展所驱动的城市生态用地数量、结构和功能等特征的时空变化。作为城市适应和应对极端高温的绿色基础设施，保护和修复城市生态用地成为基于自然的解决方案的重要举措。然而，目前研究仍缺乏大尺度与长时序的城市生态用地转型时空格局、驱动机制和热环境效应的深入探索，亟待弥补与加强，有利于实现可持续城市和社区的发展目标，并推进生态文明建设。 本研究在构建城市生态用地转型理论分析框架的基础上，结合多源数据并耦合机器学习、空间统计和土地利用模拟模型，生产了高分辨率、长时序和多情景的城市土地覆被数据集与人口网格数据集，系统刻画了21世纪中国城市生态用地转型的时空特征与演变规律，揭示了城市生态用地转型的驱动机制，量化了城市生态用地转型对热环境（重点关注人口的高温暴露）的影响，并据此提出高温暴露的缓解策略。其中，以共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathways, SSPs）和代表性浓度路径（Representative Concentration Pathways, RCPs）作为未来参考情景，包括SSP1-2.6（可持续性路径）、SSP2-4.5（中间路径）、SSP3-7.0（区域竞争路径）和SSP5-8.5（以化石为燃料为主路径）。主要研究结论如下： （1）生产了2000-2100年SSP-RCPs情景下30 m空间分辨率的中国城市土地覆被数据和2020-2100年SSPs情景下100 m空间分辨率的中国人口网格数据，有助于全面揭示21世纪中国城市生态用地转型的时空特征以及清晰刻画高温暴露的动态趋势。进一步在数量、空间和功能三个维度建立了共30个指标构成的测度指标体系，主成分分析表明，城市生态用地特征可由数量丰度（表征数量规模）、空间聚集度（表征空间结构）和服务功能（表征服务供给）3个主成分概括。 （2）总结了中国城市生态用地转型的地域分异、阶段演化和情景分化等特征。2000-2020年，中国城市生态用地呈现面积增长（增幅为149.32%），而人均面积（-2.38%）、面积占比（-24.36%）、可达性（用人口加权暴露计算，-12.73%）及其均衡性（用基尼系数计算，24.98%）降低的转型特征。此外，数量丰度、空间聚集度和服务功能表现为先降后升的转型，数量丰度和服务功能在东部城市快速增长，空间聚集度在北方城市大幅下降。2020-2100年，在SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下数量丰度（35.33%和30.39%）、空间聚集度（36.27%和12.20%）和服务功能（133.76%和23.4%）表现为连续上升的转型趋势，并在华北和东南地区加速增长、在其他地区波动增长。相反，在SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下，数量丰度（-12.77%和-19.24%）、空间聚集度（-44.72%和-57.71%）和服务功能（-34.99%和-42.20%）均大幅下降，并在华北和东南地区减速增长。 （3）揭示了自然-社会经济因子对中国城市生态用地转型的交互效应及其动态特征。2000-2020年，数量丰度转型主要受建设用地占比和气候因子的交互驱动，气候因子的贡献有所下降；空间聚集度转型受地形和社会经济要素的交互主导，服务功能转型受气候因子的主导。2020-2100年，SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下自然因子的影响逐渐凸显，尤其是气候因子对数量丰度、地形因子对空间聚集度和服务功能的作用。在SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下，邻域因子（即到行政中心、主要道路和河流和湖泊的距离）的影响快速增加。 （4）量化了中国城市生态用地转型对高温暴露的时空效应，并提出了基于城市生态用地的优化缓解策略。2000-2020年，数量丰度、空间聚集度和服务功能的退化分别导致高温暴露平均上升0.67℃、0.78℃和0.13℃，而对应的修复则能够分别平均缓解0.97℃、1.38℃和0.19℃的高温暴露，并在华北、东南和中南地区更为突出。2020-2100年，在SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下，退化的加剧效应平均提升66.4%，而在SSP1-2.6和SSP2-4.5情景下修复的缓解效应则平均下降了23.9%。此外，空间聚集度的影响平均是数量丰度的1.03-1.87倍。缓解策略显示，在不增加城市生态用地规模的前提下，仅增加空间聚集度就能缓解2.58-20.47%的高温暴露（平均为11.86%），并在华北和中南地区更强。 （5）北京市案例研究表明，城市生态用地转型在自然-社会经济因子交互驱动下具有时空分异与情景分化等特征，并对高温暴露具有显著的影响和缓解潜力。北京市城市生态用地的数量丰度、空间聚集度和服务功能呈“核心-边缘”特征，并在建设用地占比和人口密度的主导下，受到地形、土壤条件和到行政中心的距离的交互驱动。此外，数量丰度和空间聚集度显著驱动了高温暴露的时空格局，且空间聚集度的平均影响是数量丰度的1.13-1.98倍。缓解策略的数值计算显示仅增加空间聚集度能够缓解2.7-24.19%的高温暴露，情景模拟表明可以整体降低7.78-21.26%的高温暴露，这在城市核心以及SSP3-7.0和SSP5-8.5情景下更显著。 （6）在生态文明与美丽中国建设的指导下，城市生态用地管理应在考虑自然本底和社会经济发展阶段的基础上，实行差异化的空间规划和管控政策。此外，可以通过增加斑块的空间聚集度和连通性，并合理配置社会经济要素来提升城市应对极端高温的韧性。与此同时，应以系统协调为目标，总结多个自然-社会经济要素和城市生态系统的相互作用关系及反馈机制，并完善城市生态用地修复的政策保障体系，实现生态建设和城市发展之间的平衡。 |
| 学科主题 | 人文地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 243 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/209296]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 冯润东. 中国城市生态用地转型的时空格局、驱动机制与热环境效应[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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