用城市生物多样性指数分析城市景观可持续发展外文翻译资料

 2022-12-22 17:45:59

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用城市生物多样性指数分析城市景观可持续发展

Shubhasmita Sahani amp; V. Raghavaswamy

摘要 城市化进程将自然景观转变为人为的城市景观。本文试图通过土地利用土地覆盖变化分析来评估城市增长模式，从而了解印度中部城镇--特伦甘纳邦的Khammam的时空城市动态。一组景观分析指标可用于分析增长模式，并大致分为两组--组合和配置。主要成分分析用于从景观分析中识别三个关键指标，即斑块数和边长以及拆分指数，同时另外两个指标基于专家意见的组成集合，即香农多样性和香农均匀度指数，以使该研究成为可能。城市生物多样性指数的二十三个指标大致分为三个核心组成部分，即城市本土生物多样性，提供的生态系统服务，以及CBI的治理和管理，以及五个适用于卫星数据数字解释的指标研究了城市公园与自然区域的比例，城市化水量或水量，自然保护区范围，公园和自然区域范围以及植被区域对环境降温的影响。研究表明，在Khammam中，CBI分析总分为20分中的8分，表明不可持续的生长，尽管各个LULC成分之间的趋势不同，因此研究个体模式至关重要。研究重点需要使用这些指标来指导中等城市城镇的发展，以替代大都市作为未来的增长引擎。

关键词 城市化 时空动力学 景观分析 生态系统服务 城市生物多样性指数 OSGIS

一、简介

城市化过程是指人为干预地理空间中自然景观的变化，在一定程度上，每个与特定土地类型相对应的土地单元，即自然土地覆盖，被人为的土地用途所取代，表明转换往往是不可逆转的。虽然城市化是经济发展的合乎逻辑的结果，并提供了提高生活水平的机会，但是，像印度这样的发展中国家的无计划的发展往往会导致各种不利问题，这些问题可能成为全球关注的焦点。城市增长和无计划的蔓延通常会导致景观格局发生巨大变化，导致生态系统功能发生变化（Turner 1989; Herold et al.2003），即生物多样性丧失，水资源短缺和污染以及空气质量恶化。城市扩张减少了景观组成的异质性，并通过生成各种土地利用和土地覆盖的大部分不透水的建筑表面来增加土地的碎片（Yeh and Huang 2009）。对城市土地利用区域的需求不断增长导致对邻近城乡地区的干扰或扩张。这一过程导致农业用地，湿地，灌木丛和森林下的土地转变为建筑用地，可用于住宅，工业或商业用途。因此，城市化过程将自然土地覆盖的连续斑块分割成较小的异质土地利用区域，这些土地利用视觉上是真实的卫星图像。这一过程也改变了次优栖息地中的本地植物物种的类型，由于时间的流逝，常常导致物种的流失。由于环境恶化导致的耐力能力下降。尚未成为城市但处于城市生态系统下游城市/城镇足迹的区域内的生态系统充满了水污染，空气污染等城市环境方面的负面影响，以及该地区非本土的外来物种的引入。因此，对于可持续城市发展，有必要确保该地区的增长与现有生物资源基础之间的平衡（Ramachandra等人，2012年）。可持续发展旨在通过不掠夺资源而保护和保护资源以满足下一代的需要来实现人类发展目标（Brundtland 1987）。1992年在里约热内卢举行的联合国环境与发展会议（环发会议）坚持将可持续性作为世界发展的首要目标，它应该适当影响世界大部分地区的城市化进程，尽管人类已经适当地缓慢回应它。

城市生态系统由生物和物理因素及其相互作用组成，然而，城市过程通过创造人造不透水表面来破坏自然环境。 McPherson等人的几项研究。（McPherson等人，1997），Eurosat（1995）已经表明，除了解决气候变化等人类面临的一些更紧迫的挑战之外，一个城市还可以提供维持生活质量，健康，安全和社会关系的生态系统服务，水，能源和安全灾难。可以说，城市引起的问题的解决方案可以在城市内部找到，尽管它需要有关城市区域的定量信息以及对城市结构和生物物理资源状态的正确理解。 这些资源对于城市规划者来说非常宝贵，可以优化城市规划过程并将这些资源用于可持续城市发展。

本研究的重点是分析城市土地利用的时空动态，并通过分析位于特伦甘纳邦的Khammam镇的城市生物多样性指数来了解生物物理状况。

Khammam是一个拥有超过1,84,000人口的三线城镇，位于Telangana首府海德拉巴州东北部，距离北纬17°15和东经80°10，距离超过200km。该地区的行政总部同名。 Khammam镇有一个名为市政限制区（ML）的核心区域，面积超过19km2，城市扩展称为规划限制（PL-area，用于城镇未来的城市发展），面积超过34km2，已被通知未来政府城乡规划局（DTCP）的发展。特伦甘娜根据2001年人口普查，Khammam的总人口为1,59,544人，到2011年已增加到超过1,84,252人。人口估计Khammam表明，到2031年人口可能增加到2,19,731人（Khammam总体规划报告，DTCP） 2009）。海德拉巴大都市区的影响以及公路和铁路连通性对于土地使用和新兴空间增长模式日益变化的Khammam镇的增长作出了重大贡献。它为位于Khammam区和Telangana地区的邻近农村地区提供医疗，教育和市场服务。

二、研究方法

地理空间技术领域的进步，即遥感和地理信息系统，使得能够监测和测量控制城市土地利用变化的各种驱动因素。技术工具为监测土地利用变化和规划其可持续发展提供了有效的基础（Chen et al.2000; Epstein et al.2002; Ji et al.2001; Lo and Yang 2002; Dietzel et al.2005）。近年来，由于人类活动的增加，土地利用土地覆盖（LULC）变化的研究已成为了解其时间动态的必要条件。根据IGBP（国际地圈生物圈计划），IGBP-ISRO（地球生物圈计划 - 印度空间研究组织），IHDP（国际人类发展计划）和联合国开发计划署（联合国开发计划署）开展的研究也侧重于LULC变化分析及其动力学。如前所述，除了观察空间，时间的变化外，规划者定量地理解城市结构和模式也同样重要。许多基于主要社会经济指标的技术和方法，如人口增长，通勤成本，就业变化和一些商业机构陈等人。2000; Han和He Han and He 1999）达到了上述目标。Aithaletal的研究。（2012）和Sudhiraetal。Sudhiraetal.2004已经表明，通过量化景观模式的景观指标有助于在数量和空间上理解城市景观。景观指标不仅有助于理解模式和结构，还可以深入了解现象中涉及的生态过程（ONeill等，1988; Bhatta，2010; Muller等，2010）。为了了解该镇生物物理资源的状况，进行了城市生物多样性指数（CBI）分析。

1.LULC制备和变化分析

从IRS系列2001（PAN，5.8-m空间分辨率），2006,2011和2015（LISS4,5.8-m空间分辨率）获得的卫星数据是通过从分散规划的天基信息支持（SIS-）获得的地面控制点进行地理参考的。DP）数据并投影到Erdas Imagine软件（Ver.2011）中的WGS 84数据和UTM投影。获得的RMSE误差lt;07。从AP（现在的Telangana）的城乡规划局（DTCP）办公室收集的Khammam镇总体规划图也使用图像控制进行地理编码和投影。此外，然后分别从图像中提取和更新基本地图和行政边界的空间层。然后使用ArcGIS软件中的连接函数工具（Ver.10.3）将人口统计数据（人口）标记到管理空间层。通过考虑城镇的发展，研究区域被划分。它包括市政限制（ML）19km2，规划限制（PL）15km2，以及城镇周边162公里的城市周边地区（PUA）。总研究区域面积为196km2。

利用2006年的卫星图像，解释了Khammam Town的土地利用和覆盖，并使用ArcGIS中的Arc Edit Tool提取了矢量。然后将土地利用向量叠加在2001年，2011年和2015年的卫星图像上，以执行Blayer减法和加法函数，以便为2001年，2011年和2015年的Khammam镇生成LULC。使用视觉提取技术检查变化，减法和/或添加过程是在发生变化的口袋中进行的。因此，制备了基于NRSC 2006的分类细节的1级LULC图。各种类别，即建成区，农业用地，灌木林地，植被覆盖，湿地，水体和空地被解释和绘制。随后，它们被修剪，遵守行政边界，并提取了Khammam ML，PL和Peri-Urban Area（PUA）的相关统计数据。最后，土地利用和覆盖类别用于承载土地使用并覆盖ML，PL和PUA的变化。然后使用变化分析来评估造成Khammam镇空间时间土地利用动态的原因。

2.景观分析

Forman和Godron（1986）将景观定义为一个异质的土地区域，由一系列相互作用的生态系统组成，这些生态系统在一个区域内以类似的形式重复出现。随着时间的推移，如果分析给定的景观，可以认识到景观组成部分之间的相互关系的复杂模式发展。可以使用景观分析来研究这种动态的景观模式。可以使用LA研究这种动态的景观模式。一些作者使用了特定的方法，其中生成空间度量以研究具有潜在社会，经济和政治过程的城市化的动态模式（Jenerette和Potere 2010）。其他人，即Gibert和Sanchez-Marre（Gibert和Sanchez-Marre 2011），Rossi和Halder（2010），Ramachandra等人。（2012）和Bharath等人（2012）已经证实，除了斑块，形状和复杂性分析等景观指标外，时空数据将有助于理解和评估景观动态的时空格局。必须采取适当的土地管理措施。

为了理解城市土地利用的聚集和压缩过程，为TSA生成了景观指数。 通过使用LecoS中提供的LA工具（景观生态统计），使用七个离散的土地利用类别来获得“空间指数”或“景观指标”（https://conservationecology.wordpress.com/qgisplugins-and-scripts/ lecos-land-cover-statistics/）Quantum GIS的开源插件。 随后，为了减少指数中的多重共线性，通过使用FactoMineR包在R中进行PCA。 有关PCA及其结果的详细信息，请参见结果和讨论的“LandscapeAnalysis”部分。

城市化进程将自然景观转变为人为的城市景观。通常，城市化不会在单向上发生。 它的过程在不同的时间点和增长率上向不同方向传播城市发展。为了理解不同方向的城市动态并进行详细分析，TSA分为四个象限，即NW，NE，SW和SE。此外，为所有四个象限生成景观指数（斑块，密度，边长等），并进行景观分析。

通过改进，人类和自然环境都将从可持续发展中获益（Dizdaroglu等人，2010）。可持续城市生态系统服务带来的好处可能与经济，社会和健康有关。了解城市生态系统及其现状有助于规划者计划实现可持续城市化的目标（Bolundand Hunhammar 1999），因为它研究提供解决方案来管理与城市和环境相关的问题。可持续性评估可以通过应用从指标到综合模型的不同方法和工具来进行（Dizdaroglu等人，2010）。为评估城市地区可持续性而开发的一种方法是新加坡指数或称为城市生物多样性指数（CBI）。 2012年在印度海德拉巴举行的缔约方委员会（COP）会议期间审议了同样的情况.Italso已成为2012年COP-CBI会议。其主要重点是对一个地理实体镇/城市进行空间分析和测量。它是一种工具，旨在使城市能够监测和评估与保护和加强生物多样性和生态系统服务有关的进展和绩效。在了解其可持续发展轨迹的城市环境中，捕捉生物多样性和生态系统服务的现状和趋势非常重要（Ryo等人，2013年）。

Khammam Town及其PL的CBI计算在2015年。从2015年IRS卫星图像（LISS IV，5.8 m）解释的LULC与Google Earth数据一起使用。由于此处选择的数据特定于基于地球观测（EO）的卫星图像，因此，总共23个指标（城市原生生物多样性中的10个指标，生态系统服务中的4个指标，城市生物多样性的治理与管理中的9个指标）- 五个指标，即（i）城市PNAC中自然区域的比例，（ii）城市PPNAC中受保护自然区域的比例，（iii）水量RQW的调节，（vi）碳研究了植被CSCEV和（v）公园休闲区与自然区RAPNA的储存和降温效果。详细情况见表2.在目前的研究中，由于Khammam（I类）城镇的地理区域（34 km2）覆盖，采用了视觉解释技术，以更准确地计算指标的价值。

这些自然区域受到政府规章制度的保护。它表明了该市对保护其生物多样性的承诺。 可以从总体规划报告和研究区域的管理边界导出或提取关于PPNAC的信息。但是，经审查，发现当前研究区域的总体规划报告中没有报告这些区域。因此，该城市没有任何这样的受保护自然区域，指标PPNAC不适用于当前的研究。

3.城市自然面积比例

自然区域包括对生态系统很重要且不受人为干预影响的区域，即天然林，红树林，淡水沼泽，天然草原和水体。 没有考虑人造公园，高尔夫球场和路边人工林。 然而，仅考虑恢复和归化区域，即湖泊/池塘，并且在研究区域的城市区域内靠近湖泊的湿地被保存为用于分析和确定分数的单独层。

4.植被碳储存与降温效应

由于水蒸气的释放，植被通过碳储存和冷却来调节气候。树木的冠层覆盖被认为是CBI中生态系统服务下碳封存和储存的间接措施。作为天然碳螯合剂的植物在光合作用期间从大气中捕获二氧化碳，并

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