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          華東師范大學發佈未來85年全球城市擴張預測

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            今天我們迎來瞭第51個“世界地球日”,“珍愛地球,人與自然和諧共生”是今年的主題。經濟的高速發展為環境保護提出一個又一個新的難題,城市的擴張是否影響全球能量循環與可持續發展?華東師范大學地理科學學院黎夏教授團隊最新成果,給出答案。

           

           

            2100年的世界城市空間擴展是怎樣的?

            《自然通訊》(Nature Communication)最近刊發瞭華東師大地理科學學院黎夏教授團隊在全球氣候變化領域重要研究進展:預測至2100年,五種情景下全球城市用地空間格局演變,以及對生態環境的影響。城市用地雖然占全球陸地面積較小,卻對全球能量循環和人類可持續發展存在深遠影響。

            該研究通過對英國倫敦、美國紐約和中國長三角地區這三個全球超大城市群在2100年城市用地空間擴展概率分佈後得出結論:未來全球主要經濟體的城市擴張都將發生在大型城市群區域,並展現出高度的邊緣性擴張特征。

            此項研究根據聯合國政府間氣候變化專門委員會(IPCC)制定的最新全球氣候情景框架——共享社會經濟路徑(SSPs)展開研究。SSPs框架描述瞭未來一個世紀內全球的社會、經濟、人口以及能源需求和技術在將如何發生變化,包括:SSP1可持續發展路徑、SSP2中間路徑、SSP3區域競爭路徑、SSP4不均衡路徑以及SSP5化石燃料發展路徑五種未來情景。

            ▲SSP情景下全球及典型區域的城市用地需求量預測

            基於未來情景,本次研究預測瞭2015~2100年全球城市用地的空間演化格局,並討論瞭對全球生態環境影響,展示瞭全球主要經濟體在未來五種情景下,城市發展的預測路徑。

            如在中國,預計城市用地需求將在21世紀40年代前迅速增長,此後城市用地需求將急劇下降。對美國而言, SSP1、SSP2和SSP5情景下城市用地需求將持續上升,而在SSP3和SSP4情景下則從21世紀50年代和80年代分別開始出現下降趨勢。與中美不同,拉丁美洲的低收入國傢(LAM-L)的城市發展軌跡有著顯著的差別。SSP3和SSP4情景產生的城市用地呈線性快速增長趨勢,而SSP1和SSP5情景下需求量最小。

            與國際同行研究相比,此研究首次將未來全球城市模擬的空間分辨率提升到1公裡尺度,以2015年為起點,以10年為時間單位模擬2015~2100年公裡分辨率尺度下未來全球城市用地擴展。為瞭評估模擬結果的空間不確定性,研究對每個情景進行瞭100次重復模擬,模擬結果的疊加分析可確定空間中每個位置出現城市用地的概率。

            ▲2100年全球三個超大城市群的城市用地空間擴展預測

            同時,考慮到瞭不同區域由於人口趨勢下降帶來的增長停滯問題,該研究修正瞭已有研究中對未來全球城市擴張需求的高估問題,並據此分析瞭城市收縮。

            通過研究美國、德國等城市破敗後的典型案例,發現城市收縮並不必然導致從城市到非城市的大規模土地轉換,更可能表現為對建成區的廢棄。

            此外,研究還探討瞭未來城市擴張對森林,農田、生態系統服務以及糧食安全的影響。預計未來全球城市擴張將導致糧食產量下降約1~4%,約等於每年1.22~13.89億人的糧食需求。

            而且,糧食產量損失還將主要發生在氣候、土壤等農業條件優越的地區,揭示瞭保護肥沃和優質農田的重要性,合理規劃和管理城市土地將是減少未來糧食產量損失的關鍵措施。

            ▲Nature Communication在線刊發此項研究

            “此項工作是全球氣候變化研究中有關土地系統變化的重要組成部分。土地系統中的城市用地作為人類活動的結果以及主要場所,預測其在未來多種情景下的變化趨勢有助於理解人類城市化過程以及全球環境變化響應,對實現聯合國提出的可持續發展目標也具有重要意義。”論文第一通訊作者,華東師范大學地理信息科學教育部重點實驗室全球變化觀測、模擬與應對方向負責人黎夏教授說。

            該項研究是黎夏團隊開展的全球土地利用變化研究相關工作的一部分。論文第一作者為黎夏教授指導的中山大學在讀博士生。其他作者包括第二通訊作者劉小平教授、第三通訊作者陳逸敏副教授,以及耶魯大學的黃康寧博士,他們也是黎夏教授團隊成員。

            該研究是華東師范大學、中山大學、廣東南海海洋研究所、中國地質大學(武漢)、北京師范大學、多倫多大學(University of Toronto)、南京大學、耶魯大學(Yale University)等多傢單位共同合作完成。

            其中華東師范大學地理科學學院為該論文的第一通訊單位。該研究已於2020年1月27日正式刊發於《自然通訊》(Nature Communication),反映瞭中國學者參與全球變化研究所做的貢獻。