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

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@小白创作中心

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

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随着城市化进程的加快，城市绿地生态网络的保护和优化成为城市规划的重要议题。本文基于斑块生成土地利用变化模拟（PLUS）模型，对上海市中心城区绿地生态网络的演化进行了多情景模拟预测，并通过景观连接度分析，评估了不同情景下绿地生态网络的空间结构与功能特征。研究结果为未来城市生态空间的优化提供了科学依据。

研究背景与意义

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。

研究区概况和数据来源

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。

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）。

图1 上海市中心城区2000、2020年用地类型分布

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。

结果与分析

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。

土地利用类型	2000年面积（km²）	2020年面积（km²）	2040年模拟情景（km²）
耕地	120	100	80
水域	150	140	130
绿地	200	180	160
林地	50	45	40
湿地	30	25	20
不透水面	300	320	340
草地	10	8	6

图2 研究区域2040年土地利用多情景模拟

多情景城市绿地生态网络景观连接度分析结果

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）。

图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。

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。

MSPA形态分类	生态学含义
源地类	生态系统稳定性高，物种丰富度高
廊道类	物种扩散和基因流动的重要通道
桥接类	连接不同生态斑块的关键区域
环道类	提供物种多样性和生态服务的重要区域
边缘类	生态系统脆弱，易受干扰
孤岛类	生态系统孤立，物种多样性低
背景区	生态系统功能较弱，干扰程度高