京津唐都市圈近30年城市不透水表面增长的生态水文效应研究

城市是人类高强度利用土地驱动环境变化最突出的标志，城市土地覆盖变化尤其是不透水表面(Impervious Surface)增长引发的生态水文效应作为城市化与环境变化作用机理研究的关键内容，成为当前城市生态学领域关注的重要研究方向之一。以京津唐都市圈为例，引入遥感热探测与GIS方法刻画与分析1978年来城市不透水表面增长的变化过程与时空模式；耦合城市地表水热通量实验与生态系统水循环模型(DLEM)模拟城市不透水表面增长的生态水文效应。分析城市不透水表面空间增长对地表水热通量与水热平衡影响的基本特征；评价近30年来不同等级城市导致不透水表面增长对地表径流的影响与时空特征，定量区分气候变化、城市不透水表面增长以及城市热效应对地表径流影响的贡献作用。预测都市圈未来城市发展情景对城市不透水表面增长、地表水径流及水资源的影响程度。该研究将有力推动城市生态学发展，并为国家首都圈城市生态规划提供科学参考。

城市不透水表面增长引发的生态水文效应研究是当前城市生态学领域研究的重要研究内容。本项目以京津唐都市圈为例，通过构建城市不透水遥感反演模型并与GIS方法相结合，表征与分析了1978年以来城市不透水表面增长的变化过程与时空模式。通过开展的城市地表水热通量实验与生态系统水循环模型（DLEM）相耦合，模拟了城市不透水表面增长的生态水文效应。并对未来城市发展情景对城市不透水表面增长、地表水径流及水资源的影响程度进行了预测。对城市不透水表面增长的变化过程与时空模式研究发现，1979年-2010年京津唐城市群不透水地表面积增加最快的时段为21世纪初10年，增加速度最慢的时段为改革开放初期的1979-1990年；城市不透水地表增长呈现轴线扩张－内部填充交替出现的周期波动性态势，当受到新一轮国土开发战略的影响时，城市周边地区沿交通轴线大规模扩张，后续时段将开始以填充式集约增长为主；受到人口-资源-环境的压力与区域发展战略以及土地利用政策等的影响，21世纪该城市群呈现重心由特大中心城市向周边城市转移，近10年天津与唐山、秦皇岛、廊坊地区不透水地表增长速度加快；随着时间推移，城市绿地建设力度加大与低密度蔓延，城市扩张进程中不透水地表面积比例下降。城市不透水表面增长对地表水热通量影响研究发现，在相同的气象条件下，城市不透水地表与绿地比较，具有较高的反照率，地表温度，而且显热通量远远高于潜热通量；城市扩展过程引起的人工建筑不透水地表的增加，会加大城市地表显热通量和波文比，引起城市地表的升温。对城市不透水表面增长的生态水文效应研究发现，随着城市不透水地表增长，导致海河流域地表径流增加，减少地表蒸散发，但是随着北京城市周边绿地大规模出现，对于这一态势具有抑制作用。研究揭示了城市不透水表面增长对地表水热平衡的影响机制和作用机理，有力推动了城市生态学发展，可为首都圈城市生态规划及持续发展提供科学参考。研究成果为中国环境科学研究院及环境保护部卫星环境应用中心的相关研究提供了可靠的数据资料和参考信息，具有重要的应用价值。