城市生态系统结构与功能专题讲座

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1、1城 市 生 态 学 第三讲 城市生态系统结 构与功能2第三讲 城市生态系统结构与功能 一、城市生态系统的概念与结构 二、城市生态系统的功能 三、城市生态流 四、城市生态系统的特性 五、城市生态位与城市生态演替第一节 城市生态系统的 概念与结构4一、城市生态系统的概念 城市是人类技术进步、经济发展和社会 文明的结晶，是加工物资、提练信息的 高效场所。与乡村相比，城市是人口、 物资高度密集，环境改变十分激烈的人 工生态系统。城市由“城”和“市”组成“日中为市，各易而退，各得其所”6一、城市生态系统的概念 城市生态系统是城市空间范围内的居民与自然 环境和人工建造的社会环境相互作用形成的统一体 ，属

2、人工生态系统。由于以人的生产和生活活动为核心，城市在自然生 态系统的基础上，增加了社会和经济两个子系统， 我们称其为社会 - 经济 - 自然复合生态系统 。在此复合系统中，最活跃的积极因素是人，最强 烈的破坏因素也是人。城市生态系统既是自然生态系统发展到一定阶段的 结果，也是人类生态系统发展到一定阶段的结果。7一、城市生态系统的概念 城市生态系统兼有复杂的社会属性 和自然属性两方面的内容：一方面 ，人是社会经济活动的主体，以其 特有的文明和智慧驱使大自然为自 己服务，使物质生产和生活水平以 正反馈为特征持续上升；另一方面 ，人毕竟是大自然的一员，其一切 宏观性质的活动，都不能违背自然 生态系统

3、的基本规律，都受到自然 地理条件的负反馈约束和控制。这 两种力量间的基本冲突，正是复合生态系统的一个最基本的特征。 。8二、 城市生态系统的结构城市生态系统社会、经济系统自然系统生物部分非生物部分生物部分 非生物部分 城市人群 人工栽培植物饲养动物各种产业部 城市建筑物、公 共设施 各种污染物及 公害陆地生物群落 水生生物群落植物群落 动物群落 微生物群 光、 热、 大气、 水、 岩石、 土壤行道树人工林家庭养的鱼、 鸟 公园中的动物 水生植物群落 水生动物群落 水生微生物群落 天然森林 灌丛杂草 群落 栖息在居 民区周围 的动物群 其它动物 群体空气中的 微生物 土壤中的 微生物 图1-1

4、城市生态系统构成（引自金岚等，1992）9 城市生态系统可分为社会、经济、自然三个 亚系统，各个亚系统又可分为不同层次的子 系统，彼此互为环境。城市生态学要研究的 就是这些不同层次内各组分间相生相克的复 杂关系。 1. 自然生态亚系统以生物结构及物理结构为 主线，它以生物与环境的协同共生及环境对 城市活动的支持、容纳、缓冲及净化为特征 。 2. 社会生态亚系统以人口为中心，它是高密 度的人口和高强度的生活消费为特征。二、 城市生态系统的结构103. 经济亚系统以资源（能源、物资、信息资 金等）为核心，以物资从分散向集中的高密度 运转，能量从低质向高质的高强度集聚，信息 从低序向高序的连续积累为

5、特征。 总之，自然子系统是基础，经济子系统是命脉 ，社会子系统是主导。它们相辅相成、相生相 克，导致了城市这个复合体复杂的矛盾运动。 二、 城市生态系统的结构11 1. 自然生态亚系统 城市的有形部分是自然生态亚系统，它可分为物 理结构和生物结构两部。 1.1 城市生态系统的物理结构 城市是存在于地球表面并占有一定地理空间的一 种物质形状，其物理结构包括自然环境和人工环 境两部分： 二、 城市生态系统的结构12 1.1.1 城市的自然环境 城市地貌 城市气候 城市水文 城市土壤 城市大气二、 城市生态系统的结构城市小气候最突出的表现是“热岛效应”，即 市区温度比郊区高，市中心比一般市区高； 城

6、市愈大表现愈突出。13 城市的热量平衡与城市热岛效应热量平衡 人为热的大量输入: 工业生产、家庭 炉灶、空调制冷、机动车排放、冬季 取暖等 下垫面导热率高出乡村3倍, 热容量较 乡村大1/3倍, 因而贮热量大热收入远高于乡村二、 城市生态系统的结构14城市热岛效应 城市热岛(urban heat island)城市内部 气温比周围郊区高的现象，城市气候中最典 型的特征之一，无论是在中高纬度或低纬度 地区，这一现象均普遍存在。 城市热岛效应可以从两个方面来分析： 同一时间城市和郊区气温的对比 同一城市历史发展过程中气温的前后对比二、 城市生态系统的结构15城、郊气温对比Tu-r热岛强度=同时间同

7、高度(离地 1.5m)热岛中心与近郊的气温差值。 “城市热岛”矗立在农村较凉的“海洋”之上, 国内外均如此: 冬季傍晚上海市区比郊外要高25C; 巴黎城中心年均温比郊区高1.7C二、 城市生态系统的结构城市生态学 第一讲16城市热岛温度剖面示意图二、 城市生态系统的结构城市生态学 第一讲17二、 城市生态系统的结构18城市发展过程中气温的前后对比 随城市化发展, 市区呈现出越来越暖的趋势. 如东京历史时期气温逐年变化可分三个阶段 19201942年: 气温变化趋势逐年上升(城市 发展) 19421945年: 气温变化趋势逐年下降(值第 二次世界大战期间, 东京城市受到大规模的 破坏, 城市热岛

8、效应不存在) 19451967年: 气温变化趋势逐年上升(战后 城市建设迅速恢复, 气温又开始回升)二、 城市生态系统的结构19城市热岛强度的变化周期性 日变化: 夜晚强, 白昼午间弱 年变化: 冬秋两季比夏春两季表现更明显, 可能归因于冬季城市取暖耗能较多, 释放 大量人为热量 周变化: 明显受工休日周期影响, 周末弱, 周内强二、 城市生态系统的结构城市生态学 第一讲20维也纳城市和郊区气温差值的日变化21美国两座城市冬季热岛强度Tu-r()的周变化22 非周期性 临界风速：风速大则热岛效应小，超 过临界风速时则消失 云量：强热岛大多出现在无云的天气 状态下北京地区热岛消失的临界风速二、

9、城市生态系统的结构23 城市热岛强度的地区差异城市热岛强度与城市的布局形状、城市地 形等有密切关系。团块状紧凑布局，城中 心增温效应强。条形分散结构，城中心增 温效应弱。 盆地或凹地，由于风速小， 热岛效应特别强，这里不仅抵消了冷空气 的下沉作用，反而成为最暖的热岛中心 城市规模（面积、人口及其密度等）对热 岛强度亦有影响二、 城市生态系统的结构24城市规模与城乡气温(夜晚)差别的关系25 城市附近自然景观以及城市内部下垫面性质 亦对城市热岛强度起一定作用。无绿化的宽 阔街道和广场，到中午时剧烈增温，在夜里 又急剧冷却，气温日振幅最大。林荫道和有 绿化的广场白昼较凉爽，气温的日振幅较小二、 城

10、市生态系统的结构26上海市区公园同其附近街道的气温平均差值()27表1-1 各类环境中颗粒物数量的比较（微粒数/立方厘米空气）平 均最 大最小绝对绝对 最大城 市 小城镇镇 农农 村 海 岸 海 洋147000 34000 9500 9500 940379000 114000 66500 33400 468049000 5900 1050 1650 8404000000 400000 336000 150000 39800微粒是指直径 1964年，分别增长9.03%，3.95%和 8.1%； 50s和60s生育高峰的结果：1990年 1964年，较有大幅度的增长(高出 17%)，1990年 1

11、982年，比重达到66.3%， 显示出男女劳动力资源非常富足。老年人口占总人口的比重:1990年1982年1964年，反映出居民生活水 平提高，医疗保健事业发展，人口寿命有所 延长；同时也提示我们：北京市人口开始出 现老龄化迹象。二、 城市生态系统的结构59二、 城市生态系统的结构一个地区人口的自然结构，与该地区人口负荷 量的变化、劳动力资源余缺程度、被抚养人口 的增减等有十分密切的关系，是一项非常重要 的社会经济发展因素指标，也是在城市规划与 建设中，规划各类(针对不同年龄人口的)服务 设施(如托儿所、幼儿园、中小学、医院、养 老院等)的重要依据。60l2.3 人口的社会构成包括人口的社会分

12、布、职业构成、民族组成 等。 可被分为三大类: 基本人口: 工矿交通企业、行政机关事业单位 及高等院校在册人员，对城市规模起决定性 作用； 服务人口: 指为本地区服务的企业单位、文教 、医疗和商业单位的在册人员； 被抚养人口: 未成年、未参加工作和丧失劳动 能力的人。二、 城市生态系统的结构61 城市规划部门一般将人口比例控制在 基本人口: 30%40% 服务人口: 12%20% 被抚养人口: 45%50%二、 城市生态系统的结构62根据劳动职工按国民经济部门统计的九大部类, 又可将城市人口分为: 生产性劳动人口: 工业职工、基本建设职工、农 林水职工、交通邮电职工； 非生产性劳动人口: 商业

13、服务系统职工、城市公 用事业职工、科教、文化、卫生部门职工、金 融部门职工、国家机关与人民团体的职工； 非劳动人口: 除上述两类外不从事社会劳动人口 ；城市劳动人口比例一般应占在45%60%左右。二、 城市生态系统的结构63 人口密度单位面积空间内生存容纳的居民人口数,， 是区分城市大、中、小等级的主要依据； 城市人口密度也说明区域的拥挤程度，间接地反映着 城市的环境质量； 人口密度大是我国城市人口的一大特点: 如北京市1995 年底已达1 251.1万人，平均745人/km2，其中城区人口 密度超过15 000人/km2 。二、 城市生态系统的结构64 与人口密度相关的问题是城市人均用地状况

14、: 英国每人大于100m2 美国每人大于150m2 俄罗斯每人大于200m2 我国1985年全国城市用地为每人73m2, 上海每人仅为 26m2 。 我国城市在用地的比例上, 工业用地偏大, 生活用地 偏紧。二、 城市生态系统的结构65 针对人口密度的高低对城市生态系统的利弊，存在 两种截然相反的观点: 一派认为: 传统的生理、心理和社会学观点表明: 人 口密度增加将加重人的生理和精神压力，降低生活 水平，恶化环境质量，使犯罪率上升等； 另一派提出: 适当增加人口密度，将有助于降低按 人口平均的资源消耗和环境影响，减少运输量，节 约能源，充分发挥城市功能，提高经济效益。二、 城市生态系统的结构

15、66 事实上，这里牵涉到一个适度人口密度的问题: 固 然人口密度增加，有利于降低按人口平均的资源消 耗和环境影响，提高经济效益；然而过高的人口密 度，必然造成人的生理和精神负担加重，从而使人 的生活质量和工作效率降低，甚至罹患疾病，到头 来仍然会使城市背上沉重的经济包袱。二、 城市生态系统的结构67l 3. 经济生态亚系统 3.1 系统基本结构 城市是一个以人为中心的自然、经济与社会 的复合人工生态系统，其中城市社会经济亚 系统涉及到城市居民的物质生活与精神生活 诸方面，主要由生产、流通和消费三大系统 构成。二、 城市生态系统的结构68城市社会经济系统的结构69l 3.2 社会经济发展的需求一般是先物质后精神： 物质生产部门的结构和布局与城市经济发展、城市 环境质量以及居民生活等关系密切。 非物质生产部门的发展和消费系统的完善，随现代 化工业与社会的发展、居民生活水平的提高，从而 对居住环境及生活服务的追求多样化而发展。二、 城市生态系统的结构70l 4 城市生态系统的人文环境 城市人文环境是指以文化积淀为背景，以物质设施为载体，以人际交往、人际关系为核心的 城市社会环境。从总体来看，较之自然环境，人 文环境更具有复杂性、变动性和可塑性。城市人 文环境是使整个城市活跃起来的灵魂。 二、 城市生态系统的结构71l 4.1城市是人类文化的凝聚点和闪光点 4.1.1 城市文明是