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上海市中心城区绿地生态网络演化多情景模拟及景观连接度评价
Multi-scenario Simulation and Landscape Connectivity Evaluation of the Evolution of Green Space Ecological Network in Central Urban Area of Shanghai
刘杰 胡国华 张浪*
全文刊登于《风景园林》2024年11期70-78页
/ 文章亮点 /
1、基于斑块生成 土地利用变化模拟（PLUS）模型，实现了对上海市中心城区绿地生态网络的多情景模拟预测，揭示了自然环境、社会经济、政策导引对城市绿地生态网络演化的作用规律。
2、选取 “景观连接度”作为城市绿地生态网络的关键测度指标，提出了一种针对城市绿地生态网络演化多情景的评价方法。该方法直观反映城市绿地生态网络的空间结构与功能特征，并能有效分析生态网络斑块的未来分级保护特征。
/ 作者简介 /
刘杰
女 / 博士 / 上海市园林科学规划研究院工程师 / 研究方向为城市绿地生态网络
胡国华
男 / 博士 / 华东师范大学地理科学学院副教授 / 研究方向为城市土地利用变化建模与可持续发展
张浪
男 / 博士，博士生导师 / 教授级高工（二级）/ 住房城乡建设部科学技术委员会园林绿化专委会副主任委员 / 城市生态园林国家林草局重点实验室主任 / 上海城市困难立地绿化工程技术研究中心主任 / 本刊编委 / 研究方向为生态园林规划设计与技术研究
/ 文章精华阅读 /
上海市中心城区绿地生态网络演化多情景模拟及景观连接度评价
Multi-scenario Simulation and Landscape Connectivity Evaluation of the Evolution of Green Space Ecological Network in Central Urban Area of Shanghai
摘要：【目的】通过对上海市中心城区未来用地进行多情景模拟，测度不同情景下绿地生态网络景观连接度变化，为未来城市生态空间优化提供依据。【方法】基于斑块生成土地利用变化模拟（patch generating land use simulation, PLUS）模型，对上海市中心城区绿地生态网络演化进行多情景模拟，并通过形态学空间格局分析（morphological spatial pattern analysis, MSPA）与景观连接度分析，探究未来不同情景下城市绿地生态网络结构性连接和功能性连接的差异。【结果】1）未来上海市中心城区不同情景下绿地面积均有不同幅度的减少，但在生态保护发展情景下，绿地面积的衰减速度得到有效控制；2）就结构性连接而言，生态保护发展情景下的绿地生态网络具有较好的廊道连通性，能够有效促进物种扩散和能量流动；3）就功能性连接而言，绿地生态网络重要斑块在多情景模拟中的空间分布基本一致，且斑块重要性指数（delta probability of connectivity, dPC）分布可为未来重要潜在源地斑块的统筹规划提供指导。【结论】生态保护发展情景可较好维持生态网络的连接度以及景观结构的稳定性，在未来的城市建设中，可通过政策调控及规划促进城市生态空间、城市绿地生态网络健康发展。
关键词：风景园林；绿地生态网络；土地利用模拟；PLUS模型；景观连接度；上海市
在人地矛盾突出的城市中心城区， 绿地生态网络的演化状态受人为干扰明显，难以形成绿地廊道网络结构，导致生态网络组分要素破碎化问题严峻，生态系统结构失衡，服务功能低效。利用 多要素驱动下的未来土地利用模拟技术模拟城市绿地生态网络演化，有利于得到更可靠的模拟结果，从而提高城市规划工作的前瞻性、科学性。另目前已有研究多将 景观连接度作为现状绿地生态网络结构与功能的测度指标，而将其 应用于指导未来城市绿地生态网络优化的研究相对缺乏。
本研究将 城市绿地生态网络演化与城市用地发展相耦合，基于PLUS模型模拟上海市中心城区2000—2020年的土地利用类型变化情景，预测2040年上海市中心城区的绿地生态网络空间布局；进而通过景观连接度分析，探究不同约束条件下城市绿地生态网络的结构性连接变化和功能性连接变化，为未来城市绿地生态网络优化和城市规划提供技术支撑与科学参考。
1 研究区概况和数据来源
1.1 研究区概况
上海市中心城区面积约664 km2，是上海市人口最密集、功能最复合、空间最聚集的区域，也是发挥城市效能、推进城市更新、提升公共服务水平和城市空间品质的核心区域。与城市建设用地以外的生态网络相比较， 中心城区绿地生态网络长期面临着人口经济与环境资源难以有效协调的问题，导致该区域更易出现较严重的斑块破碎化现象，网络连通性研究需求也更为迫切。
1.2 数据来源及预处理
本研究所使用的数据包括土地利用模拟基础数据和驱动因子数据两大类，基于ArcGIS平台，对原始数据进行投影变换、裁剪，并重采样为30 m×30 m的栅格数据。整合国内多种用地分类标准以及“上海2035”中对于上海市中心城区现状用地的分类，将研究区域内的土地利用类型重分类为七大类：耕地、草地、绿地、林地、湿地、不透水面、水域（图1）。
1 上海市中心城区2000、2020年用地类型分布
2 研究方法
基于2000、2020年的土地利用现状数据，筛选七大驱动因子，计算各类用地的适宜性概率；以2000年为基准年，基于PLUS模型模拟目标年2020年的土地利用情景，结合Kappa系数、总体精度，对比该模拟情景和2020年实际土地利用现状的空间一致性；在满足模拟精度的基础上，模拟不同约束条件下2040年的土地利用变化，并分别提取多情景下的城市绿地生态网络；采用景观连接度测度指标，评价城市绿地生态网络的结构性连接变化和功能性连接变化。
3 结果与分析
3.1 土地利用多情景模拟预测结果
对比2000、2020年现状与2040年模拟情景各土地利用类型的面积变化（表1，图2），发现耕地、水域模拟情景与上海市各类生态规划要求及需求相契合，进一步 表征了PLUS模型在实际规划和指导土地政策制定方面的应用价值。另外，2040年3种用地发展情景中绿地面积均有不同幅度的减少，但 生态保护情景下城市的开发建设程度有所减缓，绿地的衰减速度得到有效控制。
表1 土地利用模拟主要数据类别、格式及来源
2 研究区域2040年土地利用多情景模拟
3.2 多情景城市绿地生态网络景观连接度分析结果
3.2.1 结构连接度分析结果
研究发现，生态保护发展情景对于绿地生态源地具有良好的保护作用，使研究区域整体斑块破碎化程度有所缓解， 绿地生态网络具有更强的廊道连通性，这与桥接类和环道类边界效应强、异质性程度高的特征相一致。另外，选取城市绿地生态网络形态特征变化相对典型的4个局部区域，分析城市绿地生态网络源地斑块的面积与破碎化程度变化情况（图3）。
3 研究区域土地利用多情景MSPA形态分类空间分布
总的来说，上海市中心城区绿地生态网络有破碎化趋势，在未来的城市生态建设中，应当重点关注中心城区东南部以及浦东新区现状生态用地，在 保障数量、面积指标的基础上，优化生态空间结构，提高城市整体生态稳定性。
3.2.2 功能连接度分析结果
研究发现，城市化进程对城市绿地生态网络的功能连接度扰动较为严重，功能连接度显著下降（表3）。2040年，不同绿地生态网络发展情景下 重要斑块的空间分布及重要性基本一致（图4），该类斑块的生态基底较好， 未来城市发展中应重点保护；dPC较高的斑块对于提高未来绿地生态网络的连通性较为重要， 后续可以作为绿地生态网络构建的潜在源地斑块优先进行统筹规划。
表3 MSPA的形态分类及其生态学含义
4 多情景下斑块重要性指数分布
4 结论与展望
本研究主要得出3个方面的结论：
1）2000—2020年，在上海市中心城区，不透水面是主要用地类型，绿地面积锐减最为明显。相比于其他情景，2040年生态保护发展情景下绿地的衰减速度得到有效控制。
2）就结构性连接而言，生态保护发展情景下绿地生态网络具有较好的廊道连通性，网络结构相对稳定，但在不同发展情景下，绿地生态网络均有破碎化趋势。
3）就功能性连接而言，不同发展情景下的网络连接度显著下降，应通过政策调控进行分类规划引导，对现状重要斑块进行重点保护，对潜在源地斑块则需注重长远统筹。
未来研究可在拓展土地利用模拟模型的参数设置条件、深化景观连接度与廊道的关系、挖掘用地重分类方法及城市阶段发展特征等方面进行进一步探讨。
致谢：
感谢上海市园林科学规划研究院碳汇中心主任张桂莲、林科所副所长仲启铖为本研究提出的宝贵建议。
图表来源：
文中图表均由作者绘制，其中上海市中心城区边界信息来源于标准地图服务网站，审图号：沪S（2022）016号。
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完整深度阅读请参看《风景园林》2024年11期
文章编辑边紫琳
微信编辑刘芝若
微信校对刘昱霏
审核曹娟
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