北京城市不透水地表/绿地格局对城市生态系统服务热调节功能影响

Impervious surface areas and greenness are two dominant urban land use/cover types and their spatial patterns and composition play critical but opposite roles in urban ecosystem services. Their impects on surface heat regulation are major contents for better understanding the mechanism of urban heat island and the adapatative planning. Beijing is selected as a study area for conducting the comparative observation and experiment on radiation and flux of two surface land types based on remote senisng and field observation at the same time to solve two issues - validation of the remote sensing inversion of the complex surface radiation flux and the conversion of spatial scales. The objective of this proposal is to establish urban hierachical structure and indicators influencing the heat regulation functions, to delineate and characterize the spatial and temporal relationships between the inner strucutre of urban funtion zones, urban cover, urban fabric and heat flux at micro, local and meso scale, to reveal the mechanism of the impacts of different impervious surfaces on surface radiation and heat flux, to quantify the relative contribution of different impervious surfaces and greenness on surface latent heat, sensible heat flux, and anthropogenic heat sources, to analyze the impacts of urban dynamic expansion and internal structure change on heat regulation, and to identify the thresholds of impervious surface and greenness components for regulating heat functions in different funcitonal regions. This research will promote our understanding of the quantification of urban biophysical mechanism and advance the scientific development of the linkage of urban ecology and spatial planning.

不透水地表与绿地作为两种主导的城市土地覆盖类型，其格局与组份对城市生态系统服务功能产生决定性甚至截然相反的作用，其对地表热调节功能影响是理解热岛效应机理以及适应性规划关注核心内容。选择北京研究区，持续开展两种覆盖类型辐射与通量比较观测实验，基于遥感地面同步量测解决复杂地表覆盖辐射通量遥感反演"真值"验证及空间尺度转换问题。构建城市等级结构与热调节功能影响关键参数指标体系，刻画并表征城市内部结构三个尺度（功能区/覆盖组份/构造）与热通量时空关系，揭示不同下垫面类型对地表辐射与热通量影响机理，定量区分不透水地表与绿地对地表潜热、显热通量和人为热源贡献程度，剖析城市扩张动态内部结构演化对热调节功能影响互馈机理，核定服务于水热调节功能的各功能区不透水地表与绿地组份调控阈值。这将深化城市生物地球物理机制定量化认知能力，有力推动城市生态学与空间规划链接与学科发展。

城市土地利用/覆盖变化及生态系统服务影响受到MA、UGEC（2005年）及Future Earth（2015年）国际组织的高度关注，城市地表具有高度异质性、结构复杂和类型镶嵌等特征，其生态系统热服务影响是当前该领域重要的科学命题。本项目以北京市为例，开展了城市不同覆盖结构和材质特征的地表辐射与通量比较观测实验（见2015年Landscape Ecology发表），基于遥感地面同步量测解决复杂地表覆盖辐射通量遥感反演"真值"验证及空间尺度转换问题。发展了城市内部不透水、绿地等组分混合像元分解模型（见2014年Landscape and Urban Planning发表），刻画并表征城市内部结构三个尺度（功能区/覆盖组分/构造）时空特征（见2015年Journal of Geographical Sciences），揭示不同下垫面类型对地表辐射与热通量影响机理，定量区分不透水地表与绿地对地表潜热、显热通量贡献程度，剖析城市扩张动态内部结构演化对热调节功能影响互馈机理，核定服务于热调节功能的各功能区不透水地表与绿地组分调控阈值（见2015年Journal of Geophysical Research: Atmospheres发表）。本项目实施深化了城市化对生物地球物理过程影响的认知，有力推动城市生态学与空间规划链接与学科发展。.项目圆满完成研究目标任务和考核指标，第一标注在“Journal of Geophysical Research: Atmospheres”、“Landscape Ecology”、“Landscape and Urban Planning”共计发表SCI 6篇，其中IF>3 4篇。“城市高精度时空信息获取关键技术及应用示范（2016-01-02-16）”荣获2016年度国家测绘科技进步二等奖、“城市生态环境监测及管控关键技术研发与示范（KJ2015-2-08）”荣获2015年度国家环境保护科技奖二等奖，两项奖励均来自于本项目核心内容，个人和单位排名均为第一。入选地球观测与导航技术丛书出版《城市地表热环境遥感分析与生态调控》专著1部。研发的城市地表组分和辐射通量遥感模型系统在环境保护、城市规划领域、2022冬奥会和地震灾损评估等应用，获得中办采纳咨询报告1份。