基于“H-E-V”框架的城市洪涝风险评估研究进展

在全球气候变化与城市扩张的背景下,城市洪涝问题频发并引发严重的社会问题与经济损失。当前城市洪涝管理的主要内容已从工程性防御性措施转向洪涝风险管理,而城市洪涝风险评估又是城市洪涝管理的关键环节。基于此背景,论文首先介绍了IPCC采纳的城市洪涝风险评估框架“危险性(Hazard)—暴露性(Exposure)—脆弱性(Vulnerability)”即“H-E-V”的概念内涵,在此基础上梳理了其危险性、暴露性、脆弱性3大要素的主要研究内容,探讨分析不同研究方法的优缺点。最后提出了城市洪涝风险评估的主要发展趋势及关键问题,主要有以下4个方面：①危险性方面,建立适应于城市地区的耦合型二维洪涝淹没模型是洪涝风险评估要求下的必然趋势;②暴露性分析在大数据及GIS技术支撑下正逐步精细化、动态化;③脆弱性正从早期侧重的物理维度定量评估转向社会、经济、文化、环境等多维度的评估;④此外,气候变化与城市扩张下的多情景城市洪涝风险评估是未来城市洪涝管理的研究热点与难题。     

城市化对极端高温事件影响研究进展

目前有关城市热岛效应的时空分布特征及其对气温变化趋势的影响已有大量研究,但对于极端高温—热岛效应相互作用、城市化对高温热胁迫及其健康后果的影响等研究还不够深入,在进行未来气候变化预估时也很少考虑城市的影响。在气候变化、中国城市化快速发展和人口老龄化的背景下,这将严重低估城市未来的变暖幅度以及城市极端高温的健康风险。随着近年来气候变暖所导致的高温热浪事件频发,城市化对极端高温事件的影响引起了广泛关注。本文对国内外陆续开展的城市热岛效应影响极端高温及其长期趋势的观测事实、城市极端高温数值模拟、城市高温期间超额死亡率的流行病学研究等方面所取得的成果进行了系统性的总结和评述。大部分观测和数值模拟研究都发现,城市热岛效应加剧了城市极端高温发生的范围和强度,增加了城市居民的高温健康风险,对城市极端高温的长期上升趋势也有重要贡献;流行病学研究表明,城市化引起的热岛效应对极端高温期间的死亡率有着重要影响。最后,对城市化影响极端高温未来的研究方向进行了探讨。     

城市暴雨积涝灾害风险突增效应研究进展

城市暴雨积涝风险突增效应研究对揭示此类风险与人类活动所导致的城市化过程的关系,及用于城市地区灾害风险识别及风险预警均有重要价值。本文从城市因素(地表粗糙度、气溶胶及城市热岛等)影响城市地区降水过程,以及城市地区土地利用和土地覆盖变化(LUCC)影响城市地表水文反应过程2个方面综合论述风险突增效应研究的进展及主要结论。在研究方法上,总结了现有文献所用的暴雨危险性的主要评估模型,认为暴雨危险性计算需要结合雨强及暴雨持续时间。城市地表对暴雨积涝的敏感性分析需借助城市水文模型;在模型分析过程中,应注重雨量数据的有效性,以及城市排水管网、土地利用和土地覆盖等资料的可获取性及概化。为定量评估城市暴雨积涝风险突增效应,需要使用更高时空分辨率的数据资料分析暴雨危险性特征,通过细化及发展城市水文模型,完成敏感性实验分析;在此基础上,综合危险性及敏感性特征,评估城市地区暴雨积涝风险,揭示暴雨积涝风险在城市地区的空间分布差异及风险突增效应。相关成果可用于城市暴雨积涝的风险识别、评估、预警及风险管理。     

地温示踪地表暖化过程中的气候变化和城市热岛效应

对日本熊本平原城区和郊区28口观测井温度进行测量,利用一维非稳定水－热流运移方程解析解反演地表温度变化率,同时与研究区域7个气象站气温数据进行对比验证。结果表明：1987－2012年研究区域城区地表温度增加1.51°C,近地表气温增加1.13°C;郊区地表温度增加0.81°C,近地表气温增加0.59°C。研究区域气候变化和城市热岛效应对地表暖化过程的贡献率基本一致,通过对城区和郊区地温进行测量分析,能有效量化区分两者对地表暖化过程的影响。     

Climate change and multi-dimensional sustainable urbanization

Global large-scale urbanization and climate change have become indisputable scientific facts yet are unresolved issues, and are a common concern for mankind. The relationship between these two topics is unclear and it is not known how to deal appropriately at the scientific level with climate change in the process of urbanization. Further exploration of the science, management and practice, are needed to achieve global and regional sustainadevelopment. This paper first considers the basic facts concerning mass urbanization and climate change and summarizes the interactions and possible mechanisms of urbanization and climate change. Urbanization leads to the heat island effect, an uneven distribution of precipitation and extreme weather, together with a local-regional-global multi-scale superposition effect, which aggravates the consequences of global climate change. The impact of climate change on urbanization is mainly manifested in aspects such as changes of energy consumption, mortality, and the spread of infectious diseases, sea level rise, extreme weather damage to infrastructure, and water shortages. This paper also briefly reviews relevant international research programs and action coalitions and puts forward an analysis framework multi-dimensional sustainable urbanization which can adapt to and mitigate climate change, from the perspective of the four key dimensions—population, land use, economy, and society. It is imperative that we strengthen the interdisciplinary activities involving the natural and social sciences, take urbanization and other human activities into consideration of the land-atmosphere system, and explore the human-land-atmosphere coupling process. The adaptation and mitigation from the perspective of human activities, as represented by urbanization, might be the most critical and realistic way to deal with climate change.     

北京地区汛期降雨时空演变特征及城市化影响研究

近年来伴随着城市化的快速发展,世界各大城市汛期极端降雨事件频发,洪涝造成的社会经济损失日益严重,在此背景下,分析中国首都北京各城市化阶段汛期降雨变化显得非常有必要。论文基于30个雨量站1963—2012年汛期降雨资料,运用线性回归、滑动平均以及ArcGIS空间分析等方法对北京汛期降雨时空特征进行分析,通过对比城区和近郊区汛期降雨之间的差异来研究城市化对汛期降雨特征的影响,同时利用北京不同城市化阶段土地利用数据分析了城市下垫面变化对降雨的影响,得出以下主要结论：① 北京各区域汛期降雨时间上整体呈现下降趋势,空间上整体表现为由东向西呈逐渐减小的趋势。② 北京山区最容易发生小雨和中雨;城区则更容易发生中雨以上等级降雨事件,特别是暴雨和大暴雨;近郊区发生小雨和中雨概率与城区接近,但大雨以上等级降雨事件发生可能性小于城区;远郊发生各等级降雨事件的可能性均较大。③ 相对于北部近郊而言,在不同城市化发展阶段,城区降雨比南部近郊更大,但城市化增雨效应在城区与北部近郊之间也有所体现。④ 随着城市化的发展,北京城区和郊区城镇建设用地面积持续增长,原有下垫面条件被改变;由于城区城市化进程比近郊区更快,下垫面条件的改变使得城区汛期降雨量大于近郊区,且更易发生大雨以上等级降雨事件。     

气候变化与多维度可持续城市化

全球大规模城市化和气候变化已是不争的事实,这是全人类需要共同面对和关注的突出问题。当前对于两者之间的复杂关系以及城市化进程如何科学应对气候变化并不清晰,从科学、管理到实践都需要进一步加强探究,以实现全球和区域可持续发展。本文首先给出全球大规模城市化和气候变化发生的基本事实,综述归纳城市化与气候变化的相互影响以及可能机制,城市化导致热岛效应、降水分配不均以及极端天气,并具有局地—区域—全球多尺度叠加效应,加剧了全球气候变化问题;气候变化对城市化的影响主要表现为能源消费变化、死亡率与传染病传播、海平面上升、极端天气对基础设施的破坏、水资源短缺等方面。简要梳理相关的国际研究和行动联盟,从城市化的4个关键维度：人口、土地、经济和社会视角出发,提出适应与减缓气候变化的多维度可持续城市化的分析框架。呼吁加强自然与人文学科交叉,将城市化等人类活动纳入地—气系统,探究人—地—气复杂耦合过程,从城市化为代表的人类活动角度的适应与减缓,或许是应对气候变化的最关键和最现实的路径。     

2011曼谷水灾与广州重大水灾对比分析

广州与曼谷都是沿海城市,历来受水灾侵扰,2011曼谷水灾损失严重,给亚洲城市敲响防洪警钟。文中通过对曼谷地理条件、气候变化、海平面上升和地面下沉等因素的分析,对比2011曼谷洪灾与广州重大水灾的成灾机制,认为广州不会重蹈曼谷数月浸淹式水灾的覆辙;但今后的防洪规划需具有全面性和前瞻性,充分考虑全球气候变化和城市化带来的影响。建议广州排水管网规划考虑城市化对微观地貌的改变,提高城市集水区排水容量和标准;顺应广州自然地势,合理利用湿地排水功能,将湿地纳入防洪体系。     

High rates of forest loss and turnover obscured by classical landscape measures

Loss of native forest is a key conservation concern globally, for reasons of biodiversity, climate change and ecosystem services. Landscape measures are used widely to characterize forest loss and associated landscape structure, but often without regard for structure imposed by the data used, and associated assumptions. Notably, forest loss is often expressed simply as net change in forest cover over time, but this approach does not account for turnover (i.e. the gross losses and gains of forest). It also ignores forest age (e.g. young regrowth forest or mature forest), which is significant in conservation terms. We investigate the effects of removing common data constraints on landscape characterization, as typically used in landscape dynamic analyses. We produced fine-resolution (0.0225 ha) classified maps from satellite imagery of the temperate Araucanía Region of Chile, for 1986, 1999 and 2008. We calculated areas of land-use classes and associated landscape indices. Landscape measures and trends through time varied markedly around the region, with forest loss and fragmentation confined to areas not designated as protected. Net (‘headline’) figures masked very large turnover through time, with about 30% of unprotected land switching land use each decade. Accounting for this, in unprotected areas the loss of established native forest was 2.4% and 3.5% per year in the two time periods, much higher than equivalent ‘standard’ figures. Using finer-resolution data increased estimates of native forest loss and reversed temporal trends in patch density and mean patch size, compared with the commonly-used National Vegetation Classification (6.25 and 4.5 ha resolution). Interestingly, mean patch size of native forest actually switched, from a decreasing trend to an increasing one, with continued deforestation. We conclude that landscape characterization can lead to effective conservation practices, but it is necessary to use appropriate data resolution, define the data domain carefully and examine change through time, including the degree of dynamism (turnover) within the landscape: our results suggest a strong need to consider continuity of forest cover as well as overall totals.     

基于OWA-GIS的巢湖流域洪涝灾害风险评价

随着全球气候变化和城市化进程加快,洪涝灾害的灾情日益严重。在流域风险识别的基础上,从致灾因子、孕灾环境、承灾体和防灾减灾能力4个方面选取评价指标,建立评价指标体系。运用层次分析法确定指标的准则权重,基于有序加权平均法（OWA）计算指标的次序权重;构建OWA-GIS洪涝灾害风险评价模型,对巢湖流域洪涝灾害风险进行评价。研究表明：巢湖流域的东南部洪涝灾害风险较大,特别是庐江、无为、居巢区、和县等地。低风险区主要分布在巢湖流域的西南部、西北部和北部,舒城、肥西、肥东县风险低。随着决策系数的增大,决策者的态度由乐观到悲观,得到的风险值也越来越大。基于OWA-GIS的洪涝灾害风险评价是一种情景分析,评价不同决策态度下的风险状况,可拟定更多的复合情景,预测未来某种自然及经济条件下和不同决策态度下的风险,为区域制定规划和灾害风险管理提供科学依据。     

全球气候变化背景下基于土地利用的人类活动对城市热环境变化归因分析——以京津冀城市群为例

近年来全球气候变化已经影响到人类生活的所有地区,气候系统变化的规模和现状是数千年来前所未有的。与此同时,中国城镇化进程显著加快,尤其以城市建设用地扩张主导的土地城镇化最为突出,导致城市热环境脆弱性加剧。已有研究探索了特定类型土地利用变化对于城市热环境的影响,但忽视了全球气候变化背景下自然气候和人类活动共同作用城市热环境变化的双重过程。因此,本研究提出一种基于土地利用类型的城市热环境变化贡献度算法,旨在厘清自然气候（表征为土地利用平均温度变化）和人类活动（表征为土地利用类型转变）对于区域热环境变化的单独贡献。本研究使用中分辨率成像光谱仪（Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）地表温度及发射率数据,定量计算2005—2020年四季和昼夜京津冀城市群各城市土地利用类型平均温度和面积变化对于城市热环境变化的分别贡献。该算法计算各城市四季和昼夜地表温度变化与MODIS LST产品误差在1 K以内。2005—2020年各城市地表平均温度大多数呈增长态势,其中冬季白天增温幅度最高。耕地、城市建设用地和农村居民点对城市热环境变化的贡献度较其他土地利用类型突出。京津冀城市群中各城市人类活动对城市热环境变化的单位贡献强度远高于自然气候（4.03~648.07倍）,而人类活动的贡献总量（-0.25~0.92 K）低于自然气候（-2.40~6.50 K）。研究结果对于京津冀城市群空间协同发展和适应及减缓气候变化等具有重要的科学意义和实践价值。     

土地集约利用与城市化相互作用的定量研究——以中国三大城市群为例

基于京津冀、长三角和珠三角三大城市群2007-2013年土地集约利用与城市化水平的测度,运用协整检验、脉冲响应和方差分解等计量方法,对其城市化与土地集约利用的动态关系和相互作用强度进行研究。结果表明：三大城市群土地集约利用与城市化水平之间存在长期的正向促进作用,但作用强度不同;城市化对土地集约利用的作用强度表现为京津冀>珠三角>长三角,而土地集约利用对城市化的作用强度则表现为长三角>京津冀>珠三角;京津冀和珠三角城市群应在城市化进程中加强城市土地的内涵挖潜,而长三角城市群应逐步调整和优化城市发展模式,从而实现三大城市群城市化与土地集约利用的协同发展。     

全球气候变化背景下海岸洪水灾害风险评估研究进展与展望

全球气候变化背景下,海平面上升以及高潮位和风暴潮引起的极值水位导致的海岸洪水对沿海社会经济和自然环境造成巨大影响,已是国内外关注的重点。论文梳理了广义和狭义海岸洪水的定义和要素,重点阐述了狭义海岸洪水的组成部分,从致灾因子、孕灾环境和承灾体以及风险评估方法与模型3个方面,系统总结了相关研究方法与研究成果的主要进展,以及存在的主要问题,并透视了未来拟加强的研究方向。建议加强沿海地区应对全球气候变化风险的研究,包括全球气候变化下多致灾因子耦合危险性和不确定性研究,沿海关键地区和关键暴露(关键基础设施)的风险评估研究,全球气候变化风险适应与减缓性措施的成本效益评价研究,提高沿海地区应对全球气候变化风险的韧性研究,以及建立多学科间的基础数据共享机制,采用交叉学科手段以便更综合、系统、动态研究海岸带问题,保障沿海地区开展全球气候变化下风险评估的需要。     

远程耦合视角下的土地利用/覆被变化解释

传统的土地利用覆被/变化驱动力研究在很大程度上并未充分考虑远距离相互作用的影响,对全球化世界中由远距离相互作用驱动的土地利用/覆被变化日益缺乏解释力。鉴于此,本文旨在将远程耦合（Telecoupling）理论框架引入到土地利用/覆被变化的动力机制研究中来。在概述土地利用/覆被变化驱动力研究的基础上,从驱动力背景的变化出发,切入远程耦合框架的介绍,并基于此给出远距离相互作用驱动土地利用/覆被变化的经验证据;认为远程连接、全球化和城市化是远距离相互作用驱动土地利用/覆被变化的3种主要形式;进而提出建立“时—空—事”三位一体的土地利用/覆被变化解析路径、土地利用/覆被变化的近远程驱动力分解和基于网络的跨系统综合研究是土地利用覆被/变化驱动力研究中应用远程耦合框架的重点内容。     

Land use and climate change on the Yamal Peninsula of north-west Siberia: some ecological and socio-economic implications

Compared to climate, land use change is expected to comprise a more important component of global change in the coming decades. However, climate is anticipated to supass land use as a factor later in the next century, particularly in the Arctic. Discussed here are the implications of land use and climate change on the Yamal peninsula of north-west Siberia, homeland of the Yamal Nenets. Since the discovery of super-giant natural gas fields in the 1960s, extensive exploration has resulted in direct withdrawal of large areas for infrastructure development and associated disturbance regimes have led to cumulative impacts on thousands of additional hectares of land. The land withdrawals have pushed a relatively consistent or increasing number of reindeer onto progressively smaller parcels of pasture. This has led to excessive grazing and trampling of lichens, bryophytes and shrubs and, in many areas, erosion of sandy soils via deflation. The low Arctic tundra lies entirely within the continuous permafrost zone and ice-rich substrates are widespread. One implication of this is that both anthropogenic and zoogenic distubance regimes may easily initiate thermokarst and aeolian rosion, leading to significant further losses of pastures. Even without industrial distubance, a slight change of the climate would result in massive thermokarst erosion. This would have negative consequences equal to or greater than the mechanical distubances described above. The synergistic effects of land use coupled with climate, change therefore have profound implication for the ecosystems of Yamal, as well as the future of the Nenets culture, society and economy.     

基于EOF分解的辽宁省城市化气候效应检测

论文利用1961—2017年逐日气象数据以及社会经济数据,构建新的城市化指标,分析了城市化对辽宁气候变化的影响。研究表明:辽宁省气温呈显著增加趋势,国家站增温速率明显快于乡村站;城市化对平均最低气温影响最显著,平均气温次之,平均最高气温相对较弱;就四季而言,秋季城市化影响贡献率最大,冬季和夏季次之,春季相对较小。空间分布上,城市化影响高值区位于辽宁中部和西部地区,与辽宁省城市化发展水平基本吻合,城市化对气温的影响不是单一的,对于多数地区尤其是沈阳、大连等经济发展水平较高的地区,起到增温作用,但也对少数台站的升温起到了抑制作用。气温指标中,城市化对年和四季平均气温的影响最显著,对应模态均是第一模态,方差贡献率均在89%以上,空间相关性均通过显著性检验,其次是平均最低气温和日较差;季节变化特征上,冬季和春季的增温相对于秋季和夏季明显。降水指标基本对应第二模态,方差贡献率在9%~18%之间,城市化对气温的影响强于降水;结合时间系数,城市化效应表现为春季和冬季降水、大雨和暴雨日数略有增加,年、夏季、秋季降水、小雨、中雨日数减少。城市化对降水的影响表现出两面性,一方面使年降水和小量级降水减少,另一方面又使极端降水事件增多。     

1973—2015年努尔苏丹气温变化与城市热岛效应

基于1973—2015年努尔苏丹市和阿科尔镇逐日气温数据,以及努尔苏丹2000—2015年城市发展数据,采用回归分析、七点二次平滑、Mann-Kendall突变检验、滑动T检验等分析方法研究了该区域气温和城市热岛强度的变化特征及成因.结果表明:(1)在同期北半球和中亚地区气温显著增长的大背景下,努尔苏丹年平均气温并无显...     

Different times,same story: Native forest loss and landscape homogenization in three physiographical areas of south-central of Chile

Temperate forest represents the smallest area among the main world's forest biomes, but is one of those most threatened by forest loss. Chile contains most of the temperate forest in South America and more than half of the temperate forest in the southern hemisphere. Chilean temperate forest is considered to be one of the world's biodiversity hotspots. In this study we assessed the rate of land use and land cover (LULC) change over time, identified the main LULCs replacing native forest, and described how changes have evolved in contrasting physiographical conditions and through different historical phases of the landscape over the last 40 years. To achieve this, we analysed LULC change with particular focus on forest cover in three areas representing different physiographical conditions and histories of human occupation in the Araucanía Region of Chile, namely the Central Valley, the Coastal range, and the Andean range. We found substantial differences in temporal and intra-regional patterns of forest loss and LULC change. In the Central Valley, forest loss started long ago, and the area occupied by native forest nowadays is less than 5% of the landscape. In the Coastal range, rapid land cover change has taken place since 1973, with an increasing rate of forest loss over time. We detected a similar but less intense pattern in the forests of the Andean range. Overall, the general pattern points to a process of landscape homogenization in all three physiographical areas. Exotic tree plantations have spread over large geographical areas, becoming the dominant land cover. Land cover change in the Araucanía Region reflects a model of change in which areas with better environmental conditions and accessibility are occupied first for productive activities. As the availability of suitable areas for the expansion of productive activities diminishes, these activities start to move into physiographical areas which were previously “protected” by adverse environmental conditions or poor accessibility. This model of production growth could lead to the complete deforestation of areas outside national protected areas, and other areas which still remain inaccessible due to technological restrictions on exploitation.     

1961~2010年中国农业洪旱灾害时空特征、成因及影响

搜集并分析了全国29个省份（不包括港、澳、台地区）1961~2010年农业洪旱灾害数据,深入探讨了中国洪旱灾害时空变异规律及其对粮食产量的影响。研究结果表明：中国大部分省份农业洪涝、干旱灾害具有明显的突变和趋势特征。中国中部、中西部及西北部洪涝灾害呈显著上升趋势;西北、东北地区及云南等地区干旱灾害呈显著上升趋势。除华北和东北地区外,洪涝灾害对农业的威胁日益严峻,而干旱灾害则无显著变化。这对中国粮食安全形成了重大挑战,尤其是西部以及北部地区粮食灾损率和灾损量显著上升。降水时空分布发生变化以及人类活动共同影响了中国农业洪涝、干旱时空变化特征。     

基于RS和GIS的城市化进程中河道时空演变分析——以深圳市布吉河为例

为研究城市化对城市河道的影响,论文选择处于粤港澳大湾区的典型高度城市化流域布吉河流域为研究区,基于1988-2015年10期Landsat系列遥感影像、2003-2017年9期Google Earth高分辨率遥感影像、2019年深圳市水系图以及1980年以来的河道整治相关文献,应用RS和GIS技术,构建城市河道演变特征...