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面向热岛强度削减的城乡建设用地动态模拟与空间治理路径研究

刘学  
【摘要】:中国正经历快速城镇化的进程,其表现为城市用地规模的迅速扩张。过于粗放的城市增长模式虽然促进了城市经济迅速发展,但也带来了一系列生态环境问题,其中城市热岛效应问题最为明显。城市热岛效应是指城市区域的温度高于乡村区域温度的现象,该现象存在于全球大多数城市。热岛效应的加剧破坏了城市的生态平衡、提高了制冷的能源消耗、对人类身体健康造成危害。一方面,在新型城镇化战略和生态文明建设的指导下,以北京市为代表的超大城市规划了未来建设用地规模减量、布局优化的战略任务,对建设用地提出了动态减量的新要求;另一方面,日益严重的城市热岛效应正在逐渐威胁着城市居民的生产、生活,亟需科学的指导思想减缓城市热岛效应。这此背景下,本文将城市热岛削减与建设用地动态减量有机结合,客观揭示城市热岛效应对土地利用/覆被变化的响应机制,科学划定建设用地动态减量分级区域以实现热岛削减和城市结构优化的目标。随后,形成面向城市热岛削减的建设用地动态减量(包括新增建设用地和存量建设用地核减)的系统空间治理路径。对我国构建可持续发展下的国土空间分布格局,实现建设用地布局优化与热环境缓解的战略目标有重要的理论指导和实践价值。本文首先阐述研究相关的背景、意义,辨析清楚本文的研究重点。随后,基于“驱动力-压力-状态-影响-响应”的分析框架剖析研究的核心问题,从五方面表达了城市用地变化和热环境变化间的交互作用关系。以北京市重点区域作为案例,借助谷歌地球引擎云平台、机器学习算法分析了北京市土地利用/覆被变化过程,并揭示了过去土地利用/覆被变化的其根本驱动力在于城市扩张和经济发展的需求;使用数据融合模型获取16年间城市热岛效应的时空变化特征;借助计量回归方法研究热岛效应对土地利用/覆被变化的响应机制;设定三种未来城市发展情景,开展面向城市热岛强度削减的建设用地动态减量模拟。随后,划定以削减热岛强度为目标的新增建设用地区域和建设用地核减区域,并提出“对象-要素-管控”的空间治理路径,形成可监测、可控制、可调整的空间治理体系。全文的主要结论如下:(1)大部分新增建设用地是以耕地被侵占和未利用的减少为代价。结果显示,1994-2018年研究区建设用地迅速扩张,其中1994-2012年增速逐渐上升,2012-2018年增速降低。扩张方式由前期的填充式和边缘式扩张向边缘式扩张和跳跃式扩张转变。整体来看,还是以“摊大饼”的方式进行建设用地扩张。此外,建设用地的主要扩张方向为东北、东部和东南部,而西部扩张速度十分缓慢。定性分析的结果显示,对经济发展的需求是城市土地利用/覆被产生巨大的根本驱动力。(2)土地利用/覆被变化是城市热岛强度变化的主要影响因素。首先数据融合模型的使用为形成长时序高空间分辨率的地表温度数据提供了准确算法。城市热岛效应的时空特征研究表明,北京市中心区域的热岛强度在2003-2018年间呈下降趋势,而周边区域的热岛强度呈上升趋势。空间聚类分析结果表明,中心区域的热岛强度属于高值区,而周边区域的热岛强度属于低值区。随后的地表温度对土地利用/覆被变化的响应机制研究表明,土地利用/覆被变化是城市热岛强度变化的主要驱动因素。(3)基于连续年份地表温度数据设置的2035年不同情景的热岛削减程度存在明显不同。2035年三种情景下的建设用地分布相较于2018年更为集中、连片。其原因在于核减的建设用地多位于远郊的分散的农居点和农村工矿用地,而新增建设用地则多位于存量建设用地边缘。就热岛削减效果而言,蔓延式发展情景(情景三)的热岛削减效果最好,规划导向的发展情景(情景一)次之,紧凑式发展情景(情景二)的热岛削减效果最差。(4)基于情景模拟结果,构建“对象-要素-管控”的空间治理路径。对新增建设用地区域和建设用地核减区域进行分区;随后,明确各分区内不同要素的空间配置方式;发动多元治理主体,共同参与面向热岛削减的建设用地动态减量的空间管控,以实现“监测-评价-预警-调整”的动态治理管控机制,形成可监测、可控制、可调整的空间治理体系。


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