面向低碳城市的生态用地综合分析方法及其空间调控模式研究

不同于城市建设用地，我国现行的城市土地建设、规划与管理体系对具有重要碳汇生态服务的生态用地缺乏必要而统一的分类和管理方法，城市建设用地的管理与生态用地的管理存在明显的不协调性,这造成城市生态（服务）用地不能得到有效利用和科学规划管理，使我国目前大力推行的低碳城市建设面临挑战。面向当前我国在向低碳城市（化）转型过程中对具有重要碳汇功能的生态用地管理方法与技术的重大需求，本项目拟在过去相关研究与实践的基础上，以国内外地学、城市生态学、城市土地规划与管理的理论与技术方法为依托，采用学科交叉的研究方法与技术手段，针对城市发展进程中生态用地的突出问题，以典型城市为例，探讨适合我国国情、面向低碳城市建设的生态用地分析与评价方法，揭示基于低碳城市发展的建设用地与生态用地相互协调机制，构建基于碳减排和增强碳汇生态功能协同的城市土地空间优化方法，为我国传统城市建设转型与低碳城市建设提供科学依据与技术方法。

我国现行的城市土地利用和规划中对生态用地的分类、辨识缺乏明确、统一、完善的方法体系，在一定程度上阻碍了生态用地的碳过程和配置优化的相关研究。为此，本项目针对典型城市问题（如热岛、热浪等），从城市用地的分类和辨识方法着手，采用遥感解译和现代测量技术手段，改进和发展了城市建设用地和生态用地边界的区分方法，建立了城市用地类型二维和三维数据库。本研究取得了以下方法上的成果：1）基于MODIS数据对北京城区热岛效应评估的研究；（2）一种基于Landsat8-OLI数据提取北京及周边水体的新方法；（3）一种城市数字表面模型的建模方法；（4）城市植被冠层异质性区划研究方法，并改进了冠层碳收支估算方法。在研究方法的基础上，本研究结合以上方法以及传统方法，选取典型案例城市，研究城市建设用地与生态用地的动态作用关系，构建基于低碳城市的建设用地-生态用地协调演化与优化分析模型，主要针对城市建筑的遮阴效应和热效应对毗邻生态用地的作用、城市硬化地表对毗邻绿地的水热交换过程的影响、城市绿地冠层异质性的环境响应特征开展研究。研究结果表明：（1）城市遮阴环境显著降低了光照强度，降低了夏季气温，使碳同化速率显著降低。人工构筑物遮阴与传统的冠层遮阴环境在光质和微气象环境上有明显差异，其碳同化速率也显著不同；同等光强度下建筑遮阴环境比冠层遮阴更有利于光合碳同化。（2）在构筑物-土壤微梯度上，建筑物南，东和西三个侧面在四季均为各自毗邻土壤的热源，建筑物北侧在秋、春和夏季对于其毗邻土壤是热源，在冬季则为热汇；在昼夜尺度上，建筑物对表层土壤温度的影响主要分为4个典型的时期。（3）多种冠层形态上均观察到明显的冠层异质性现象，且生态因子异质性相对稳定；利用冠层生态功能分区的方法能够有效解决单叶尺度指标放大到冠层尺度的尺度转换问题，并能有效减少冠层碳排放的估算误差，同时冠层功能分区有助于研究冠层结构和冠层指标空间变异。（4）绿化对夏季微气候环境降温的改善作用较好，温度的分布不能只单一的评价绿化率，而与植物类型、配置方式、建筑布局及朝向等因素有关；湿度在研究区内部分布差异不大，树木、草坪则和灌木全天湿度曲线接近，比沥青道路、碎石地和水泥地面高，中心花园对周围空气有良好的增湿作用。同时，本研究针对城市用地碳排放和微气候影响特征，从碳减排与碳增汇两方面提出了城市空间建设引导方案。