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土地利用/土地覆盖(LandUseandLandCover)作为自然和社会的综合体,在整个地球系统特别是陆地表层系统中占据特殊的位置。本文以环渤海及邻近地区为研究区,分析沿海土地利用变化时空特征,以及由于土地利用变化引起的重点环境问题,如海岸线变迁、围填海压力、区域气候变化等。论文主要研究结论如下:
(1)20世纪80年代末至2010年,环渤海及邻近地区的土地利用动态总体上围绕着建设用地和耕地两方面进行;除城乡工矿建设用地比例递增外,其他各种土地利用类型的比例均呈递减变化,耕地为城乡工矿居民用地扩展贡献了63.54%的土地资源。
(2)20世纪80年代末至2012年环渤海及邻近地区的海岸线长度持续增加。天津市海岸线的长度变化最剧烈,其次为河北省,辽宁省和山东省海岸线变化强度相对比较低。围填海工程是研究区海岸线变化最主要原因,港口建设、围海养殖以及盐场建设对海岸线的影响分别占前三位。
环渤海及邻近地区海岸线的形状趋于复杂化,津冀区海岸线的分形维数变化比较剧烈,而辽宁省和山东省海岸线的分形维数则相对稳定。基于ArcInfo宏语言编程实现了局部海岸线动态对整体海岸线分形维数影响的定量化分析,比较了主要沿海工程对海岸线分形维数的影响。研究表明,在大多数情况下,局部海岸线长度增大(或缩减)会导致整体海岸线分形维数增大(或减小),并且呈正比例变化。
分析了环渤海及邻近地区围填海过程及其对沿海土地利用结构的影响。港口建设用海、围海养殖和盐田用海是近20多年环渤海及邻近地区地区最重要的用海类型。20世纪80年代末至2010年围填海为城乡工矿居民用地扩展累计提供了24.66%的土地来源;围海养殖占新增水库坑塘总面积的32.03%。
(3)基于气象观测数据分析了环渤海及邻近地区1980-2010年的气候变化背景。近30多年环渤海地区的年均温总体呈上升趋势,年降水总量总体保持稳定。基于Mann-Kendall趋势检验方法统计的区域升温幅度约为0.04℃/年;唐山至蓬莱市西南是沿海地区一个明显的升温带,升温幅度为0.05℃/年以上。沿海地区近30年的升温幅度为0.0431℃/年,内陆地区近30年的升温幅度为0.0395℃/年,沿海地区的升温幅度略高于内陆地区。
不同土地利用类型对升温的敏感性有差异,受人类活动干扰强烈区域的升温幅度较大,植被覆盖状况好的区域升幅度相对较小。在没有发生土地利用变化的区域,一级土地利用类型的增温幅度为城乡工矿居民用地>耕地>未利用地>水域>草地>林地。
土地利用变化对区域增温起到了推动作用。在沿海地区发生土地利用变化范围内的增温幅度为0.045℃/年,没有发生土地利用变化范围内的增温幅度为0.043℃/年,二者之差约为0.002℃/年。
(4)利用WRF气候模型,针对天津、唐山及其邻近地区的城镇化与围填海等土地利用变化对气候产生的影响进行了模拟和分析。基于温度观测数据验证,WRF气候模型温度模拟精度相对较高。20世纪80年代末至2010年土地利用变化引起研究区夏季白天温度升高0.12℃,夜间升高0.42℃,夜间增温相对白天强烈。
夏季白天土地利用变化对内陆地区温度影响相对不明显。受围填海影响,临海地区夏季白天升温比较突出,由于港口等工程建设使得海面消失,引起所在位置的温度变化均值为4.95℃,局部最高温度变化可达9.5℃。
土地利用变化对内陆与临海区域夏季夜间温度影响均比较强烈。夏季夜间温度由城市扩展主导,夜间温度升高区重点分布在大城市的周边,这与城市冠层对夜间长波辐射有较强截获有关。城乡工矿居民用地扩展区域的夏季夜间增温幅度大于1℃,而原有城乡工矿居民用地的夜间温度平均升高0.58℃,可见城市扩展对区域温度影响之剧烈。另外,耕地区夏季夜间升温也相对较大,为0.40℃。