陳艷梅 ,高吉喜 ,年 蔚 ,張 璐,馮朝陽 * (.河北師范大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,河北省環(huán)境變化遙感識別技術(shù)創(chuàng)新中心,河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室,河北 石家莊 0500；.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境衛(wèi)星應(yīng)用中心,北京 0009；.秦皇島市經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)第四中學(xué),河北 秦皇島 06600；.中國環(huán)境科學(xué)研究院生態(tài)所,北京 000)

生態(tài)廊道緣于綠帶、綠道、廊道等,作為溝通自然生態(tài)空間和人類集聚區(qū)的橋梁,已成為保障人居環(huán)境優(yōu)美與區(qū)域生態(tài)安全的關(guān)鍵地帶.生態(tài)廊道是一種或幾種生態(tài)介質(zhì)作用下能量和物質(zhì)流動的通道或載體,主要由帶狀山水林草湖等生態(tài)系統(tǒng)組成,能有效調(diào)控地理—生態(tài)過程,具有保護(hù)生物多樣性、增加生態(tài)連通性、提升生態(tài)功能等作用.風(fēng)域是以空氣為載體,以風(fēng)為生態(tài)介質(zhì)連接形成的多功能區(qū)域綜合體[1].風(fēng)域視角中小尺度生態(tài)廊道對城市污染物擴(kuò)散有益,而大尺度生態(tài)廊道具有獨(dú)特的功能:一是統(tǒng)籌整合各類生態(tài)廊道,架構(gòu)區(qū)域生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系,提高生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性.二是有效銜接城市與城市、城市與生態(tài)空間,提升廣大生態(tài)空間平衡碳氧、調(diào)節(jié)氣候等生態(tài)功能.三是強(qiáng)化城市群用地效率管控,合理限制中心城市增長邊界,防止關(guān)鍵生態(tài)空間被擠占,便于共建共享城市群之間、城市群內(nèi)部的綠色基礎(chǔ)設(shè)施,提升城市群一體化發(fā)展水平[2-3].風(fēng)域視角大尺度生態(tài)廊道研究的意義在于引導(dǎo)和優(yōu)化國土空間開發(fā)方向、提升人居環(huán)境適宜性,并為調(diào)整和完善城市群空間規(guī)劃、協(xié)同推進(jìn)區(qū)域生態(tài)體系建設(shè)以及構(gòu)建區(qū)域生態(tài)安全格局提供科學(xué)依據(jù)[4-6].

生態(tài)廊道研究主要圍繞其生態(tài)連通性與生態(tài)功能.在西方,生態(tài)安全問題不嚴(yán)重,研究主要側(cè)重研究方向:一是維護(hù)生物多樣性,研究多用生態(tài)廊道來連接相互隔離或破碎的生境,以減少物種滅絕率;提出當(dāng)廊道寬度適宜、內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理、食物充足時(shí),孤立斑塊間物種才能順利交流并生存繁衍[7].二是提供休閑游憩功能,認(rèn)為生態(tài)廊道建設(shè)能提高城市、區(qū)域甚至洲際水平的生態(tài)連通性,為人們生活、旅游提供更多戶外空間,如倫敦東南綠鏈、北美綠道網(wǎng)絡(luò)、歐洲綠帶計(jì)劃等[8].在中國,人口眾多,城市用地規(guī)模急劇擴(kuò)張,人類活動對自然景觀影響深刻,主要關(guān)注研究方向:一是提升城市環(huán)境質(zhì)量,研究者在北京、深圳、杭州、廈門等城市開展了相關(guān)探索,提出生態(tài)廊道建設(shè)不僅能增加生態(tài)連通性、集約優(yōu)化土地利用方式,還具有生態(tài)隔離與防護(hù)、降低和緩解城市污染等生態(tài)功能[9-10].二是對區(qū)域生態(tài)安全格局形成的作用,研究多結(jié)合山水形勝,探索生態(tài)廊道引導(dǎo)與優(yōu)化空間結(jié)構(gòu)、維護(hù)和強(qiáng)化山水格局連續(xù)性、恢復(fù)河道及海岸自然形態(tài)等作用[11],探討生態(tài)廊道對城市群空間布局的優(yōu)化作用,提出在宏觀尺度應(yīng)由多市共建生態(tài)型、網(wǎng)絡(luò)化、多功能的生態(tài)廊道工程[2-3,12].總之,基于生態(tài)連通性,國外側(cè)重其維護(hù)生物多樣性和休閑游憩功能,國內(nèi)則更關(guān)注其對城市環(huán)境質(zhì)量和區(qū)域生態(tài)安全的影響,但上述研究在大尺度相關(guān)成果還較少.

風(fēng)介質(zhì)驅(qū)動下的生態(tài)廊道研究側(cè)重其通風(fēng)與緩解熱島效應(yīng).20世紀(jì)70年代,德國氣象學(xué)家與城市規(guī)劃者合作,探索城市通風(fēng)廊道構(gòu)建的理論方法,成果多用于引導(dǎo)城市規(guī)劃.隨后,由于全球變暖趨勢增加,奧地利、瑞典、波蘭、英國、日本等國家也開始相關(guān)研究[13-14].研究多是將城市下墊面分為作用空間、生態(tài)補(bǔ)償空間與通風(fēng)廊道,該廊道主要把郊區(qū)新鮮空氣引導(dǎo)至城市中心區(qū)[15].在中國,伴隨著霧霾事件頻發(fā)、城市熱島效應(yīng)加劇,通風(fēng)走廊、綠色風(fēng)廊、楔形綠地等研究逐步引起國內(nèi)學(xué)術(shù)界的關(guān)注.香港是國內(nèi)此領(lǐng)域研究的先驅(qū),從 2003年開始,香港中文大學(xué)啟動了相關(guān)研究項(xiàng)目,為香港城市通風(fēng)廊道建設(shè)提供了策略性指引[16].隨后有大量相關(guān)成果出現(xiàn),如:研究者分析了北京市區(qū)通風(fēng)潛力區(qū)分布以及通風(fēng)廊道對小氣候的調(diào)節(jié)作用[17-18],利用武漢市自然生態(tài)楔形綠地構(gòu)建城市風(fēng)廊,引城外涼風(fēng)入市[19],根據(jù)風(fēng)環(huán)境特征和地形特征,構(gòu)建南京市不同等級的綠色風(fēng)廊[20],還有多位學(xué)者對中國不同氣候區(qū)的城市通風(fēng)廊道建設(shè)提出了相關(guān)建議[21-24].上述團(tuán)隊(duì)探索構(gòu)建不同類型或等級的通風(fēng)廊道,在調(diào)節(jié)氣溫、營造生態(tài)宜居環(huán)境等方面發(fā)揮了巨大作用.然而,國內(nèi)外風(fēng)域視角相關(guān)研究,主要集中于城市和街區(qū)尺度,立足于城市群或宏觀尺度相關(guān)成果還比較缺乏.

生態(tài)廊道研究方法包括實(shí)測法、物理模擬法和綜合模擬法等[8,25].風(fēng)介質(zhì)驅(qū)動下生態(tài)廊道研究方法包括現(xiàn)場監(jiān)測、風(fēng)洞試驗(yàn)和計(jì)算機(jī)流體力學(xué)模擬等[26].實(shí)測法或現(xiàn)場監(jiān)測法可以獲得一手?jǐn)?shù)據(jù)資料,但需要耗費(fèi)大量人力物力,且主要應(yīng)用于局地尺度,物理模擬法和風(fēng)洞試驗(yàn)法的可靠性尚需進(jìn)一步驗(yàn)證.計(jì)算機(jī)綜合模擬法將是重要發(fā)展方向,但隨著城市群快速發(fā)展,區(qū)域下墊面變得越來越復(fù)雜,大尺度綜合模擬仍需根據(jù)實(shí)際,從機(jī)理方面對模型和關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行完善.

本研究在前人研究基礎(chǔ)上,建立風(fēng)域視角最小累計(jì)阻力模型和通風(fēng)效益評測模型,以京津冀地區(qū)為例,分析研究區(qū)近地面風(fēng)場特征,利用計(jì)算機(jī)綜合模擬法測算研究區(qū)冬夏最小累計(jì)阻力面空間分布,識別研究區(qū)內(nèi)生態(tài)廊道空間格局,以期為區(qū)域生態(tài)環(huán)境協(xié)同共建提供方法與依據(jù).

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

京津冀位于華北地區(qū),東臨渤海,113°27'E～119°50'E,36°05'N～42°40'N,總面積為 21.72 萬 km2.地勢西北高、東南低,地貌類型復(fù)雜多樣,西部和北部為太行山、燕山山脈,兩山交匯處是冀西北間山盆地,區(qū)域最北部是內(nèi)蒙古高原最南端—壩上高原,東南為華北平原北端.氣候?yàn)榈湫偷臏貛О霛駶櫚敫珊荡箨懶詺夂?降水量自東南向西北遞減.區(qū)域內(nèi)水系較多,主要包括海河、灤河、遼河和壩上西部內(nèi)流河諸河.區(qū)域大部分地區(qū)地帶性植被為溫帶落葉闊葉林,北部壩上地區(qū)為溫帶草原,由于人類活動頻繁,該區(qū)域自然植被受到不同程度的破壞.發(fā)育的地帶性土壤類型主要有栗鈣土、棕壤、褐土和潮土等.

1.2 數(shù)據(jù)來源

研究所使用主要數(shù)據(jù)包括氣象、遙感、土地利用類型以及其他數(shù)據(jù).氣象數(shù)據(jù)來源于國家氣象信息中心,主要是中國地面累年月值數(shù)據(jù)集(1981～2010年),選取京津冀三省(市)共 171個站點(diǎn)的風(fēng)場數(shù)據(jù).遙感數(shù)據(jù)主要是2010年氣溶膠產(chǎn)品,是NASA的Level 2級數(shù)據(jù),空間分辨率為8km、時(shí)間分辨率為2次/d.土地利用類型數(shù)據(jù)是2010年土地利用類型矢量圖,來源于原河北省國土資源廳、全國生態(tài)保護(hù)紅線辦公室.其他數(shù)據(jù)如DEM數(shù)據(jù)、自然保護(hù)區(qū)、水系及線性工程分布矢量圖等來源于原河北省地理信息局、河北省生態(tài)保護(hù)廳、河北省水利廳等.

1.3 風(fēng)域視角最小累計(jì)阻力模型構(gòu)建

1.3.1 模型構(gòu)建 在大氣邊界層最下層,風(fēng)行過程中下墊面性質(zhì)不同,摩擦阻力不同,利用地—?dú)庵g相互作用原理,構(gòu)建最小累計(jì)阻力模型,表達(dá)式為:

1.3.2 阻力因子及相關(guān)參數(shù)的確定 (1)土地利用因子:不同土地利用類型地面粗糙度具有差異,地面粗糙度越大,風(fēng)行過程中遇到的阻力也越大.參考中外學(xué)者研究結(jié)果[27],確定不同土地利用類型的地表粗糙度,作為土地利用因子賦值的依據(jù),見表1.

表1 土地利用類型的地表粗糙度Table 1 Surface roughness of land use types

(2)地形因子:地形起伏度和坡度對地面風(fēng)場有較大影響.地形起伏度利用 DEM 數(shù)據(jù)和窗口分析法[28]獲得,表達(dá)式為:

式中:Da為以第 a個柵格為中心的一定窗口內(nèi)的地形起伏度,Hamax和Hamin分別為該窗口內(nèi)高程最大值和最小值.坡度運(yùn)算利用等量重分類法[29].然后,將地形起伏度和坡度運(yùn)算結(jié)果劃分為 5級,分別賦值.

(3)河流及線性工程因子:河道本身就是風(fēng)的通道,一般距離河流中心線越遠(yuǎn),對風(fēng)的阻力越大,河流等級及河流周邊地形對風(fēng)場產(chǎn)生較大的影響.另外,高速公路及高鐵的修建有利于形成風(fēng)環(huán)境下的生態(tài)廊道.利用ArcGIS軟件中的多環(huán)緩沖功能,按距離河流或道路中心線的遠(yuǎn)近賦值.將河流與所有線性工程的阻力值進(jìn)行統(tǒng)籌分析,若 2個線性工程緊鄰,則重疊部分取兩者最小值.

(4)風(fēng)向因子:將風(fēng)向因子加入到最小累計(jì)阻力模型中,體現(xiàn)了本研究的特色.分析研究區(qū) 30a近地面風(fēng)場特點(diǎn),根據(jù)研究區(qū)不同自然地理單元不同季節(jié)風(fēng)向與坡向的交角進(jìn)行阻力賦值.

在上述阻力因子分析基礎(chǔ)上,確定各因子阻力值參數(shù)并輔以權(quán)重,見表2.

表2 各類阻力因子的阻力值與權(quán)重Table 2 Resistance value and weight coefficient of various resistance factors

1.3.3 源地的確立 本研究選取兩類源地,一類是社會經(jīng)濟(jì)源地,另外一類是生態(tài)源地.

(1)社會經(jīng)濟(jì)源地的確立:本文主要依據(jù)研究區(qū)2010年公里網(wǎng)格人口密度數(shù)據(jù)[30]、公里網(wǎng)格 GDP數(shù)據(jù)[31]、1月和7月平均氣溶膠光學(xué)厚度柵格數(shù)據(jù),分析區(qū)域人口、經(jīng)濟(jì)與大氣污染的空間格局特征.第一,在ArcGIS軟件平臺中,將3類數(shù)據(jù)分別按照自然間斷點(diǎn)法分10級,再按1月和7月分別進(jìn)行數(shù)值無量綱疊加.第二,求取 1月和7月社會經(jīng)濟(jì)無量綱數(shù)值的均值,按照自然間斷點(diǎn)法分 3級,取最高級進(jìn)行矢量化.第三,去掉破碎斑塊,即作斑塊數(shù)量與斑塊累計(jì)面積之間關(guān)系曲線,曲線拐點(diǎn)處斑塊數(shù)作為社會經(jīng)濟(jì)源地?cái)?shù)量.

(2)生態(tài)源地的確立:本研究選取自然保護(hù)區(qū)和大型湖泊水庫作為生態(tài)源地.利用資料收集法,獲得研究區(qū)內(nèi)共有45個自然保護(hù)區(qū),去掉地質(zhì)遺跡類,共有 41個.另外,根據(jù)遙感影像分析與實(shí)地調(diào)研,研究區(qū)有27個面積較大的湖泊水庫.上述41個自然保護(hù)區(qū)和27個水庫作為生態(tài)源地.

1.4 生態(tài)廊道通風(fēng)效益評測模型構(gòu)建

1.4.1 模型構(gòu)建 為了評測生態(tài)廊道及其潛力區(qū)中心線兩側(cè)各 500m 范圍內(nèi)的連通性,選擇廊道長度、曲度、下墊面性質(zhì)、阻力值、廊道內(nèi)風(fēng)速、廊道走向與風(fēng)向夾角、鏈接源地?cái)?shù)量等7個因子,構(gòu)建生態(tài)廊道通風(fēng)效應(yīng)評測模型,表達(dá)式:

式中:ui為第i個廊道的通風(fēng)效益評測指數(shù);n是上述7個評價(jià)因子;xij為第i個廊道的j評測因子值;αij和βij分別為所有參評廊道中j評測因子的最大值和最小值.針對不同 j因子對廊道通風(fēng)性能的影響,將因子分為正向和逆向,正向因子數(shù)值越大,廊道連通性越好、級別越高;逆向因子數(shù)值越大,廊道連通性越差.通過(3)式計(jì)算出某生態(tài)廊道 ui值,當(dāng) ui≥3.5 為一級生態(tài)廊道,1.75≤ui<3.5為二級風(fēng)廊,研究未統(tǒng)計(jì)小于1.75的小型生態(tài)廊道.

1.4.2 主要因子的參數(shù)選取 上述模型中下面兩個因子需要進(jìn)一步闡釋其量化方法.

(1)廊道曲度是衡量廊道結(jié)構(gòu)、氣流水平運(yùn)動能耗的量化指標(biāo).通常,曲度越大,表示空氣流通中受到的阻力越大,連通性越低,如下式:

式中,Gq為廊道曲度;q為實(shí)際長度;l為起點(diǎn)與終點(diǎn)間的直線距離.

(2)由于廊道較長,一條廊道走向與風(fēng)向夾角在整個區(qū)域變化較大,需要對廊道采取分段賦值,再計(jì)算廊道的加權(quán)平均值.利用ArcGIS空間統(tǒng)計(jì)模塊中的度量地理分布與求取線性方向平均值,確定廊道各段走向,測算走向與風(fēng)向的交角θ,然后按照θ確定分類值,見表3.

表3 廊道走向與風(fēng)向的夾角參數(shù)值Table 3 Parameter value of angle between corridor direction and wind direction

評價(jià)過程中,下墊面性質(zhì)按廊道面土地利用類型賦值,其他因子的取值主要參考1.3節(jié)中的研究方法,通過ArcGIS軟件平臺直接獲取.

2 結(jié)果與討論

2.1 京津冀近地面風(fēng)場特征

分析1981～2010年京津冀冬季(以1月份代表)、夏季(以7月份代表)和全年的多年平均近地面(10m)風(fēng)場特征,見圖1.

圖1 京津冀冬夏及全年近地面(10m)多年平均風(fēng)場Fig.1 Multi-year average near-surface wind field(10m) in winter, summer and the entire year in Beijing-Tianjin-Hebei region

冬季,京津冀近地面多年平均風(fēng)速空間格局表現(xiàn)為張家口壩上—北京—天津及周邊沿海高,風(fēng)速大于2.4m/s,兩側(cè)燕山山區(qū)東部、太行山山前平原北部較低,風(fēng)速小于 1.5m/s,全域平均風(fēng)速為 1.90m/s.張家口-北京-天津是冬季主要的通風(fēng)道.研究區(qū)冬季主導(dǎo)風(fēng)向主要為偏北風(fēng),壩上高原、燕山山區(qū)及山前平原為西北風(fēng),河北平原東南部主要為東北風(fēng).

夏季,京津冀近地面多年平均風(fēng)速空間格局表現(xiàn)為壩上高原和東南部平原高,風(fēng)速大于 2.2m/s,中東部和西南部較低,風(fēng)速小于 1.6m/s,全域平均風(fēng)速為1.88m/s.研究區(qū)夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng),北部主要為東南風(fēng),南部主要為南風(fēng)和西南風(fēng).

全年來看,京津冀近地面多年平均風(fēng)速空間格局為壩上高原西北部、東部沿海風(fēng)速大,風(fēng)速大于2.5m/s,燕山東部、太行山北部風(fēng)速小,風(fēng)速小于1.6m/s.研究區(qū)北部主要盛行偏北風(fēng),南部為偏南風(fēng).研究區(qū)全域多年平均風(fēng)速為2.07m/s.

2.2 京津冀最小累計(jì)阻力面空間分布特征

依據(jù)區(qū)域內(nèi)風(fēng)場特征,冬季考慮到研究區(qū)大氣污染比較嚴(yán)重,以社會經(jīng)濟(jì)源地建立阻力面,基于1.3.3方法確定社會經(jīng)濟(jì)源地共 34個,總面積 18478.91km2,見圖2(a).夏季植物生長茂盛,生態(tài)功能較好,以生態(tài)源地建立阻力面,生態(tài)源地共 68個,總面積 8041.45km2,見圖2(b).測算出的阻力面數(shù)值高低標(biāo)志著風(fēng)在運(yùn)行過程中地—?dú)庀嗷プ饔昧Υ笮?也反映了生態(tài)系統(tǒng)以風(fēng)為生態(tài)介質(zhì),為人口密集區(qū)提供各類生態(tài)服務(wù)的暢通程度.

圖2 冬夏最小累計(jì)阻力面與京津冀生態(tài)廊道格局Fig.2 Spatial distribution of minimum cumulative resistance surface in winter and summer,and ecological corridor in Beijing-Tianjin-Hebei region

冬季和夏季,京津冀最小累計(jì)阻力面均呈現(xiàn)燕山、太行山山區(qū)高,壩上高原和平原較低的趨勢.冬季,區(qū)域以北風(fēng)和偏北風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向,燕山、太行山區(qū)山脈走向與風(fēng)向垂直或近似垂直,阻力值大,構(gòu)成風(fēng)行過程中的生態(tài)屏障.夏季,區(qū)域以南風(fēng)和偏南風(fēng)為主,燕山、太行山區(qū)山脈仍是風(fēng)行過程中的生態(tài)屏障,但此時(shí)植物生長狀況最好,可以為周圍區(qū)域提供凈化空氣、平衡碳氧等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù).壩上高原和河北平原由于地形起伏度較小,整體阻力值偏低.整個區(qū)域阻力值最低的區(qū)域主要分布于山區(qū)溝谷、河流濕地、道路、湖泊水庫等所在地.

在阻力面低值區(qū)中,將長度較長、與風(fēng)向的一致性較高的區(qū)域識別出來,作為風(fēng)域內(nèi)生態(tài)廊道及其潛力區(qū).冬季,針對社會經(jīng)濟(jì)源識別出 12條廊道,夏季,針對生態(tài)源識別出11條廊道.

2.3 風(fēng)域視角京津冀生態(tài)廊道的空間格局

生態(tài)廊道通風(fēng)效應(yīng)評測結(jié)果見表 4.冬季,ui≥3.5的一級生態(tài)廊道有5條,長度為3450.25km,走向從西北向東南,或從北向南,1.75≤ui<3.5的二級生態(tài)廊道有7條,長度為1826.33km,走向主要從西向東;夏季,評測出一級生態(tài)廊道有5條,長度為3955.76km,走向從東南向西北,或從南向北,二級生態(tài)廊道有6條,長度為1504.29km,走向主要從東向西.

表4 生態(tài)廊道通風(fēng)效益(ui)評測結(jié)果Table 4 Evaluation results of ecological corridor ventilation benefits (ui)

研究區(qū)位于季風(fēng)區(qū),多數(shù)氣象站點(diǎn)冬季和夏季主導(dǎo)風(fēng)向會發(fā)生180°變化,研究發(fā)現(xiàn)識別出的冬季、夏季南北向生態(tài)廊道主干基本重疊,東西向生態(tài)廊道也有部分重疊.按照 ui值大小,將連通性能較好的生態(tài)廊道合并精簡,得到風(fēng)域視角京津冀“五縱五橫”生態(tài)廊道空間格局,見圖2(c)和表5.

表5 京津冀一、二級生態(tài)廊道基本情況Table 5 Description to the first and second level ecological corridors in Beijing-Tianjin-Hebei region

“五縱”生態(tài)廊道主要呈南北走向,總長度3073.04km,走勢與冬夏主導(dǎo)風(fēng)風(fēng)向吻合度高,通風(fēng)能力強(qiáng),生態(tài)服務(wù)流轉(zhuǎn)性能較好.這 5條生態(tài)廊道跨越壩上高原、燕山、太行山和河北平原,下墊面以溝谷、河流、湖泊水庫、道路防護(hù)綠地、裸地等為主,呈南北向串珠狀連接著研究區(qū)自然保護(hù)區(qū)、濕地公園和湖泊水庫,以及除秦皇島外的所有地級以上的行政中心.

“五橫”生態(tài)廊道主要呈東西走向,總長度1582.06km,走勢與主導(dǎo)風(fēng)風(fēng)向差異較大,通風(fēng)能力相對較弱,但可作為生態(tài)服務(wù)流轉(zhuǎn)的輔助通道.這 5條生態(tài)廊道主要分布在平原區(qū),下墊面性質(zhì)以河流濕地、湖泊水庫與道路防護(hù)綠地等為主.“五橫”生態(tài)廊道作為“五縱”的補(bǔ)充,增加了東西向生態(tài)連通性.

2.4 討論

本研究融合景觀生態(tài)學(xué)、生物地理學(xué)、應(yīng)用氣象學(xué)等相關(guān)方法,關(guān)注風(fēng)行過程中地氣相互作用原理和人類社會經(jīng)濟(jì)活動的干擾,確定風(fēng)域視角生態(tài)廊道識別與等級評測方法,對已經(jīng)形成的“源地—廊道”區(qū)域生態(tài)安全格局的研究范式進(jìn)行拓展.以往研究的源地設(shè)置主要考慮生態(tài)源地[4,32],本研究不僅考慮生態(tài)源地還增加了社會經(jīng)濟(jì)源地,重視兩類源地之間聯(lián)系.在阻力面確定時(shí),以往相關(guān)研究主要根據(jù)土地利用類型直接賦值[10],對驅(qū)動力方向重視不足,本研究以風(fēng)向?yàn)轵?qū)動力方向,依據(jù)不同土地利用類型地面粗糙度確定風(fēng)行過程中遇到的阻力,測算地形、河流、各類線性工程等對風(fēng)的誘導(dǎo)作用,重視風(fēng)向與坡向交角,考慮了諸因子所產(chǎn)生的綜合作用.此外,本研究在初步識別出生態(tài)廊道后,選擇廊道長度、曲度等7個因子,再次測算寬度為1km的生態(tài)廊道面通風(fēng)效應(yīng),依據(jù)其連通性能進(jìn)行分級和優(yōu)化.

國內(nèi)各類生態(tài)廊道研究主要關(guān)注中小尺度[10,32],尤其風(fēng)環(huán)境下生態(tài)廊道研究主要集中于城市和街區(qū)尺度[26],立足于區(qū)域尺度或跨行政邊界研究較少,僅在部分發(fā)達(dá)地區(qū)有所嘗試,主要利用WRF中尺度預(yù)報(bào)模式模擬區(qū)域風(fēng)環(huán)境特征,識別區(qū)域通風(fēng)潛力地區(qū)[5-6].當(dāng)前,未查閱到風(fēng)域視角京津冀區(qū)域尺度生態(tài)廊道研究成果,但有研究者利用最小成本路徑方法,識別出 579條生態(tài)廊道[33],未對廊道進(jìn)行分級,也未關(guān)注廊道走向,與本研究結(jié)果不同,本研究對廊道進(jìn)行了分級,還明確生態(tài)廊道走向的季節(jié)變化及相對穩(wěn)定性.本研究強(qiáng)調(diào)了研究區(qū)冬夏季生態(tài)廊道走向差異性,冬季主要從北向南或從西北向東南,夏季走向與冬季相反,也正是研究區(qū)冬夏風(fēng)向轉(zhuǎn)換接近 180°,才能將冬夏主要生態(tài)廊道合并精簡,構(gòu)建京津冀“五縱五橫”生態(tài)廊道空間格局.另外,本研究考慮到風(fēng)域內(nèi)風(fēng)的相對穩(wěn)定性,識別出的生態(tài)廊道不能滿足地—地之間的精確對應(yīng)關(guān)系,但長期觀測統(tǒng)計(jì)證明,風(fēng)向長時(shí)間段具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上相對穩(wěn)定性,如壩上高原西部屬于內(nèi)流河區(qū)域,與京津之間從流域視角分析,生態(tài)關(guān)系不明確,但從風(fēng)域視角張家口、北京和天津位于同一條生態(tài)廊道內(nèi),該廊道內(nèi)冬季盛行西北風(fēng),夏季盛行東南風(fēng),且多年平均西北風(fēng)頻率高、風(fēng)速大,三地生態(tài)關(guān)系明確,張家口壩上地區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)成效一直關(guān)系著京津地區(qū)大氣環(huán)境質(zhì)量.

風(fēng)環(huán)境下的生態(tài)環(huán)境問題的產(chǎn)生不受行政邊界制約,風(fēng)場的連續(xù)性與大氣污染物的流動性,決定了相關(guān)研究需要從中小尺度向宏觀尺度擴(kuò)展,要解決的核心問題是生態(tài)廊道形成過程及內(nèi)在作用機(jī)理.本研究嘗試分析了風(fēng)域視角大尺度生態(tài)廊道形成的影響因素,識別出京津冀區(qū)域尺度生態(tài)廊道格局.然而,本研究沒有利用地面污染監(jiān)測數(shù)據(jù)來驗(yàn)證生態(tài)廊道的凈化空氣效應(yīng),且針對城市區(qū)域的研究方法相對簡單,今后應(yīng)利用城市建成區(qū)建筑物高度、地表粗糙度、風(fēng)場特征等數(shù)據(jù),細(xì)化中小尺度生態(tài)廊道銜接到區(qū)域尺度上的技術(shù)方法,完善風(fēng)域視角大尺度生態(tài)廊道網(wǎng)絡(luò)體系構(gòu)建方法體系.

3 結(jié)論

3.1 冬季,京津冀近地面多年平均風(fēng)速呈現(xiàn)張家口壩上—北京—天津沿海高兩側(cè)低格局,主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠憋L(fēng);夏季風(fēng)速呈現(xiàn)西北部和東南部高,中東部和西南部低格局,主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槠巷L(fēng).全年多年平均風(fēng)速呈現(xiàn)西北壩上與東部沿海風(fēng)速大,燕山東部、太行山北部風(fēng)速小格局,北部地區(qū)主要盛行偏北風(fēng),南部地區(qū)主要為偏南風(fēng).研究區(qū)全域多年平均風(fēng)速為2.07m/s.

3.2 冬季,研究區(qū)有 34個社會經(jīng)濟(jì)源地,總面積18478.91km2,識別出5條一級生態(tài)廊道,走向從西北向東南或從北向南,7條二級生態(tài)廊道,走向主要從西向東.夏季,有 68個生態(tài)源地,總面積 8041.45km2,識別出 5條一級生態(tài)廊道,走向從東南向西北或從南向北,6條二級生態(tài)廊道,走向主要從東向西.

3.3 京津冀共優(yōu)選出 5條一級生態(tài)廊道,5條二級生態(tài)廊道,初步形成京津冀“五縱五橫”生態(tài)廊道格局.“五縱”生態(tài)廊道呈南北向,總長度 3073.04km,走向與冬夏主導(dǎo)風(fēng)風(fēng)向吻合度高,生態(tài)連通性強(qiáng).“五橫”生態(tài)廊道呈東西向,總長度1582.06km,走向與主導(dǎo)風(fēng)風(fēng)向差異較大,作為“五縱”的補(bǔ)充,增加?xùn)|西向生態(tài)連通性.