城市生态学本原理

简单回顾生境生境 生境指的是在一定时间内对生命有机体生活、生长发育、繁殖以及对有机体存活数量有影响的空间条件及其他条件的总和。生态因子生态因子 组成生境的各种要素构成称为生态因子，包括非生物因子、生物因子和人为因素。生态位生态位 “生态位”（niche）指物种在群落中在实践、空间和营养关系方面所占的地位。生态系统生态系统 生态系统是指一定范围内的生物有机体（包括动物、植物和微生物等）及其生活的周围无生命环境（包括空气、水、土壤等）所组成的统一体。生态系统平衡生态系统平衡 “生态平衡是生态系统在一定时间内结构与功能的相对稳定状态，其物质和能量的输入、输出接近相等，在外来干扰下，能通过自我调节（或人为控制）恢复到原初稳定状态。当外来外来干扰超越了生态系统的自我调节能力，而不能恢复到原初状态谓之生态失调，或生态平衡的破坏。生态平衡是动态的。”第三章 城市生态学基本原理第一节 城市生态系统及其特征第二节 城市生态系统的非生物环境第三节 城市生态系统的生物环境第四节 城市生境与生境制图第五节 城市生态系统的生态流第六节 城市生态系统的系统分析第七节 城市生态系统的动态发展第一节 城市生态系统及其特征城市生态学的研究对象是城市生态系统城市生态学的研究对象是城市生态系统 城市具有生态系统的一般特征，它既有动物、植物、微生物和人类等生物有机体以及围绕着它们的空气、水、土壤等无机环境，同时其中也执行着物质循环、能量流动和信息传递等功能，所以城市也是一种陆生生态系统。 此外，城市生态系统是人为改变了结构、改造了物质循环和部分改变了能量转化的、长期受人类活动影响的、以人为中心的陆生生态系统。城市生态系统的特征城市生态系统的特征城市生态系统的特征城市生态系统的特征 城市生态系统是人工生态系统，人是这个生态系统的核心和决定因素。城市生态系统是人工生态系统，人是这个生态系统的核心和决定因素。 城市生态系统是消费者占优势的生态系统。城市生态系统是消费者占优势的生态系统。 城市生态系统是分解功能不充分的生态系统。城市生态系统是分解功能不充分的生态系统。 城市生态系统是自我调节和自我维持能力很薄弱的生态系统。城市生态系统是自我调节和自我维持能力很薄弱的生态系统。 城市生态系统是受社会经济多重因素制约的生态系统。城市生态系统是受社会经济多重因素制约的生态系统。特征一特征二特征三特征四特征五 因此，城市生态系统可以简单的表示为以人群（居民）为核心，包括其他生物（动物、植物、微生物等）和周围自然环境以及人工环境相互作用的系统。城市生态系统示意图城市生态系统示意图城市生态系统的复合特性城市生态系统的复合特性 由于城市生态系统的人为特征以及生活和生产多方面联系的复杂特点，另外一些学者则认为，“城市是人类社会、经济和自然三个子系统构成的复合生态系统”，“是在原来自然生态系统基础上，增加了社会和经济两个系统所构成的复合生态系统”城市生态系统的复合特性城市生态系统的复合特性 城市生态系统是在原来自然生态系统基础上，增加了社会和经济两个系统所构成的复合生态系统。城市生态系统的复合特性城市生态系统的复合特性 城市生态系统又和它周围的农村生态系统结合成为城乡复合生态系统。第二节 城市生态系统的非生物环境城市气候与空气污染城市气候与空气污染 城市形成后，由于密集的建筑物以及水泥、沥青铺设的地面改变了下垫面的性质和城市的空气垂直分层情况，化石燃料的大量使用，造成空气污染，改变了大气组成，同时加强了人为热以及人为水气的影响，导致城市内部气候与周围郊区气候的差异。这种差异不足以改变城市所在低点原有的气候类型，但是在许多气候要素上表现出明显的城市特征。 城市热岛效应城市热岛效应(Urban heat island effect ; effect of heat island ;UHI) 定义一：城市因其下垫面和人类活动的影响，气温比其周围地区偏高的现象。 定义二：城市气候的主要特征之一。由于城市中辐射状况的改变，工业余热和生活余热的存在，蒸发耗热的减少，而形成的城市市区温度高于郊区温度的一种小气候现象。 定义三：热岛是由于人们改变城市地表而引起小气候变化的综合现象，是城市气候最明显的特征之一。由于城市化的速度加快，城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的热容量和吸热率，使得城区储存了较多的热量，并向四周和大气中幅射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现象称之为城市热岛效应。城市热岛效应产生的原因城市热岛效应产生的原因 简单的讲，城市人口密集、工厂及车辆排热、居民生活用能的释放、城市建筑结构及下垫面特性的综合影响等是其产生的主要原因。 气候条件是造成城市热岛效应的外部因素，而城市化才是热岛形成的内因。一般认为，热岛成因有五：原因一 城市内拥有大量锅炉、加热器等耗能装置以及各种机动车辆）。这些机器和人类生活活动都消耗大量能量，大部分以热能形式传给城市大气空间。原因二 城区大量的建筑物和道路构成以砖石、水泥和沥青等材料为主的下垫层： 这些材料热容量、导热率比郊区自然界的下垫层要大得多，而对太阳光的反射率低、吸收率大；因此在白天，城市下垫层表面温度远远高于气温，其中沥青路面和屋顶温度可高出气温817此时下垫层的热量主要以湍流形式传导，推动周围大气上升流动，形成涌泉风,并使城区气温升高;在夜间城市下垫面层主要通过长波辐射,使近地面大气层温度上升。 城市热岛效应产生的原因城市热岛效应产生的原因原因三 由于城区下垫层保水性差，水分蒸发散耗的热量少（地面每蒸发1g水，下垫层失去2.5kJ的潜热），所以城区潜热大，温度也高。 原因四 城区密集的建筑群、纵横的道路桥梁，构成较为粗糙的城市下垫层、因而对凤的阻力增大，风速减低，热量不易散失。 -在风速小于6 m/s时，可能产生明显的热岛效应， -风速大于11 m/s时,下垫层阻力不起什么作用，此时热岛效应不太明显。 原因五 城市大气污染使得城区空气质量下降，烟尘、S02、，N0 x，C0，含量增加，这些物质都是红外辐射的良好吸收者，至使城市大气吸收较多的红外辐射而升温。城市热岛效应的影响城市热岛效应的影响影响一 由于热岛中心区域近地面气温高，大气做上升运动，与周围地区形成气压差异，周围地区近地面大气向中心区辐合，从而在城市中心区域形成一个低压旋涡，结果就势必造成人们生活、工业生产、交通工具运转中燃烧石化燃料而形成的硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物、碳氢化合物等大气污染物质在热岛中心区域聚集，危害人们的身体健康甚至生命。表现在： 大量污染物在热岛中心聚集，浓度剧增，直接刺激人们的呼吸道粘膜，轻者引起咳嗽流涕，重者会诱发呼吸系统疾病。影响二 大气污染物还会刺激皮肤，导致皮炎，甚而引起皮肤癌。有的物质如铬等，若进入眼内会刺激结膜，引起炎症，重者可导致失明。汞的含量较多，可损害人的肾脏，引起剧烈腹痛、呕吐。汞慢性中毒还会损害人的神经系统。城市热岛效应的影响城市热岛效应的影响影响三 长期生活在热岛中心区的人们会表现为情绪烦躁不安、精神萎靡、忧郁压抑、记忆力下降、失眠、食欲减退、消化不良、溃疡增多、胃肠疾病复发等，给城市人们的工作和生活带来说不尽的烦恼。 在中国，素有“火炉城市”之称的南京、武汉、重庆等许多大城市在发展中都不同程度地出现了以上这些现象，所以，城市热岛效应已成为城市发展中应正确面对、亟待解决的问题。新三大火炉。福州、杭州、长沙城市热岛效应的防止措施城市热岛效应的防止措施 1选择高效美观的绿化形式、包括街心公园、屋顶绿化和墙壁垂直绿化及水景设置，可有效地降低热岛效应，获得清新宜人的室内外环境。 2居住区的绿化管理要建立绿化与环境相结合的管理机制斌且建立相关的地方性行政法规，以保证绿化用地。 3要统筹规划公路、高空走廊和街道这些温室气体排放较为密集的地区的绿化，营造绿色通风系统，把市外新鲜空气引进市内，以改善小气候。 4应把消除裸地、消灭扬尘作为城市管理的重要内容。除建筑物、硬路面和林木之外，全部地表应为草坪所覆盖，甚至在树冠投影处草坪难以生长的地方，也应用碎玉米秸和锯木小块加以遮蔽，以提高地表的比热容。 5建设若干条林荫大道，使其构成城区的带状绿色通道，逐步形成以绿色为隔离带的城区组团布局，减弱热岛效应；一、从绿化城市及周边环境方面一、从绿化城市及周边环境方面城市热岛效应的防止措施城市热岛效应的防止措施 1、控制使用空调器，提高建筑物隔热材料的质量，以减少人工热量的排放；改善市区道路的保水性性能。 2、建筑物淡色化以增加热量的反射。 3、提高能源的利用率，改燃煤为燃气。 4、此外，“透水性公路铺设计划”，即用透水性强的新型柏油铺设公路，以储存雨水，降低路面温度。 5、形成环市水系，调节市区气候。 因为水的比热大于混凝土的比热，所以在吸收相同的热量的条件下，两者升高的温度不同而形成温差，这就必然加大热力环流的循环速度， 而在大气的循环过程中，环市水系又起到了二次降温的作用，这样就可以使城区温度不致过高，就达到了防止城市热岛效应的目的。 二、在现有条件下，应考虑：二、在现有条件下，应考虑： 此外，市区人口稠密也是热岛效应形成的重要原因之一。所以，在今后的新城市规划时，可以考虑，在市中心只保留中央政府和市政府、旅游、金融等部门，其余部门应迁往卫星城，再通过环城地铁连接各卫星城。 综上所述，热岛效应给人们带来的危害的确不小，但若能够正确的利用已有的技术，控制城市的过快发展，合理规划城市，这个问题并非不可解决。城市热岛效应的防止措施城市热岛效应的防止措施 城市中，集中的工业、密集的人口以及化石燃料的大量使用，使空气中增加了许多有害成分，高密度的建筑物不利于这些污染物的稀释与扩散，加重了他们的浓度和滞留时间，超过一定数量时，就会对有机体产生不良的影响以致伤害。 城市中空气污染物的来源主要有两种：固定源和流动源。 （1）固定源主要是指污染物从固定地点排放，如发电厂、钢铁厂等各种类型的工厂，从这些固定源向空气中排放的污染物主要是来自煤炭、石油等化石燃料的燃烧，以及工业生产过程中排放的废气。 （2）流动源是指排放污染物的地点不固定的污染源，主要指交通工具，如汽车、火车、飞机和轮船等。这种流动源与工厂等固定污染源相比，虽然排放量小而分散，但数目庞大，活动频繁，排放出来的污染物总量还是不容忽视的。其中，城市汽车是最大的污染源，主要有一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等。城市空气污染城市空气污染城市空气污染城市空气污染插图4-12城市环境对空气污染的影响城市环境对空气污染的影响 城市空气污染程度虽然取决于污染源排放的污染物特性和排放总量，但是它对周围环境造成影响的大小则和气象、地形、地物等因素有关。 首先是风向和风速，风向决定着空气中污染物的输送方向，在污染源下风的地区，空气污染就比较严重，相反，在上风向的地区，空气污染就相对较轻。 风速决定着空气中污染物的扩散稀释速度，风速越大，污染物收到空气稀释作用越大，同时也由于气流扩散增强，污染物与空气的混合加强，所以在基本条件相同时，风速越大，空气中污染物浓度就越低。气象因素地形因素 沿海地形（海陆风），谷地地形（不易扩散）城市地物 建筑物、大小、高度、街道。（街道风）其它污染其它污染 （1）城市水文、水污染（污水处理厂的设置通常在城市主要河流的下游区域；工业废水排放，日本水俣病） （2）城市土壤和土壤污染（近郊城乡结合部的土壤多作为蔬菜和副食品生产基地，由于接近城市，受城市生产和生活影响比较显著，污水、垃圾都影响到土壤，增强了污染） （3）城市建筑和交通。（城市生活居住用地一般占城市总建设用地的30%50%，生态型建筑。）（城市道路，道路网间距，人均路网面积）城市道路用地（%）人均道路面积（）城市道路用地（%）人均道路面积（）城市道路用地（%）人均道路面积（）上海8.34.50巴黎255.9柏林11天津5.17.50华盛顿45东京12.37.55北京215.60纽约3528.00香港5.7伦敦2327.02洛杉矶50大阪13.35建筑生态建筑生态其他污染其他污染 （4）城市噪声污染 噪声污染属于感觉公害，没有什么污染物。城市噪声主要分为交通噪声、工厂噪声和生活噪声。噪声在0120dB(A)的范围内分为三级：级 3059dB(A) ：可以忍受，但已经不舒服，达到40dB(A)时开始困扰睡眠级 6089dB(A)：对植物神经系统的干扰增加，听话困难，85dB(A)是保护听力的一般要求。级 90120dB(A)：显著损害神经系统，造成不可逆的听觉器官损伤。其他污染其他污染 （4）城市垃圾 城市垃圾主要是指城市生活垃圾，不包括工业废弃物。城市垃圾的产生量与居民物质生活水平以及市政建设情况密切相关。第三节 城市生态系统的生物环境 城市生态系统的生物环境主要是关于植物、动物和微生物，重点介绍下城市植物。城市植物城市植物 城市植物最大的特点就是具有显著的人为加工特点。主要分为城市森林、城市草坪、道路植被、灌木、公园绿地等等。城市绿地规划城市绿地规划“城市森林城市森林” “城市森林”位于中国重庆，是一座70层的摩天大楼，由 MAD Architects 为中国设计。 该“城市森林”的设计方案由MAD建筑事务所设计，设计师的设计灵感来源于国画中的多山的景观。这座高耸的商业大楼每层楼都为抽象的曲线形，大楼中心有一个圆柱体结构，每层楼都由玻璃包围作为墙体结构。这种设计增加了建筑的透明性，同时使得每层楼看起来好像悬浮于下面一层之上。建筑总体设计结合绿色的空间和广阔的城市景色，将自然带入到这个大都市之中。 MAD的新作重庆城市森林这座摩天楼设计，高调者说，它是未来高密度城市与重返绿色自然的有机结合，它是绿色立体城市的先驱性试验。但从可行性上讲，它也许只是建筑师的一次理想表达而已。第四节 城市用地分类和城市生境城市生态分区城市生态分区 人为活动对环境的影响强度从城市外围向城市中心不断增加，致使不同地区无论在无机的物理环境和有机的生物环境方面都存在着空间上的差异。 Sukopp在1973年曾将城市按照同结构划分为以下四个区：密集建筑区、稀疏建筑区、近郊区和远郊区。 城市分区在很大程度上是由城市总体布局决定的。而城市总体布局形式，除了受城市性质和规模以及城市发展的经济技术水平制约外，还受自然条件，包括山地、河流等地质地貌的影响，因此，城市分区将直接或间接的对人们在城市中的各种活动产生影响，这是在进行城市总体规划布局时必须考虑的。城市用地类型及其生态特征城市用地类型及其生态特征P140页，附注61某城市规划用地平衡表城市用地分类城市用地分类各类生境类型及特征各类生境类型及特征P141页，表61 本次课堂作业： 城市生境和城市用地类型间的关系？城市生境和城市用地类型间的关系？