静风高密度城市屋顶绿化缓解空气污染景观研究——以成都为例

摘要

随着工业化发展和城市化进程的推进，我国城市空气污染日益严重，污染范围逐步扩大。城市空气污染已经严重影响到了人们的健康和生活。静风高密度城市空气污染问题尤为突出。本研究应用地理信息技术(GIS)手段，基于景观生态学、环境科学、城市生态学的相关理论与数量学方法，以成都二环路内屋顶及其绿化为例，针对静风高密度城市空气污染现状，结合气候适应分析、景观指数计算及景观过程模拟，在城市尺度上探讨不同景观格局下屋顶生态空间对空气质量的影响。
　　主要研究成果及结论:首先，梳理我国静风高密度城市现状和发展趋势，基于城市化及静风趋势，将我国目前人口规模50万以上、累年年均风速小于2m/s且年主导风向为静风的城市界定为静风高密度城市。其次，运用google map成都市二环路内遥感影像和GIS技术，采用人工提取及数量化方法，获取并分析后得到成都市二环路内屋顶总面积1059.1hm2,占该区域面积的17.6％，屋顶绿化面积142.2hm2,绿化率13.4％，一、二环路之间屋顶绿化率明显高于一环路以内，城中心区域最低等基本数据。再者，在污染现状分析和主要降解途径贡献率计算的基础上，结合成都市绿地系统规划和热岛强度分布状况，探讨城市尺度下屋顶绿化系统气候适应性规划问题。得到规划方案并提出规划要点:为消除空气污染，布局应有利于城市通风;合理布局，利用热岛环流造风;利用屋顶绿化分散污染高浓度区域。第四，针对城市景观格局具有独特的空间结构和特点，基于“岛屿生物学理论”，论文有针对性地构建了三个测度城市屋顶景观格局的新指数:最小离地高度（MIH）、可达性指数(REAI)、阻力指数（R1）。探讨它们的生态学意义及取值范围，并进行实证检验。第五，通过对原有指数的筛选和新指数的构建，对所选景观指数进行相关性检验，最终确定由平均斑块边缘-面积比(P)、相对斑块面积(R)等8个指数构成城市屋顶景观格局指数体系。运用阻力指数（EI）定量计算结果，将城市屋顶规划为三个等级的绿化生态空间发展区，分步建设城市屋顶生态斑块网络。第六，尝试利用“源-汇”理论研究城市生态斑景观块格局与缓解城市空气污染景观过程间的关系。对源-汇斑块进行定量化描述，并基于最小累积阻力模型，建立评价景观过程的累积耗散阻力面模型。通过建立景观流阻力面，实现生态斑块降解空气污染物景观过程的模拟和计算。第七，利用累积耗散阻力面模型，分别模拟现状屋顶绿化、基于气候适应性及阻力指数评价规划后的屋顶绿化优化方案、以及屋顶全部绿化后的三种景观格局下，屋顶生态网络降解空气污染物的景观过程。结果表明，优化后的屋顶绿化景观格局在缓解空气污染方面取得了理想的效果。最后，在定量化计算和分析植被非生物环境因子的基础上，将成都市建成区屋顶分为优越型、典型型和粗放型三类。结合文献及现场调查，分别从植物种类、体型大小、根系深浅及各种抗性指标等方面制定植物选择标准，并推荐适宜乔木和灌木植物名录。研究成果有一定的理论意义和实践价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及课题来源

1．1．1 研究背景

1．1．2 课题来源

1．2 研究意义

1．2．1 理论意义

1．2．2 现实意义

1．3 研究目标及研究内容

1．3．1 主要研究目标

1．3．2 主要研究内容

1．4 研究方法及技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 研究思路及技术路线

第2章 相关概念界定及国内外研究综述

2．1 静风高密度城市的界定

2．1．1 静风城市

2．1．2 高密度城市

2．1．3 静风高密度城市的界定及其空气污染问题

2．2 国内外研究综述

2．2．1 屋顶绿化的概念

2．2．2 屋顶绿化研究

2．2．3 屋顶及其绿化现状调查方法研究

2．2．4 屋顶绿化植物选择研究

2．2．5 屋顶绿化缓解城市污染研究

2．3 景观与景观格局

2．3．1 景观及景观格局的概念

2．3．2 景观格局量化研究

第3章 屋顶及其绿化现状研究

3．1 研究区域概况

3．1．1 范围及区域自然状况

3．1．2 社会经济状况

3．1．3 绿地系统及屋顶绿化建设状况

3．2 研究的意义及方法

3．3 数据的获取与处理

3．3．1 研究范围及数据来源

3．3．2 数据处理及数字化

3．4 屋顶绿化现状研究结果

3．4．1 屋顶基本情况

3．4．2 屋顶绿化基本情况

3．4．3 建筑类型及屋顶高度单要素分析

3．4．4 屋顶高度与建筑类型组合要素分析

3．5 小结与讨论

第4章 缓解空气污染的屋顶绿化系统气候适应性规划

4．1 成都市空气污染现状分析研究

4．1．1 主要污染物浓度变化分析

4．1．2 污染类型及特点分析

4．2 成都市缓解空气污染主要途径及贡献研究

4．2．1 气流

4．2．2 湿清除

4．2．3 植物干清除

4．2．4 各途径缓解空气污染贡献估算

4．3 基于热环境和风环境改善的屋顶绿化规划

4．3．1 成都现行绿地系统规划的气候适应性分析

4．3．2 基于热环境和风环境改善的屋顶绿化系统规划

4．4 小结与讨论

第5章 屋顶及其绿化景观格局量化研究

5．1 屋顶及其绿化景观格局特点

5．2 景观格局指数的分类

5．3 屋顶绿化与岛屿生物学理论

5．4 基于岛屿生物学理论的屋顶景观格局指数体系构建

5．4．1 屋顶景观格局指数的选取

5．4．2 新景观指数的构建

5．4．3 指数的实证及相关性分析

5．4．4 城市屋顶景观格局指数体系使用说明

5．5 基于阻力指数的成都市二环路内屋顶斑块生态网络规划

5．5．1 中心斑块及缓冲区范围的确定

5．5．2 屋顶阻力指数计算及生态网络规划

5．6 小结与讨论

第6章 基于景观过程的屋顶绿化景观格局优化研究

6．1 源-汇理论概述

6．1．1 源-汇理论综述

6．1．2 源-汇理论与景观生态学

6．2 源汇的定量化描述

6．2．1 源的定量化描述

6．2．2 汇的定量化描述

6．3 城市生态斑块降解空气污染景观过程模拟方法研究

6．3．1 城市空气污染物消耗景观过程模型的建立

6．3．2 景观流阻力面的建立

6．4 源斑块污染强度研究

6．4．1 背景

6．4．2 道路线状斑块源

6．4．3 居住建筑斑块源

6．5 基于景观过程模拟的景观格局优化研究

6．5．1 研究方法和步骤

6．5．2 屋顶绿化景观格局优化

6．5．3 景观流阻力基面

6．5．4 景观过程模拟

6．5．5 屋顶绿化景观格局优化效益分析

6．6 小结与讨论

第7章 基于植被生存环境的植物选择研究

7．1 屋顶绿化植被生存环境研究

7．1．1 日照

7．1．2 温度

7．1．3 水分

7．1．4 风

7．1．5 土壤

7．2 成都市屋顶绿化现有植物生态习性分析

7．3 基于环境因子分析的成都市屋顶绿化植物选择

7．3．1 优越型

7．3．2 典型型

7．3．3 粗放型

7．4 分类选择屋顶绿化植物对降解空气污染的作用

7．5 小结与讨论

结论

致谢

参考文献

附录

攻读博士学位期间发表的论文及科研成果