摘要
全球变暖已成为威胁人类社会和生态系统的关键环境问题。碳循环的变化与全球气候变化密切相关。城市蓝绿空间自然生态系统是城市碳汇的主要来源，也是全球生态碳汇的重要组成部分。城市绿地和河流耦合地区可以对城市碳汇效应产生积极影响。对城市滨水绿地进行合理的空间配置与格局变化，能有效引领破解城市“双碳”困局，降低城市热岛效应、减缓气候变化，营造和谐优美的人居环境。 本研究选取上海市 12 块典型城市滨水绿地，其中包括浦西和浦东片区各 6个地块，分别模拟具有四季特征的滨水绿地碳浓度分布状况。通过结合无人机航拍影像数据、高清卫星影像和人工实地踏勘，对其空间形态与结构特征进行定量化描述，选取空间格局指标因子包括：乔木面积占比(AR)、灌木面积占比(SR)、草地面积占比(HR)、道路面积占比(PR)、旷地面积占比(OR)、郁闭度(Cd)、开敞空间高宽比(H_W)、绿量密度(Gb)、距水距离(D)和斑块聚集度(Co)。采用基于土壤-植被-大气之间具有气候动力学交互作用的动态模拟分析软件 ENVI-met 5.5.1，得到生物物理指标因子包括光合有效辐射(PAR)、气孔阻力(Sr)、蒸腾通量(Vf)；环境指标因子包括湍流动能(TKE)、地表反照率(Albedo)、土壤湿度(Sm)；微气候指标因子包括气温(T)、相对湿度(RH)和风速(Ws),结合随机森林(RF)模型和SHAP可视化，研究城市蓝绿空间的碳汇时空分布、边际效应阈值以及机理互动。 研究分三种情境对滨水绿地减碳效应进行比较研究。(1)有无河流经过的绿地对比，发现有水体的绿地空间整体碳浓度会低于无水体的绿地，尤其是靠近水体的区域。(2)对下垫面土壤的相对湿度进行不同参数调整，适宜的土壤湿度对植被光合作用起到正向影响，过高的土壤湿度则增加了土壤自身呼吸作用，释放了更多的二氧化碳，阻碍植被光合作用。(3)对分析滨河两侧绿地与单侧绿地模拟后的减碳效应，发现设计如“绿色空间-蓝色空间-绿色空间”多形态、多层次的复合空间结构，可以发挥蓝绿空间碳汇耦合效应的最大化。城市微尺度滨水绿地的减碳效应受空间因子影响，研究结果表明：(1)距水距离对滨水绿地减碳效应影响最大，滨水距离因子对绿地减碳影响的贡献率达到20%。绿色植物空间因子乔木比例和绿量对于绿地减碳能力的总贡献率超过25%。一年四季中，灌木面积占比、草地面积占比和旷地面积占比对滨水绿地减碳能力的贡献率较小。(2)当乔木面积比例超过 56%，郁闭度大于 0.55，绿量密度大于 1.05 m3/ m2时，滨水绿地的水绿协同减碳效果最佳。当乔木斑块内聚力指数为98.5，乔木面积比例为65%，在距离河流125m处，滨水绿地的水绿协同减碳效应达到边际阈值。(3)具有高集聚度、高郁闭度、高绿量密度和高乔木面积比例空间特征的植景空间常常具有最佳的减碳效果。 城市蓝绿空间减碳过程不仅仅体现在空间形态结构要素的分层物质空间互动耦合机制，还体现在动态碳循环的传输机制。研究结果可以看出：(1)微气候因子中相对湿度和风速与碳浓度呈负相关的关系，气温为正相关的关系。适宜的温湿度和风速对滨水绿地空间内部的碳循环具有正向反馈影响。(2 生物环境因子主体数据与碳浓度呈负相关的关系。良好的生物环境能促进植被的光合速率，减少空气中的二氧化碳。(3)植被通过对自身生理因子的调节，影响了叶片中的叶绿素对空气中的二氧化碳的吸收和氧气的释放。当气孔阻力是 40m/s 和蒸腾通量是 0.012g/kg*m/s，滨水绿地水绿协同减碳效应达到边际阈值。(4)绿色植物空间因子直接对自身生理指标的调节去影响滨水绿地碳循环。郁闭度对碳循环互动影响机制是通过影响风速和湿度，进而影响了植被自身的光合有效辐射和气孔阻力，再通过自身生理的改变影响了滨水绿地内的碳循环。蓝-绿空间耦合因子对碳循环互动影响机制是通过改善空间内的气温、相对湿度和土壤湿度，进而增加了植被的蒸腾通量，进而推动滨水绿地内的碳循环。
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