基于遙感反演的三維綠量景觀格局對(duì)氣溶膠的影響

岳 峰 傅 凡 戴 菲 曾 輝

氣溶膠是懸浮在大氣中的固態(tài)或液態(tài)顆粒物，大氣氣溶膠是霧霾形成的基礎(chǔ)和前提[1-2]。氣溶膠光學(xué)厚度(AOD)是衡量大氣中氣溶膠含量的重要參數(shù)。衛(wèi)星遙感是目前唯一可以提供區(qū)域和全球尺度氣溶膠空間分布特性的探測(cè)手段[3]。

氣溶膠污染問(wèn)題是人類公共衛(wèi)生安全和可持續(xù)健康發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，全球90%以上的人口呼吸著危險(xiǎn)的高濃度空氣顆粒物，空氣污染是全球最大的環(huán)境健康威脅，每年約有700萬(wàn)人因空氣污染而過(guò)早死亡，而中國(guó)每年有120萬(wàn)人因此過(guò)早死亡[4]。美國(guó)健康效應(yīng)研究所指出空氣污染致人均預(yù)期壽命縮短20個(gè)月，全球每年死于空氣污染的人數(shù)超過(guò)交通意外。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署及人居署技術(shù)合作伙伴IQAir于2019年發(fā)布的《世界空氣質(zhì)量報(bào)告》指出，中國(guó)大陸有47個(gè)城市躋身污染最嚴(yán)重的全球100個(gè)城市之列，且僅2%的城市達(dá)到世衛(wèi)組織準(zhǔn)則值，僅53%的城市達(dá)到中國(guó)空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)環(huán)境部《2020中國(guó)生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》指出我國(guó)135個(gè)城市空氣質(zhì)量超標(biāo)，占比40.1%。在2021年1—12月168個(gè)重點(diǎn)城市空氣改善幅度排名中，佛山、湘潭和武漢排名倒數(shù)前三。

景觀指數(shù)是能夠高度濃縮景觀格局信息,反映景觀結(jié)構(gòu)組成和空間配置等特征的定量指標(biāo),在景觀生態(tài)學(xué)中廣泛應(yīng)用。盡管景觀指數(shù)存在著不確定性、局限性，但它仍是描述景觀空間組織結(jié)構(gòu)的重要工具[5]，可以對(duì)景觀形態(tài)特征進(jìn)行量化呈現(xiàn)，因此常用景觀指數(shù)來(lái)表達(dá)景觀格局的形態(tài)等特征。

三維綠量指植物莖葉所占據(jù)的空間體積[6]，葉面積指數(shù)(LAI)是每單位地表面積的單側(cè)葉面積[7]，LAI越高，單位面積上葉面積越大，植物的層次、結(jié)構(gòu)越豐富，生態(tài)效能越高，因此用LAI衡量三維綠量具有典型代表性。目前基于顆粒物與綠色空間的相關(guān)研究主要集中在對(duì)PM2.5、PM10、AOD等污染物與二維層面綠地的相關(guān)研究，并從數(shù)量或景觀格局方面進(jìn)行探討[8-15]。王小平等研究發(fā)現(xiàn)AOD與景觀指數(shù)PD、ED、LSI和AI之間均存在著高度相關(guān)性，且景觀的組成和空間結(jié)構(gòu)都影響著流域AOD的空間分布[16]。有學(xué)者基于遙感反演研究了植被覆蓋度與AOD的量化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)植被覆蓋度≤10%和＞45%時(shí)，對(duì)緩解氣溶膠污染具有顯著作用[17]。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)PD、LSI、IJI是緩解氣溶膠的核心景觀指數(shù)指標(biāo)[18]。既往研究主要揭示了影響PM2.5、PM10和氣溶膠二維綠量的數(shù)量范圍及不同指數(shù)的緩解能力。但對(duì)氣溶膠與三維綠量景觀格局的空間分布規(guī)律的定量化及風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)控策略的研究卻鮮少涉及。這些問(wèn)題制約了綠色空間緩解氣溶膠的效能發(fā)揮，有待三維綠色空間理論的突破，以便為提升人居空氣質(zhì)量和風(fēng)景園林規(guī)劃設(shè)計(jì)提供參考。

武漢作為中國(guó)中部中心城市，具有高密度的城市空間形態(tài)，山水林田羅布，污染主要來(lái)源于工業(yè)生產(chǎn)、燃煤、機(jī)動(dòng)車和揚(yáng)塵[19]。據(jù)《武漢市生態(tài)環(huán)境狀況公報(bào)》統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，2014—2018年武漢處于污染的天數(shù)占比介于30%～50%。武漢高密度的城市空間形態(tài)和嚴(yán)重的氣溶膠污染，在大城市地區(qū)具有一定典型性。本文選取景觀指數(shù)作為衡量三維綠量空間形態(tài)特征的指標(biāo)，反演MODIS AOD數(shù)據(jù)，研究?jī)烧叩慕y(tǒng)計(jì)相關(guān)規(guī)律和空間分布規(guī)律，并針對(duì)閾值提出規(guī)劃設(shè)計(jì)的優(yōu)化調(diào)控策略，旨在為相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)及建設(shè)提供參考。

1 數(shù)據(jù)源與處理方法

因受植被狀況、天氣及衛(wèi)星運(yùn)行周期及軌跡的制約，數(shù)據(jù)選取需要協(xié)調(diào)AOD與三維綠量在空間和時(shí)間上的互相匹配問(wèn)題。由于植被具有連續(xù)成長(zhǎng)性，而氣溶膠具有流動(dòng)性，為協(xié)調(diào)統(tǒng)一植被和氣溶膠的確定性，盡可能減弱氣象等其他因素的干擾，選取近年來(lái)連續(xù)5日晴朗無(wú)風(fēng)天氣中的中間天數(shù)，盡可能地排除風(fēng)力、陰雨天氣的影響，并獲取當(dāng)天或相近日期的三維綠量數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)研究，盡可能保證數(shù)據(jù)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。最終選取2016年7月23日和8月1日的Landsat土地覆蓋影像及2016年7月29日的MODIS AOD數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1)三維綠量提取方法。

首先進(jìn)行樣地LAI的實(shí)測(cè)：設(shè)置地面樣地，運(yùn)用冠層分析儀和地面測(cè)量方法對(duì)植物群落LAI進(jìn)行精準(zhǔn)實(shí)測(cè)和計(jì)算，得到樣地的LAI；其次計(jì)算樣地植被指數(shù)(VI)：在遙感影像上通過(guò)遙感分析計(jì)算實(shí)測(cè)樣地的植被指數(shù)，然后建立LAI—VI回歸模型，發(fā)現(xiàn)武漢市LAI與比值植被指數(shù)(RVI)的3次多項(xiàng)式擬合性最好，R2為0.726，方程為Y=0.012X3-0.207X2+2.061X-0.508[20](其中X為RVI，Y為L(zhǎng)AI)；最后利用柵格計(jì)算器反演出武漢市的LAI分布圖。然后運(yùn)用ENVI 5.5對(duì)Landsat影像進(jìn)行基礎(chǔ)處理后，通過(guò)波段運(yùn)算得到比值植被指數(shù)RVI空間分布圖，從而反演得到LAI的空間分布圖。運(yùn)用ArcGIS 10.5軟件將模型反演得到的LAI數(shù)據(jù)分割為3km×3km的網(wǎng)格[12，21]，批量導(dǎo)入Fragstats中計(jì)算景觀指數(shù)，導(dǎo)入ArcGIS得到各三維綠量景觀指數(shù)的空間分布圖，利于研究其景觀指數(shù)的空間分布規(guī)律與AOD的統(tǒng)計(jì)分析關(guān)系。

2)景觀指數(shù)選取。

景觀指數(shù)作為衡量景觀格局的重要指標(biāo)，可以反映其空間形態(tài)。對(duì)綠地類型水平的格局分析，可以更好地把握綠地景觀格局類型變化的特點(diǎn)。在類型水平上(Class-level)選擇了7個(gè)指數(shù)[11，14]，可以較為全面地描述不同類型景觀要素的特征(表1)。

3)AOD的數(shù)據(jù)獲取及處理。

基于暗像元法[22]運(yùn)用ENVI 5.5對(duì)AOD數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何校正、云檢測(cè)、氣溶膠反演、裁剪后，運(yùn)用modis aerosol lookup table工具構(gòu)建中緯度夏季和冬季的大陸型都市(Urban)氣溶膠查找表，然后運(yùn)用ENVI Modeler進(jìn)行二次開發(fā)，處理MODIS AOD數(shù)據(jù)，得到AOD的空間分布圖。并將氣溶膠污染級(jí)別劃分為優(yōu)(0.113 4～0.460 7)、良(0.460 8～0.664 1)、輕度(0.664 2～0.902 9)、中度(0.903 0～1.238 0)、重度及以上(1.239 0～2.235 0)5個(gè)等級(jí)(圖1)。然后運(yùn)用ArcGIS 10.5軟件提取每個(gè)3km網(wǎng)格中的AOD平均值。

圖1 AOD空間分布圖

2 三維綠量景觀指數(shù)與AOD的規(guī)律探析

2.1 相關(guān)性分析

Pearson分析發(fā)現(xiàn)，選取的景觀指數(shù)都與AOD在0.000水平呈極顯著相關(guān)，其中CA、PLAND、LPI、COHESION、AI呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)(表2)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.632、-0.674、-0.696、-0.346、-0.599，說(shuō)明三維綠量斑塊面積、斑塊面積占比、最大斑塊面積占比、連接度和聚集度指數(shù)的增加對(duì)降低氣溶膠濃度具有核心作用；PD、LSI與AOD在0.000水平呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.304、0.454，說(shuō)明斑塊密度增加、景觀形狀指數(shù)復(fù)雜對(duì)氣溶膠濃度增加具有核心的促進(jìn)作用。

表2 三維綠量類型水平景觀指數(shù)與AOD的相關(guān)關(guān)系

2.2 相對(duì)最優(yōu)回歸模型的構(gòu)建

為進(jìn)一步研究各綠地景觀指數(shù)與AOD的變化規(guī)律，運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行曲線預(yù)估，對(duì)綠地景觀指數(shù)與AOD進(jìn)行回歸模型的構(gòu)建。發(fā)現(xiàn)AOD與三維綠量景觀指數(shù)的回歸模型達(dá)到極顯著水平(Sig.＜0.01)，R2在0.30以上，并通過(guò)了F值檢驗(yàn)，模型滿足要求，從而得到兩者的相對(duì)最優(yōu)回歸模型(表3)?？梢夾OD與各指數(shù)因子CA、PLAND、PD、LPI、LSI、COHESION、AI都屬于非線性關(guān)系，分別為立方、立方、冪、立方、冪、立方、立方關(guān)系，說(shuō)明單因子對(duì)氣溶膠濃度的調(diào)控不是線性變化的，氣溶膠濃度不會(huì)隨著單個(gè)景觀指數(shù)的增大而不斷變大或者變小。

表3 三維綠量類型水平景觀指數(shù)與AOD的模型關(guān)系

進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)兩者最優(yōu)回歸模型為：Y=1.154 7-0.000 1CA-0.007 2 PLAND+0.029 1LSI，其中模型調(diào)整后R2為0.596 1，系數(shù)顯著性Sig.＜0.05，共線性診斷特征值＞0，VIF＜3，標(biāo)準(zhǔn)化殘差符合正態(tài)分布，Durbin-Watson(U)為0.936，排除了多重共線性問(wèn)題，方程滿足模型要求。

2.3 三維綠量景觀指數(shù)與AOD的空間分布規(guī)律

由于地理加權(quán)回歸方法對(duì)各個(gè)變量是否存在多重共線性要求很高，選取多個(gè)變量容易產(chǎn)生多重共線性[23]。基于以上原因，為進(jìn)一步探究?jī)烧叩目臻g相關(guān)規(guī)律，通過(guò)最小二乘法回歸OLS發(fā)現(xiàn)，CA、PLAND、LSI回歸系數(shù)的P＜0.01，達(dá)到顯著性水平，模型調(diào)整后R2為0.596 1，同時(shí)VIF＜7.5，AICc=-503，滿足進(jìn)行地理加權(quán)回歸要求，同時(shí)與SPSS線性回歸的結(jié)論一致。將AOD與對(duì)應(yīng)的上述景觀指數(shù)進(jìn)行地理加權(quán)回歸分析發(fā)現(xiàn)，回歸系數(shù)調(diào)整后R2為0.772 4，AICc=-1 070，標(biāo)準(zhǔn)殘差滿足要求，模型精度得到大大提高。因此最終選取CA、PLAND、LSI作為GWR的回歸因子進(jìn)行探析它們對(duì)AOD濃度分布影響的空間差異。

CA負(fù)值區(qū)域呈現(xiàn)武漢北部低值集聚和沿漢南區(qū)-長(zhǎng)江-主城區(qū)濱江綠地的高值集聚的倒U形特征，并呈圈層式向外擴(kuò)散依次減弱(圖2)，與長(zhǎng)江沿岸的濱江綠地走勢(shì)趨于一致。高值區(qū)域的地理空間位置分布與主城區(qū)漢陽(yáng)江灘、武昌江灘、漢口江灘及漢江和府澴河濱水綠地，漢南區(qū)濱江綠地等線性綠地，墨水湖公園、月湖公園、龜山公園等城市大型公園和漢口高密度建成區(qū)具有較強(qiáng)的空間一致性，說(shuō)明三維綠量斑塊面積發(fā)揮的緩解氣溶膠污染的作用在濱江綠地、城市公園綠地比在農(nóng)田和郊野森林區(qū)域更顯著。

圖2 CA與AOD的地理加權(quán)回歸系數(shù)分布圖

文本框PLAND負(fù)值區(qū)域呈現(xiàn)以青山區(qū)武漢鋼鐵廠和陽(yáng)邏經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)為中心、以新洲區(qū)漲渡湖農(nóng)場(chǎng)和梁子湖中部為兩端點(diǎn)的C形特征，并呈圈層結(jié)構(gòu)負(fù)值絕對(duì)值由低到高向西依次擴(kuò)散(圖3)。以武漢西南部沉湖濕地-九真山森林公園沿線和西北部木蘭清涼寨景區(qū)為高值區(qū)域和城區(qū)東湖、南湖、陽(yáng)邏經(jīng)開區(qū)、梁子湖北部等地為低值區(qū)域，說(shuō)明三維綠量斑塊面積占比在三維綠量高的山體森林地區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)開發(fā)強(qiáng)度較低的濕地、郊野公園地區(qū)比在高建設(shè)強(qiáng)度的復(fù)雜城市用地和市區(qū)大面積水體區(qū)域周邊緩解氣溶膠污染的效能好。

圖3 PLAND與AOD的地理加權(quán)回歸系數(shù)分布圖

文本框LSI高低值區(qū)域空間分異特征以黃陂最北端向江夏區(qū)東南端呈波浪式遞增(圖4)。其中以江夏區(qū)東南部的低山丘陵地區(qū)系數(shù)最高，在該高值區(qū)域LSI每增加10%，AOD增加0.38%以上。在低值正值區(qū)域，LSI每增加10%，AOD增加0.1%以上。說(shuō)明三維綠量的斑塊形狀復(fù)雜度在低山丘陵地區(qū)比在高強(qiáng)度的主城區(qū)建設(shè)用地和集中的農(nóng)田區(qū)加重氣溶膠污染的作用更明顯。

圖4 LSI與AOD的地理加權(quán)回歸系數(shù)分布圖

3 三維綠量核心景觀指數(shù)緩解氣溶膠污染的調(diào)控策略

分別統(tǒng)計(jì)地理加權(quán)回歸(GWR)系數(shù)為負(fù)值區(qū)間的三維綠量各個(gè)值域區(qū)間中屬于中度和重度及以上污染區(qū)的網(wǎng)格占比，剔除可能存在局部多重共線性區(qū)域，選取系數(shù)CA小于零、系數(shù)PLAND小于零、系數(shù)LSI大于零的網(wǎng)格區(qū)間，得到819個(gè)滿足要求的網(wǎng)格，進(jìn)行進(jìn)一步的閾值分析。

3.1 CA緩解氣溶膠污染的策略

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，CA的占比數(shù)值空間與形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率成明顯的反比關(guān)系，三維綠量斑塊面積CA形成中度及以上污染的閾值為602hm2(圖5)。大于640hm2之后，形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值降至7%以下，大于770hm2之后，形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值趨于0，空氣呈現(xiàn)輕度及以下污染。

圖5 三維綠量景觀指數(shù)CA閾值圖

因此，三維綠量斑塊總面積CA的從無(wú)到有增加，對(duì)緩解氣溶膠污染也具有積極作用。中心城區(qū)及其周邊的紙坊片區(qū)、武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、吳家山經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)、盤龍城片區(qū)、陽(yáng)邏片區(qū)、漢南區(qū)由于城市建設(shè)用地面積占比較大，以及蔡甸區(qū)的沉湖濕地保護(hù)區(qū)三維綠量普遍小于602hm2，污染較嚴(yán)重(圖6)。該區(qū)域大多為用地性質(zhì)復(fù)雜的建設(shè)用地，植被覆蓋度偏低，三維綠量也較低，建設(shè)用地周圍三維綠量斑塊面積的增加可以明顯緩解空氣污染。通過(guò)國(guó)土空間規(guī)劃和指標(biāo)類管控規(guī)劃，增加三維綠地的斑塊面積，結(jié)合棕地、垃圾填埋場(chǎng)、灘涂水體、老舊區(qū)拆遷等擴(kuò)大或新建大面積的城市公園綠地、郊野公園、森林公園等大型生態(tài)用地，努力將面積提升至602hm2以上。同時(shí)落實(shí)各類規(guī)劃中關(guān)于綠地類指標(biāo)的剛性管控，充分發(fā)揮三維綠量緩解氣溶膠污染的作用。

圖6 CA≤602的區(qū)域與AOD的空間分布圖

三維綠量斑塊面積大于640hm2、小于等于770hm2的區(qū)域，主要分布在環(huán)都市發(fā)展區(qū)的邊沿區(qū)域(圖7)，該區(qū)域生態(tài)基底整體較好，如江夏區(qū)九峰山森林保護(hù)區(qū)、青龍山森林保護(hù)區(qū)、新洲區(qū)武湖濕地、漲渡湖濕地保護(hù)區(qū)東部等大型塊狀或楔形綠地，形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值在7%以下。因此對(duì)于該區(qū)域應(yīng)該加強(qiáng)保護(hù)，通過(guò)生態(tài)紅線劃定等規(guī)劃保護(hù)該區(qū)域三維綠量的面積，防止城市無(wú)序擴(kuò)張對(duì)其的侵蝕。

文本框三維綠量斑塊面積大于770hm2的區(qū)域，以生態(tài)空間為主，植被覆蓋較高。主要分布在黃陂區(qū)素山寺森林公園-云霧山-木蘭文化生態(tài)旅游區(qū)-木蘭湖風(fēng)景區(qū)一線，以及梁子湖西、南側(cè)的江夏區(qū)東南部山坡鄉(xiāng)、湖泗鎮(zhèn)、舒安鄉(xiāng)等低山丘陵林地區(qū)域和九真山森林公園部分區(qū)域，且AOD污染大多數(shù)低于0.664 1(圖8)，處于優(yōu)良水平，形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值降到接近0%。應(yīng)注重生態(tài)旅游風(fēng)景區(qū)和森林的保育、濕地公園的保護(hù)及防止低山丘陵林地的砍伐和開墾等，確保生態(tài)綠楔的不斷完善。

圖8 CA＞770的區(qū)域與AOD的空間分布圖

3.2 PLAND緩解氣溶膠污染的策略

統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，三維綠量景觀指數(shù)PLAND的占比數(shù)值空間與形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率呈明顯的反比關(guān)系(圖9)。

圖9 三維綠量景觀指數(shù)OLAND閾值圖

文本框三維綠量斑塊面積占比PLAND(單位：%)小于等于87.61的區(qū)間內(nèi)，形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值均大于22.31%；在大于87.61后，形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值降至18%以下；因此，三維綠量斑塊面積占比PLAND形成中度及以上污染的閾值為87.61。大于92.77之后，形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值降至12%以下，并呈波浪形震蕩。

因此，三維綠量斑塊總面積占比PLAND從無(wú)到有的增加，對(duì)緩解氣溶膠污染同樣具有積極作用，PLAND小于等于87.61的區(qū)間主要分布在中心城區(qū)的盤龍城、吳家山經(jīng)開區(qū)及長(zhǎng)江、漢江、府河沿岸的濱江綠地等城市用地區(qū)域及江夏區(qū)的梁子湖、魯湖、斧頭湖沿岸綠地(圖10)，應(yīng)加強(qiáng)該區(qū)域沿岸三維綠量的占比，借助新城開發(fā)，高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)生態(tài)城、公園城市，提高綠地率、立體綠化面積，結(jié)合海綿城市/片區(qū)的建設(shè)，拓寬濱水濱江綠地的橫向?qū)挾群拓Q向豐富度，通過(guò)規(guī)劃管控將PLAND提高到87.61以上。

圖10 PLAND≤87.61%的區(qū)域與AOD的空間關(guān)系

三維綠量斑塊面積占比大于92.77的區(qū)域，主要分布在基底較好的山體生態(tài)用地區(qū)域，如黃陂區(qū)素山寺森林公園-木蘭湖風(fēng)景區(qū)一線及黃陂區(qū)的農(nóng)田區(qū)、江夏區(qū)東南部等低山丘陵地帶和九峰山森林保護(hù)區(qū)，以及蔡甸區(qū)的九真山森林公園部分區(qū)域等(圖11)，形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值降到12%以下。

圖11 PLAND＞92.77%的區(qū)域與AOD的空間關(guān)系

斑塊占比形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值呈波浪形震蕩可能是因?yàn)檗r(nóng)田區(qū)域的存在、農(nóng)作物的收割播種所致。該區(qū)域應(yīng)通過(guò)省、市、區(qū)(鄉(xiāng)鎮(zhèn))等不同行政級(jí)別的生態(tài)紅線劃定，落實(shí)核心保育區(qū)、一般保護(hù)區(qū)和緩沖區(qū)等不同管控級(jí)別的剛性管控，豐富豎向設(shè)計(jì)，防止開發(fā)建設(shè)導(dǎo)致生態(tài)本底被侵蝕退化。

3.3 LSI緩解氣溶膠污染的策略

文本框統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)三維綠量景觀指數(shù)LSI的占比數(shù)值空間與形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率呈明顯的正比關(guān)系(圖12)。

圖12 三維綠量景觀指數(shù)LSI閾值圖

在三維綠量斑塊形狀指數(shù)LSI≤4.56的區(qū)域內(nèi)，形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值基本上均小于22.31%；在大于4.56后，形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值均大于22.31%。因此，三維綠量斑塊形狀指數(shù)LSI形成中度及以上污染的閾值為4.56。當(dāng)4.56＜LSI＜5.45時(shí)，AOD由10.81%激增到33.33%，大于5.95之后，形成中度和重度及以上污染區(qū)的概率值持續(xù)大于22.73以上，并呈波浪形震蕩。因此三維綠量LSI的復(fù)雜化，會(huì)加重氣溶膠污染。

在LSI≤4.56的區(qū)域內(nèi)，主要分布在黃陂區(qū)素山寺森林公園-云霧山-木蘭文化生態(tài)旅游區(qū)-木蘭湖風(fēng)景區(qū)一線及梁子湖西、南側(cè)的江夏區(qū)東南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)等低山丘陵林地，氣溶膠污染處于優(yōu)良水平(圖13)。應(yīng)通過(guò)行政手段嚴(yán)格保護(hù)生態(tài)紅線邊界，在緩沖區(qū)邊界內(nèi)見縫插綠、豐富三維綠量，防止生態(tài)紅線邊界被無(wú)序開發(fā)建設(shè)。

圖13 LSI≤4.56的區(qū)域與AOD的空間關(guān)系

當(dāng)LSI達(dá)到4.56以上且小于5.45時(shí)，AOD由10.81%激增到33.33%(圖14)，區(qū)間的區(qū)域散布在都市發(fā)展區(qū)外緣，該區(qū)域易受城市擴(kuò)張的影響，用地邊界趨于復(fù)雜化，應(yīng)通過(guò)相關(guān)規(guī)劃設(shè)計(jì)建設(shè)措施，通過(guò)生態(tài)修復(fù)規(guī)劃等柔化硬質(zhì)下墊面的邊界，將LSI降到4.56以下，充分緩解氣溶膠污染。

圖14 4.56＜LSI≤5.45的區(qū)域與AOD的空間關(guān)系

LSI大于5.95的區(qū)域主要與主城區(qū)、都市發(fā)展區(qū)和漢南區(qū)有高度的空間一致性，說(shuō)明這些區(qū)域整體的斑塊形狀復(fù)雜度較高，污染以中度及以上級(jí)別為主，隨著三維綠量斑塊復(fù)雜度LSI的不規(guī)則化增加，污染加重，LSI達(dá)到15.9時(shí)，AOD污染呈中度、重度及以上污染的概率高達(dá)56.25%，主要位于中心城區(qū)(圖15)。應(yīng)通過(guò)城市修復(fù)、生態(tài)修補(bǔ)、山水林田湖草保護(hù)等手段見縫插綠，完善社區(qū)公園、公園綠地、廣場(chǎng)用地、街頭綠地等點(diǎn)狀、塊狀綠地的邊界完整度，優(yōu)化綠地邊界，使灰、綠基礎(chǔ)設(shè)施邊界朝規(guī)則化簡(jiǎn)單化發(fā)展，同時(shí)豐富優(yōu)化三維綠量的喬灌草群落結(jié)構(gòu)，打造穩(wěn)定有彈性的三維綠量空間，盡可能降低LSI的值。

圖15 LSI＞5.95的區(qū)域與AOD的空間關(guān)系

4 結(jié)論

以武漢為例，從空間和統(tǒng)計(jì)學(xué)角度研究了三維綠量景觀格局與AOD的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，三維綠量景觀格局緩解氣溶膠污染的核心景觀形態(tài)指標(biāo)為：CA、PLAND、LPI、COHESION、AI，綠地綜合調(diào)控氣溶膠濃度的協(xié)同作用規(guī)律模型Y=1.154 7-0.000 1CA-0.007 2PLAND+0.029 1LSI。進(jìn)而通過(guò)地理加權(quán)回歸探討了兩者的空間分布規(guī)律，最終提出三維綠量核心景觀指數(shù)CA、LSI、COHESION緩解氣溶膠污染的調(diào)控策略。可為緩解氣溶膠污染角度的三維綠地布局及其優(yōu)化提供理論參考。不足之處在于未考慮雨雪天氣和季節(jié)因素的影響，也未考慮植被種類/群落的差異化影響。后續(xù)研究可從以下幾個(gè)方面開展：1)從不同氣候區(qū)進(jìn)行更廣泛的探討；2)在城市或街區(qū)尺度進(jìn)行針對(duì)行政管理單元的具體調(diào)控策略研究；3)結(jié)合區(qū)域林業(yè)普查資料，研究不同植物林分對(duì)氣溶膠污染的差異影響。

注：文中圖片均由作者繪制。