城市群用地扩张演变下的植被NPP响应及其人类占用平衡情景模拟——以长江三角洲为例

With explicitness of urban development roadmap concerning urban agglomerations, urban expansion may exhibit complex trends in China. This has critical consequences of this expansion on terrestrial carbon cycle, especially on the net primary production (NPP). In particular,their theory, techniques and applied research are still on the initial stage, and thus may be one of crucial aspect in global carbon cycle. In this project, we will propose a cellular automata (CA) to simulate dynamics of urban agglomeration by introducing a accessibility model, to perform several scenario simulations for the impacts of urban sprawl/climate change on vegetation NPP, and to explore the dynamic equilibrium between human appropriation of net primary production (HANPP) and natural supply of vegetation NPP. The project aims to explore urban sprawl, climate change and their coupling effects on the carbon cycle. It may provide some theoretical and practical literatures for the mechanism and evolution of carbon balance, strategy of urban agglomeration development, as well as rational regulation of the carbon cycle.

随着以城市群为轴心的城镇化发展路线的明晰，我国的城市化及城市扩张将呈现更加复杂的变化趋势，这对陆地生态系统碳循环，尤其是对植被净第一性生产力（NPP）将产生重要影响。然而，这方面的理论、技术方法和实证研究目前尚处于初始阶段，是碳循环研究的重要方向之一。本项目以长江三角洲为研究案例，构建基于可达性模型和数据挖掘的城市群用地扩张元胞自动机（CA）模型，实现未来城市扩张演变及气候变化下植被NPP时空分布的情景模拟，深入探讨未来植被NPP的人类占用（HANPP）与自然供给之间的动态平衡演变趋势。本项目通过对城市扩张、气候变化、植被NPP及其耦合的时空变化的研究，揭示生态系统碳平衡演化机理，为我国制定城市群发展策略及实现区域碳平衡提供理论及实践支撑。

针对植被净第一性生产力（NPP）时空动态及自然条件、人类活动等驱动因子影响的不确定性问题，本项目开展了城市扩张、气候变化及其植被NPP时空响应方面研究，取得了一系列进展。通过将城市相互作用引入元胞自动机(CA)中，结合极限学习机（ELM），构建了ELM-CA模型，提高了城市扩张CA模型的模拟能力；利用嵌入规划目标的CA模型，探讨了CA模型在城市发展规划中的应用，模拟出有利于保护生态环境、促进紧凑发展的城市形态；分析了极端降水的时空变化及其驱动因子，为深入分析极端气候对植被NPP变化的影响提供基础；通过耦合2种气候降尺度方法、植被Biome-BGC模型和ELM-CA模型，探讨了未来城市扩张及气候变化下植被NPP的时空演变；探索了基于植被健康指数（VCI、TCI和VHI）来监测植被活动的动态变化。本项目研究成果为科学认识生态系统碳平衡演化机理，为我国制定城市发展策略及实现区域碳平衡提供重要的理论和实践支撑。本项目已发表论文6篇，其中，SCI收录论文3篇，EI收录论文1篇，CSCD收录论文2篇。另外，极端气候演变及其对植被NPP影响的部分研究成果论文正在审稿中。