1. معرفی
در سال 2013 چین پروژه ملی “پایش شرایط جغرافیایی (GCM)” را راه اندازی کرد. GCM یک نظارت پویا بر قلمرو کشور است. عمدتاً شامل دو مرحله است: مرحله اول شناسایی وضعیت و توزیع فضایی ویژگیهای جغرافیایی طبیعی و فرهنگی مانند رودخانهها و دریاچهها، جنگل، علفزار، شبکه راهها، چیدمان شهری و غیره . دوم تجزیه و تحلیل آماری تغییرات آنها در کمیت و فراوانی، ویژگی های توزیع، تفاوت های منطقه ای، و روند [ 1]. هدف آن انتقال داده های جمع آوری شده از سطح زمین به اطلاعات و دانش است که از توسعه پایدار و تصمیم گیری مبتنی بر شواهد حمایت می کند. از نظر کاربرد، GCM را می توان به سه دسته تقسیم کرد: نظارت بنیادی، نظارت موضوعی و پایش بلایا [ 1] .]. نظارت بنیادی بر تمام ویژگی های جغرافیایی از سطح زمین متمرکز است. این پایگاه داده ها را برای نظارت موضوعی و بلایا فراهم می کند. نظارت موضوعی سطح بالاتری از اطلاعات جغرافیایی است که بر موضوعاتی تمرکز می کند که باعث نگرانی عمومی و دولتی می شود، مانند حفاظت از محیط زیست و مدیریت منابع طبیعی. نظارت بر بلایا به طور منظم انجام نمی شود. اغلب به دنبال حوادث بلایای طبیعی مانند زلزله، سیل، رانش گل، آتش سوزی و خشکسالی است. چنین برنامههای نظارتی برای اطمینان از جریان منافع، یا کنترل شدت و توزیع اثرات منفی پیشبینیشده یا بهویژه پیشبینینشده در صورت وقوع، و احتمالاً برای اطمینان از جبران خسارت مقتضی در جایی که لازم است، طراحی شدهاند [2] .]. معمولاً در مناطق جغرافیایی که در آن توسعه سریع صنعتی یا شهری و/یا تغییرات چشمگیر اجتماعی-اقتصادی در حال وقوع است، مورد توجه است. در چین، GCM به عنوان بخشی از “چین دیجیتال”، چارچوبی برای اطلاعات جغرافیایی مورد نیاز کشور در نظر گرفته شده است. نتیجه GCM را می توان در پلت فرم خدمات عمومی “چین دیجیتال” برای غنی سازی محتوای آن اعمال کرد.
پروژههای مشابهی در سطح ملی در بین سایر کشورها حتی در سطح جهانی آغاز و اجرا شده است. در اواخر قرن بیستم، ایده ایجاد یک شبکه رصدخانه ملی زیست محیطی (NEON) توسط دانشمندان در ایالات متحده تدوین شد. در سال 2006 طرح اولیه نئون تکمیل شد و توسط بنیاد ملی علوم (NSF) ایالات متحده تامین مالی شد. در حال حاضر در مرحله ساخت قرار دارد و در آن یک شبکه ملی برای جمع آوری داده ها و ابرداده ها، نمونه برداری میدانی، پردازش داده ها و تحویل اطلاعات ایجاد خواهد کرد. هدف مدیریت سیستمها و آزمایشهای رصد محیطزیست در مقیاس بزرگ و ارائه دادههای باز و در مقیاس قارهای است که فرآیندهای اکولوژیکی پیچیده و سریع در حال تغییر را مشخص و کمیت میکند [3 ]]. برای ارتباط بین سیستمهای رصدی موجود و متنوع در سراسر جهان، سیستم جهانی مشاهده زمین از سیستمها (GEOSS) برای ارائه دادهها، اطلاعات و تحلیلهای محیطی جامع ایجاد شد. این نه حوزه به اصطلاح «منفعت اجتماعی» را پوشش میدهد: کشاورزی، تنوع زیستی، آب و هوا، بلایای طبیعی، اکوسیستمها، انرژی، سلامت، آب و هواشناسی [4]، و از توسعه سیستمهای جدید در جایی که شکافها وجود دارد حمایت میکند. در اروپا، یک برنامه نظارتی “اطلاعات و شبکه مشاهده محیط زیست اروپا” (EIONET) در سال 1994 تحت چارچوب آژانس محیط زیست اروپا (EEA) تاسیس شد و کشورهای همکار به طور مداوم افزایش یافته است [5 ]]. هدف آن ارائه داده ها، اطلاعات و تخصص به موقع و با کیفیت تضمین شده برای ارزیابی وضعیت محیط زیست در اروپا و فشارهای وارده بر آن است. موضوعات گسترده ای مرتبط با حفاظت از محیط زیست توسط EIONET پوشش داده شده است، مانند آلودگی هوا، تغییرات آب و هوا، حمل و نقل، تنش آبی، کشاورزی، تنوع زیستی، خطرات طبیعی و غیره .. در سال 2003، اتحادیه اروپا (EU) برنامه دیگری را با عنوان “نظارت جهانی برای محیط زیست و امنیت” (GMES) راه اندازی کرد که عمدتا شامل دو نوع خدمات است: نظارت بر سیستم های زمین (شامل زمین، دریایی و جو) و کاربردهای افقی ( از جمله امنیت، اضطراری و تغییرات آب و هوایی). این برنامه برای حمایت از اتحادیه اروپا به عنوان یک بازیگر جهانی طراحی شده است. برای مثال، GMES مشارکت کننده اصلی اروپا در برنامه جهانی ده ساله اجرای GEOSS است. GMES همچنین در گفتگوهای اتحادیه اروپا با ایالات متحده آمریکا، روسیه، چین و هند برجسته شده است [ 6]]. علاوه بر برنامه های ذکر شده در بالا، پروژه های نظارتی با تمرکز بر موضوعات خاص مانند شبکه سیستم های هشدار اولیه قحطی (FEW NET) ایجاد شده توسط آژانس توسعه بین المللی ایالات متحده، شبکه جهانی نظارت بر خشکسالی [7]، و بلایای طبیعی وجود دارد. و نظارت بر تغییر شکل پوسته توسط سازمان اطلاعات مکانی ژاپن اجرا شده است.
در این مقاله، توضیح مختصری و کاربرد برنامه پایش شرایط جغرافیایی چین در منطقه پکن-تیانجین-هبی ارائه شده است. چهار موضوع مهم، یعنیتوزیع سطوح گرد و غبار و صنایع آلاینده، پراکندگی شهری، پوشش گیاهی و فرونشست زمین، از منظر فضایی پایش می شود. هدف مهم GCM حمایت از فرآیند تصمیم گیری حفاظت از طبیعت و برنامه ریزی فضایی است. در این مورد، تحلیلهای جامع بیشتری برای درک نتایج پایش، به ویژه تأثیر منابع آلودگی بر جمعیت و فرونشست زمین بر زیرساختها ضروری است. علاوه بر این، یک تجزیه و تحلیل تجمعی از الگوی تغییر پراکندگی شهری و پوشش گیاهی برای به دست آوردن بینش بیشتری از تأثیرات انسانی بر سطح زمین انجام شده است.
2. مبنای روش شناختی برای نظارت موضوعی در مقیاس منطقه ای
2.1. منطقه مانیتورینگ
منطقه پکن-تیانجین-هبی (BTH) یک تراکم شهری واقع در شمال چین است، شامل شهرهای بزرگ پکن و تیانجین، و چندین شهر از استان هبی، به عنوان مثال، شیجیاژوانگ، بائودینگ، تانگشان و غیره ( شکل 1 ) . . جمعیت آن تقریباً 110 میلیون نفر است و 218000 کیلومتر مربع را پوشش می دهد . در سال 2014، تولید ناخالص داخلی منطقه BTH سالانه حدود 6.65 تریلیون یوان بود که در 20 تراکم شهری چین در رتبه سوم قرار گرفت. به عنوان مرکز سیاسی، اقتصادی و فرهنگی چین، توسعه یکپارچه BTH به عنوان یک استراتژی ملی تعیین شد. در حال حاضر، منطقه BTH در حال تجربه شهرنشینی سریع با رشد سالانه است . 1.38٪ [ 8]. با توجه به داده های تاریخی و سیاست های آتی، افزایش قابل پیش بینی شهرنشینی و رشد اقتصادی در این منطقه ادامه خواهد داشت و به تبع آن نیاز به فضا و منابع فشار زیادی بر محیط زیست وارد می کند. با این پیشینه، برنامه پایش را در این منطقه با تمرکز بر چهار موضوع: توزیع سطوح گرد و غبار و صنایع آلودگی، پوشش گیاهی، پراکندگی شهری و فرونشست زمین اجرا کرده ایم. دوره نظارت از سال 1990 تا 2014 بسته به در دسترس بودن داده ها برای هر موضوع نظارتی را پوشش می دهد.
2.2. رویکردهای نظارت موضوعی
2.2.1. مانیتورینگ سطوح گرد و غبار و صنایع آلودگی
شهرنشینی و صنعتی شدن سریع منجر به ظهور منابع آلودگی صنعتی و ساخت و ساز در کل چین [ 9 ]، به ویژه در منطقه BTH می شود. سطوح گرد و غبار و صنایع آلودگی، که اغلب به عنوان منابع اولیه ذرات ریز شناخته شده اند (به عنوان مثال، PM 2.5 ) [ 10 ، 11 ، 12 ، 13]، هم توجه دولت و هم مردم را به خود جلب می کند. در این برنامه مانیتورینگ، سطوح گرد و غبار به عنوان انواع پوشش زمین در نظر گرفته می شود که می تواند گرد و غبار زمینی را به اتمسفر ایجاد کند که توسط باد یا سایر اثرات دست ساز انسان، از جمله میدان معدن باز، سطح شمع، سطح ساختمانی، سطوح برهنه، سطوح لگدمال غلتشی، تولید می شود. و سایر سطوح گرد و غبار. صنایع آلاینده شامل ذوب فولاد، نیروگاه های حرارتی، سیمان، کارخانه های پتروشیمی، شرکت های فلزات غیرآهنی، معدن زغال سنگ، کاغذ سازی و شرکت های تولید دارو می باشد.
اطلاعات آدرس صنایع آلاینده در پایگاه واحد تجاری ثبت شده است، اما فضایی نیست. کاری که ما انجام دادهایم این است که هر آدرس صنایع آلاینده را بر اساس دادههای اطلاعات جغرافیایی پایه بر روی نقشه قرار داده و به صورت نقاط نشان داده شده است. سطوح گرد و غبار به صورت دستی از تصاویر با وضوح بالا در سال 2007 و 2013 شناسایی شده است. حداقل واحد نقشه برداری از سطوح گرد و غبار 1600 متر مربع است.. عکس های هوایی به عنوان منابع داده در پکن و تیانجین استفاده می شود. داده های چند طیفی SPOT5 و تصاویر Resources III برای استان هبی استفاده می شود. نتایج سال 2013 با بررسی در محل با حداقل 5 درصد نمونه برای هر دو صنعت سطح گرد و غبار و آلودگی تایید شده است. نتایج سال 2007 توسط تصاویر با وضوح بالاتر از همان دوره و داده های اطلاعات جغرافیایی موجود تأیید می شود. در پایان، نقشه های توزیع سطوح گرد و غبار و صنایع آلاینده در BTH برای سال های 2007 و 2013 (چند ضلعی برای سطوح گرد و غبار و نقاط برای صنایع آلاینده) تهیه شده است. نسبت مساحت سطح گرد و غبار و تراکم صنایع آلودگی به سادگی به عنوان شاخص هایی برای توصیف توزیع فضایی دو نوع منبع آلودگی پذیرفته می شود (جزئیات را در جدول 1 ببینید.).
2.2.2. نظارت بر گسترش شهری
متفاوت از منطقه اداری شهرها، منطقه شهری به طور خاص بر اساس ترکیب عملکردی الگوهای شهری در GCM طراحی شده ما تعریف شده است. در این برنامه، اصطلاح شهری به عنوان محدوده ای در نظر گرفته می شود که در داخل مرز اداری قرار گرفته و از مرکز شهر تا پیوستار روستایی-شهری از طریق امتداد حاشیه، امتداد محور یا گسترش چند مرکزی شکل می گیرد. پراکندگی شهری را می توان تحت چندین دیدگاه تعریف کرد [ 18 ، 19 ]. جیگر و همکاران [ 20] آن را به عنوان وضعیت (منفی) منطقه ساخته شده و پراکندگی آن در چشم انداز تعریف می کند. در مورد ما، پراکندگی شهری صرفاً به معنای روند گسترش منطقه شهری است. برای سال 1990 تصاویر لندست به عنوان داده های پایه انتخاب شده و از عکس های هوایی با وضوح بالا (<1 متر) برای سال های 2002 و 2013 استفاده شده است. سپس منطقه شهری با تفسیر بصری با کمک مواد تکمیلی اضافی مشخص می شود. از جمله دادههای اطلاعات جغرافیایی پایه، مانند نقشههای کاربری اراضی موجود، نقشههای شهرسازی، نقشهبرداری کاداستر و دادههای نقشهبرداری. آماده سازی داده ها زمان بر است، زیرا 153 شهر در BTH به صورت جداگانه پردازش خواهند شد، از جمله شهرداری ها، مرکز استان، شهرهای سطح استان و شهرهای سطح شهرستان.21 ]. شاخص بعد فراکتال شهری (UFD) برای مشخص کردن شکل فضایی منطقه شهری [ 22 ] اتخاذ شده است. علاوه بر این، یک شاخص ضریب (ضریب هماهنگی گسترش شهری، UECC) برای ارزیابی میزان هماهنگی بین گسترش زمین شهری و رشد جمعیت استفاده شده است. تعاریف تفصیلی شاخص ها برای تحلیل کمی پراکندگی شهری را می توان در جدول 1 یافت .
2.2.3. نظارت بر پوشش گیاهی
سنجش از دور ابزاری موثر برای مشاهده فراوانی، توزیع و تکامل ویژگیهای بیوفیزیکی پوشش گیاهی است که میتواند به عنوان شاخصی برای تخریب زمین در نظر گرفته شود [ 23 ، 24 ]. پوشش گیاهی کسری (FVC)، نسبت پوشش گیاهی که یک واحد سطح را اشغال می کند، به عنوان یک پارامتر مهم برای توصیف شارهای انرژی و جرم در سطح زمین، امکان ارزیابی و نظارت بر تغییرات در خواص بیوفیزیکی تاج پوشش را فراهم می کند [25] .]. برای نظارت بر پوشش گیاهی، تصاویر Landsat با وضوح 30 متر برای سال های 2002، 2006، 2010 و 2013 به عنوان منابع داده اصلی در منطقه BTH استفاده می شوند. به منظور اجتناب از تغییر فنولوژیکی، تمام تصاویر در طول ماه جولای تا اکتبر جمع آوری می شوند. در محدوده ششمین حلقه از تصاویر SPOT با وضوح 10 متری پکن که در طول ماه آگوست تا سپتامبر به دست آمده استفاده می شود. عملیات پیش پردازش لازم بر روی تصاویر اعمال شده است. به عنوان مثال، تصاویر SPOT از نظر هندسی با استفاده از نقاط کنترل زمین و نقشه های توپوگرافی در مقیاس 1:50000 تصحیح می شوند و همه تصاویر با استفاده از سیستم هماهنگی یکسان (CGCS2000) نمایش داده شده اند. تصحیح جوی بر روی تصاویر Landsat بر اساس مدل FLAASH در ENvironment for Visualizing Images (ENVI، بولدر، کلرادو، ایالات متحده آمریکا) اعمال می شود. سپس، آنها توسط طرح کلی منطقه BTH موزاییک شده و بریده شده اند تا تصویر کامل منطقه مورد مطالعه را تشکیل دهند. تخمین FVC بر اساس مدل پیکسل کمرنگ با استفاده از تصاویر سری بلند مدت [26 ، 27 ]. پارامترهای مورد استفاده در این مدل با بررسی در محل، معمولاً با نمونههای سکونتگاههای روستایی، مزارع ذرت و گندم، باغها، خاک شور و زمینهای کشاورزی سبزی تطبیق داده میشوند. تعدادی از 5950 نمونه پوشش گیاهی از سایت هایی با پوشش گیاهی 100 درصد انتخاب شده و 6183 نمونه خاک لخت برای منطقه BTH انتخاب شده است ( شکل 2 a,b را ببینید). در حلقه ششم پکن، تعداد کل 413 نمونه در اندازه 6 متر جمع آوری شده است. ×6 متر ( شکل 2 ج). برخی از نمونهها بعداً برای اعتبارسنجی دقیق استفاده میشوند. برای اعتبار سنجی تاریخی، تصاویر با وضوح بالاتر از همان دوره و داده های اطلاعات جغرافیایی پایه موجود برای نمونه برداری و تأیید استفاده می شوند. برای ارزیابی بیشتر الگوی تغییر FVC در BTH، شیب مقادیر FVC برای تصاویر سری زمانی برای توصیف روند تغییر پوشش گیاهی استفاده میشود. برای تعاریف دقیق شاخص های مورد استفاده برای پایش پوشش گیاهی، جدول 1 را ببینید .
2.2.4. پایش فرونشست زمین
فرونشست زمین، نشست تدریجی یا فرو رفتن ناگهانی سطح زمین به دلیل حرکت زیرسطحی مواد زمین است. علل رایج تراکم سیستم آبخوان، زهکشی خاکهای آلی و استخراج معادن زیرزمینی است [ 28 ، 29 ، 30 ]. مناطق تحت تاثیر فرونشست دیفرانسیل سریع از آسیب به زیرساخت ها رنج می برند. پیامدهای غیرمستقیم نیز شامل کاهش منابع آب، افزایش خطر سیل، و آلودگی آب است که همگی جان انسان ها را به خطر می اندازند و منجر به بار مالی سنگین برای ادارات دولتی محلی می شوند [31 ] .
برای اندازهگیری فرونشست زمین، دادههای رادار دیافراگم مصنوعی (SAR) با وضوح نسبتاً بالا توسط نرمافزار خود طراحی «سیستم نقشهبرداری تغییر شکل زمین با InSAR (GDEMSI)» استفاده و پردازش میشوند. ثابت شده است که ترکیب تصاویر SAR/InSAR در نظارت بر تغییر شکل زمین موثر است [ 32 ، 33 ]. تصاویر ERS-1/2 SAR و ENVISAT ASAR با وضوح 20 متر برای نظارت بر فرونشست زمین در منطقه کلیدی منطقه BTH از دوره 1992-2010، از جمله مناطق دشتی پکن، تیانجین، بائودینگ، لانگ فانگ و تانگشان استفاده میشوند. حدود 50000 کیلومتر 2. تصاویر RadarSAT-2 SAR با وضوح 30 متر برای نظارت بر منطقه اصلی در BTH، از جمله مناطق دشتی از استان پکن و هبی، و شهر تیانجین، که دوره 2011 تا 2014 را پوشش می دهد، استفاده می شود. TerraSAR-X، COSMO- با وضوح بالا. تصاویر SkyMed SAR با وضوح 3 متر به ویژه برای پایش فرونشست در چهار شهر اصلی ( به عنوان مثال ، پکن، تیانجین، تانگشان، لانگ فانگ) از سال 2011 تا 2014 استفاده می شود. دقت نظارت بر نرخ فرونشست زمین ( جدول 1 ) توسط ژئودتیک تأیید شده است. تسطیح داده ها از دفتر نقشه برداری محلی دقت برای منطقه BTH بهتر از 5-10 میلی متر در سال است. و دقت برای چهار شهر اصلی بهتر از 3-5 میلی متر در سال است.
3. نتایج پایش موضوعی
3.1. توزیع سطوح گرد و غبار و صنایع آلودگی در منطقه BTH
3.1.1. تغییر الگوی سطوح گرد و غبار از 2007 به 2013
شکل 3 a,c توزیع فضایی سطوح گرد و غبار در منطقه BTH را به ترتیب در سال 2007 و 2013 نشان می دهد. افزایش قابل توجه سطح گرد و غبار در این دوره را می توان از شکل 3 مشاهده کرد ، به ویژه در پکن و تیانجین. جالب اینجاست که سطوح گرد و غبار بیشتر در امتداد دامنه کوه های تای هانگ قرار دارند. روند افزایش سطوح گرد و غبار را می توان با آمار ما بیشتر تایید کرد. در سال 2007 مساحت کل سطوح گرد و غبار 2929.65 کیلومتر مربع است که این مقدار به 4182.47 کیلومتر مربع می رسد.در سال 2013. انواع سطوح گرد و غبار در طول دوره مشاهده شده گسترش یافته اند. میادین باز معدن، سطوح شمع بندی، و سطوح ساخت و ساز به طور چشمگیری گسترش می یابند و 78.84 درصد از کل میزان گسترش را تشکیل می دهند. به طور خاص، مساحت سطوح ساختمانی دو برابر شده است، در حالی که میادین روباز معدن و سطوح شمع بندی از سال 2007 تا 2013 حدود 30 درصد افزایش یافته است.
در سطح اداری، Cangzhou تنها شهری است که در آن سطوح گرد و غبار از سال 2007 تا 2013 در میان 13 شهر در منطقه BTH کاهش یافته است. بیشترین افزایش سطح گرد و غبار در تیانجین رخ می دهد که عمدتاً به دلیل گسترش سریع مناطق ساخت و ساز است. مناطق ساخت و ساز 79.28٪ از کل منطقه توسعه یافته (296.6 کیلومتر مربع ) در تیانجین را تشکیل می دهند. در نتیجه، منطقه گسترش یافته سطوح گرد و غبار چنگده (236.01 کیلومتر مربع )، پکن (149.43 کیلومتر مربع )، شیجیاژوانگ (147.65 کیلومتر مربع )، ژانگجیاکو (146.37 کیلومتر مربع )، و تانگشان (100.79 کیلومتر دوم تا رتبه دوم) هفت شهر دیگر با افزایش نسبتاً کمتری از سطوح گرد و غبار مواجه هستند که وسعت آن کمتر از 100 کیلومتر مربع است .برای هر شهر با در نظر گرفتن تفاوت مساحت شهرها، نسبت مساحت سطح گرد و غبار (ARDS) برای هر شهر محاسبه می شود. همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، تیانجین، پکن و شیجیاژوانگ مهم ترین شهرها از نظر میزان افزایش ARDS هستند و شهر تیانجین بالاترین ارزش ARDS را در سال های 2007 و 2013 نشان می دهد.
3.1.2. تغییر الگوی صنایع آلودگی از سال 2007 تا 2013 در منطقه BTH
در سال 2007، 18039 صنعت آلودگی در منطقه BTH توزیع شده بود. میزان زغال سنگ، کاغذسازی و سیمان به ترتیب 5776، 3359 و 3184 واحد است که 68.29 درصد کل را به خود اختصاص داده است. در سال 2013 میزان صنایع آلاینده 38735 است که نسبت به سال 2007 115 درصد افزایش یافته است ( نمودار 3 ب، د را نیز ببینید). شرکتهای معدن زغالسنگ و سیمان با هم بیشترین سهم را به خود اختصاص دادند.55.93 درصد از کل صنایع آلاینده. از سال 2007 تا 2013، سریع ترین نوع شرکت ها در حال رشد عبارتند از ذوب زغال سنگ و معدن، سیمان و فولاد. افزایش میزان سه نوع بنگاه 80 درصد از رشد کل را تشکیل می دهد. مهم ترین تغییر مربوط به شرکت زغال سنگ و معدن است که از 5776 به 14658 افزایش یافته است. 42.65 درصد از کل شرکت های افزایش یافته را شامل می شود و شرکت های سیمان و ذوب فولاد به ترتیب حدود 18.70 درصد و 18.15 درصد را تشکیل می دهند. در مقابل، شرکتهای کاغذسازی و فلزات غیرآهنی نرخ رشد متوسطی را نشان میدهند. نیروگاههای حرارتی، پتروشیمیها و کارخانههای تولید دارو نسبت به سایرین رشد نسبتاً کمتری داشتهاند و تعداد افزایش یافتهها به ترتیب 627، 468 و 63 است.
شکل 5نتایج آماری تراکم صنایع آلاینده در سطح اداری در منطقه BTH را نشان می دهد. در سال 2007، پکن با تعداد 5896 صنایع آلاینده، که 32.68 درصد از کل صنعت را به خود اختصاص داده است، بیشترین میزان آلودگی را دارد. در سال 2013 تانگشان جایگزین پکن شد که بیشترین آلودگی را با تعداد 6246 صنعت نشان داد که 16.07 درصد از کل صنعت را به خود اختصاص داد. از سال 2007 تا 2013، پکن تنها شهری است که تعداد صنایع آلاینده رو به کاهش، به ویژه کارخانه های کاغذ سازی و نیروگاه های حرارتی را نشان می دهد که به ترتیب 975 و 410 کاهش می یابد. در این مدت 2713 صنعت از پکن خارج شده اند. تعداد شرکت های معدن زغال سنگ در تیانجین نیز به تنها چهار شرکت کاهش یافته است، که به این معنی است که 142 شرکت معدن زغال سنگ طی هفت سال حذف شده اند. با این حال، انواع دیگر صنایع آلودگی در تیانجین افزایش یافته است. معمولاً شرکت های سیمان در میان شهرهای دیگر، تانگشان بیشترین افزایش صنعت آلودگی را به نمایش می گذارد. در هفت سال 4031 صنعت آلودگی بیشتر در تانگشان تأسیس شد که از این میان صنایع زغال سنگ و معدن 66.51 درصد را تشکیل می دهند. Shijiazhuang با افزایش تعداد 3253 صنعت در جایگاه دوم قرار دارد. در سال 2013 میزان صنایع آلودگی شیجیاژوانگ تقریباً سه برابر سال 2007 است.
3.2. نظارت بر گسترش شهری
3.2.1. گسترش منطقه شهری از سال 1990 تا 2013 در منطقه BTH
در سال های 1990، 2002 و 2013، کل مساحت شهری در منطقه BTH 1650.55 کیلومتر مربع ، 2483.78 کیلومتر مربع ، 3747.47 کیلومتر مربع بود که به ترتیب 0.76٪، 1.15٪ و 1.73٪ از کل قلمرو را تشکیل می دهند . ). از اولین مرحله نظارت (1990-2002)، مناطق شهری پکن و بائودینگ بیش از سایرین افزایش یافته است، اما تنوع گسترش شهری قابل توجه نیست. از مرحله دوم (2002-2013)، با رشد سریع جمعیت و اقتصاد در پکن و تیانجین، سرعت گسترش شهری آنها (UES) به 35.18 کیلومتر مربع در سال و 37.67 کیلومتر مربع می رسد./year که بسیار بالاتر از بقیه هستند. در این پایش می توان مسیر توسعه شهر را نیز مشخص کرد. به عنوان مثال، توسعه در پکن در جهت شمال، شمال غرب و جنوب غربی متمرکز است و منطقه گسترش شهر در سه جهت حدود 54٪ از کل را تشکیل می دهد. جهت اصلی توسعه شهر تیانجین جنوب شرقی است (همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است ). جذب مناطق روستایی و زمین های کشاورزی مجاور شکل اصلی گسترش شهری در منطقه BTH است. از سال 1990 تا 2013، 1138.19 کیلومتر مربع از زمین های کشاورزی و 814.62 کیلومتر مربع از سکونتگاه های روستایی توسط گسترش شهری اشغال شده است، که مجموعا حدود 93٪ از کل منطقه توسعه یافته شهری را تشکیل می دهد.
3.2.2. ویژگی های توسعه شهری از سال 1990 تا 2013 در منطقه BTH
از سال 1990 تا 2013، مقدار متوسط ابعاد فراکتال شهری (UFD) در منطقه BTH از 1.47 به 1.59 افزایش یافته است، که به این معنی است که مرزهای شهرها شکسته و نامنظم تر می شوند. در میان 13 شهر در منطقه BTH، تنها تانگشان مقادیر کاهشی UFD را در این دوره نشان می دهد. با این حال، بالاترین مقادیر UFD بیشتر در سال 2002 اتفاق می افتد ( شکل 7 ). بنابراین، مرزهای اکثر شهرها در طول دوره 2002 تا 2013 در واقع نسبتا فشرده می شوند.
از سوی دیگر، گسترش شهری و رشد جمعیت در منطقه BTH ناهماهنگ است ( جدول 2 ). از سال 1990 تا 2002، شاخص ضریب گسترش پراکندگی شهری (UECC) چندین شهر مانند لانگ فانگ (3.36)، تانگشان (2.07)، هاندان (2.07) و غیره .، بالاتر از مقدار بهینه 1.12 هستند. سرعت گسترش شهرها از رشد جمعیت آنها بیشتر است. با این حال، پکن (0.93)، تیانجین (0.96)، و ارزش UECC سایر شهرها کمتر از 1.12 است، که به معنای هجوم سریع جمعیت در این دوره است. این ممکن است فشار ترافیک را افزایش دهد و شرایط زندگی را کاهش دهد. از سال 2002 تا 2013، مقادیر UECC تیانجین (8.66)، لانگ فانگ (3.28) و پکن (2.55) بسیار بالاتر از مقدار بهینه 1.12 است. این نشان می دهد که فرآیندهای سریع شهرنشینی در این شهرها تا حدودی به “هدر رفتن” استفاده از زمین شهری منجر می شود.
3.3. نظارت بر پوشش گیاهی
بر اساس نمونه های انتخاب شده ما، دقت محاسبه FVC در منطقه BTH در طول دوره نظارت به طور کلی بالای 80٪ است. در سال 2013 دقت کلی FVC در BTH 82.62٪ و در منطقه شهری پکن 86.44٪ است. از سال 2002 تا 2013، مقدار کلی FVC در BTH روند افزایشی اندکی را نشان می دهد، اما با تغییرات منطقه ای قابل توجه ( شکل 8 )، به عنوان مثال، میانگین مقدار FVC در پکن کاهش یافته است. با توجه به نتایج آماری از θسلoپه(روند تغییر FVC)، FVC در اکثر مناطق (حدود 71.82٪) پکن در طول دوره نظارت تفاوتی نشان نمی دهد. با این حال، کل منطقه تحت پوشش گیاهی بدتر از مناطقی است که بهتر می شوند، به خصوص در حلقه ششم پکن. در مقایسه با سال 2002، میانگین مقدار FVC در حلقه ششم در سال 2013 به میزان 15.95 درصد کاهش یافته است. علت اصلی این است که برخی از مناطق با پوشش گیاهی متوسط یا کم به پوشش گیاهی بسیار کم تغییر یافته است. در منطقه شهری تیانجین، پوشش گیاهی روند رو به بهبودی را در این دوره نشان می دهد ( شکل 9 ). این امر عمدتاً به دلیل افزایش قابل توجه سطح پوشش گیاهی بالا در این منطقه است. در استان هبی، حدود 61.65 درصد از کل مساحت، ارزش FVC پایدار را از سال 2002 تا 2013 نشان می دهد. از شکل 9ما می بینیم که پوشش گیاهی در Zhangjiakou افزایش قابل توجهی را نشان می دهد. در حالی که شرایط پوشش گیاهی در بائودینگ، شیجیاژوانگ و هاندان (بخش جنوبی هبی) در حال بدتر شدن است.
3.4. پایش فرونشست زمین
3.4.1. فرونشست زمین در پکن
از سال 1992 تا 2002 مرحله اولیه فرونشست زمین در پکن است. چندین مرکز فرونشست با اندازه کوچک در شهر لانگ کوان توزیع شده است که 48.3- میلی متر در سال را به عنوان حداکثر نرخ فرونشست تجربه کرده است. از سال 2003 تا 2010 وضعیت فرونشست زمین بیشتر توسعه یافته است. این منجر به یک کمربند فرونشست در منطقه Chaoyang-Tongzhou (بخش شرقی پکن) می شود. در بخش شمالی پکن، پنج مرکز فرونشست پراکنده وجود دارد که در میان آنها شهر دونگبا 143.34- سانتی متر در سال حداکثر نرخ فرونشست را تجربه کرده است و مساحت فرونشست بیش از 50- میلی متر در سال به 265.41 کیلومتر مربع می رسد .. در طول دوره 2012 تا 2014 کمربند فرونشست در شرق پکن توسعه بیشتری یافته است و یک کمربند فرونشست جدید واقع در Haidian-Changping-Shunyi ظاهر شده است. شهر دونگبا همچنان بالاترین نرخ فرونشست را با 151.68- میلی متر در سال نشان می دهد. مساحت فرونشست بیش از 50- میلی متر در سال به 25/433 کیلومتر مربع می رسد . به طور کلی، نتیجه روند دائمی افزایش فرونشست زمین در پکن را نشان می دهد.
3.4.2. فرونشست زمین در تیانجین
در طول دوره 1992 تا 2002 منطقه فرونشست قبلاً در کل شهر به جز بخش شمالی تیانجین ظاهر شده بود. حداکثر نرخ فرونشست در منطقه هانگو به 80.74- میلی متر در سال رسید و مساحت کل فرونشست بیش از 50- میلی متر در سال بیش از 85.73 کیلومتر مربع است . از سال 2003 تا 2010 توسعه سریع فرونشست منجر به سه کمربند فرونشست می شود که در بخش های غربی، جنوبی و جنوب شرقی تیانجین قرار دارند. حداکثر نرخ فرونشست -134.89 میلی متر در سال) در بخش شمال شرقی منطقه جینگهای اتفاق می افتد. مساحت کل فرونشست بیش از 50- میلی متر در سال به 2749.1 کیلومتر مربع افزایش یافت.. از سال 2012 تا 2014، فرونشست زمین روند افزایشی را در شمال تیانجین نشان می دهد. در مقابل، جنوب روند کاهشی را نشان می دهد. حداکثر نرخ فرونشست -134.89 میلی متر در سال) در منطقه Wuqing رخ می دهد. مساحت کل فرونشست بیش از 50- میلی متر در سال به 1117.55 کیلومتر مربع کاهش یافته است . به طور کلی، روند فروکش در تیانجین در سال های اخیر کند شده است.
3.4.3. فرونشست زمین در استان هبی
به دلیل محدودیت در دسترس بودن تصویر، ما فقط بخش شمالی استان هبی، از جمله شهر لانگ فانگ، تانگشان، بائودینگ را رصد می کنیم. از سال 1992 تا 2002، منطقه فرونشست در تانگشان عمدتاً در بخش جنوبی از جمله Fengnan و منطقه Caofeidian با حداکثر نرخ -108.32 میلی متر در سال واقع شده است. از سال 2003 تا 2010، لانگ فانگ توسعه سریع فرونشست زمین را نشان می دهد. مرکز فرونشست در شهر Shengfang با حداکثر نرخ -214.3 میلی متر در سال واقع شده است. در همین زمان، منطقه فرونشست در لانگ فانگ و بائودینگ به تدریج به هم متصل می شوند. از سال 2012 تا 2014، یک کمربند بزرگ فرونشست از شمال به جنوب در استان هبی تشکیل شده است. میزان فرونشست از چندین مرکز در این منطقه بیش از 100- میلی متر در سال است و حداکثر نرخ آن تا 212.72- میلی متر در سال می رسد.شکل 10 ).
4. تجزیه و تحلیل تأثیر تجمعی از نتایج پایش
4.1. تاثیر سطوح گرد و غبار و صنایع آلودگی
بر اساس «گزارش پژوهش الگوهای فعالیت مرتبط با مواجهه با محیط زیست جمعیت چینی (بزرگسالان)» منتشر شده توسط EPD (اداره حفاظت از محیط زیست) [ 34 ]، محدوده تأثیرگذار صنایع آلودگی و سطوح گرد و غبار در 1 کیلومتر و 300 متر تعیین شده است. سپس، تجزیه و تحلیل بافر بر روی دو منبع اصلی آلودگی اعمال شده است، و مناطق بافر دارای محدوده تحت تأثیر مستقیم خود هستند. در سال 2007، منطقه تحت تاثیر همه صنایع آلاینده 8.66٪ از کل مساحت BTH را تشکیل می دهد و این نسبت مساحت در سال 2013 به 13.73٪ می رسد. منطقه تحت تأثیر سطح گرد و غبار در سال 2007، 16.26٪ از کل مساحت BTH در سال 2007 را به خود اختصاص داده است. ، و این نسبت مساحت در سال 2013 به 19.93 درصد می رسد.
به منظور تجزیه و تحلیل جمعیت آسیب دیده توسط منابع آلودگی، ما فرض می کنیم که مردم به طور مساوی در مناطق ساخته شده در داخل شهرها توزیع شده اند. از آنجایی که این منابع آلودگی بیشتر در مناطق پرتراکم جمعیت قرار دارند، نسبت جمعیت آسیب دیده بسیار بیشتر از نسبت منطقه آسیب دیده در BTH است. از سال 2007 تا 2013، میزان افراد متاثر از صنایع آلاینده بیش از 5 درصد افزایش یافته است. و میزان افرادی که تحت تأثیر سطوح گرد و غبار قرار گرفته اند تقریباً 12٪ افزایش یافته است. هم گستره فضایی و هم جمعیت تحت تأثیر این دو منبع آلودگی از سال 2007 تا 2013 به طور چشمگیری افزایش یافته است.
4.2. تاثیر فرونشست زمین
فرونشست ناهموار زمین تهدید بزرگی برای ایمنی شبکه حمل و نقل، ساختمان ها و زیرساخت های دیگر است [ 35 ، 36 ، 37 ، 38 ، 39]. در منطقه BTH، مسیرهای حمل و نقل اصلی، به عنوان مثال، مترو، راه آهن سریع السیر، و بزرگراه، همگی از منطقه با فرونشست شدید زمین عبور می کنند. 14 خط مترو وجود دارد که از منطقه قابل توجه فرونشست ناهموار در پکن عبور می کند. طول متروهای پوشانده شده با ناحیه فرونشست جدی 60.81 کیلومتر است که حدود 13.25 درصد کل آن است. علاوه بر این، سه راه آهن سریع السیر و چندین بزرگراه وجود دارد که در منطقه قابل توجه فرونشست قرار دارند. طول بزرگراه های تحت تاثیر فرونشست ناهموار قابل توجه حدود 758.34 کیلومتر است. نه تنها خطوط ترافیک، ساخت و ساز در BTH نیز توسط فرونشست ناهموار تهدید می شود. به عنوان مثال، ترمینال 1 و ترمینال 2 فرودگاه پایتخت در منطقه فرونشست با میانگین نرخ فرونشست تا 52.49- میلی متر در سال قرار دارند. دومین فرودگاه پایتخت برنامه ریزی شده در این منطقه با نرخ فرونشست از 5- تا 70- میلی متر در سال ساخته خواهد شد. این امر باید در مرحله برنامه ریزی اولیه به طور کامل توسط مسئولین مربوطه مورد توجه قرار گیرد.
فرونشست زمین نیز می تواند اثرات جدی بر زندگی ساکنان داشته باشد. فرونشست زمین می تواند منجر به ترک خوردگی و ریزش خانه یا جاده، شکستگی خط لوله آب و گاز طبیعی و غیره شود. شکل 11 عکس های صحنه خانه های آسیب دیده در مراکز فرونشست در پکن و تیانجین را نشان می دهد. طبق آمار ما، در پکن تقریباً 3 میلیون نفر در منطقه ای زندگی می کنند که نرخ فرونشست بیش از -30 میلی متر در سال است. و بیش از 300000 نفر در مناطق فرونشست جدی زندگی می کنند که نرخ فرونشست بیش از -100 میلی متر در سال است.
4.3. تحلیل تطبیقی پراکندگی شهری و پوشش گیاهی
از آنجایی که دوره نظارت بر پراکندگی شهری و کسر پوشش گیاهی از سال 2002 تا 2013 است، ما تجزیه و تحلیل مقایسه ای را برای نشان دادن روند تغییر پوشش گیاهی و پراکندگی شهری در این زمان انجام دادیم. شکل 12 نتایج همپوشانی روند تغییر پوشش گیاهی را نشان می دهد. θسلoپه) و مرز شهری مشخص شده در سال 2002 و 2013 برای سه شهر بزرگ در BTH. با نگاهی به روند تغییر پوشش گیاهی در مرز شهری سال 2002، پکن و شیجیاژوانگ به طور کلی روند نزولی پوشش گیاهی را نشان می دهند. این امر نشان می دهد که ساخت و سازهای داخل محدوده شهری این دو شهر فضای سبز شهری را اشغال کرده است. همانطور که در شکل 12 الف نشان داده شده است، افزایش پوشش گیاهی در پکن عمدتا در امتداد مرز شهری سال 2002 توزیع شده است. و اکثر مناطق به طور جدی در نزدیکی مرز شهری سال 2013 واقع شده اند، به ویژه در بخش شمالی شهر. بیشتر قسمت های تیانجین روند افزایشی پوشش گیاهی را نشان می دهد ( شکل 12ب) و افزایش پوشش گیاهی عمدتاً در داخل شهر توزیع می شود. مناطق به طور قابل توجهی کاهش یافته است، عمدتا در منطقه گسترش یافته پس از سال 2002، مانند بخش های شمالی و غربی شهر واقع شده است. به طور مشابه، برای شهر شیجیاژوانگ، کاهش قابل توجه پوشش گیاهی را می توان بین مرز شهری 2002 و 2013 مشاهده کرد ( شکل 12 ج). به طور کلی، کاهش پوشش گیاهی عمدتاً در ناحیه گسترش یافته شهری اتفاق می افتد.
5. نتیجه گیری و درس های نظارت
بر اساس تجزیه و تحلیل آماری، نقشه های پایش موضوعی مختلف ساخته و مقایسه شد. از مقایسه ها نتایج زیر حاصل می شود:
-
به دلیل توزیع شدید منابع آلودگی، غلظت ذرات اتمسفر به طور بالقوه در ناحیه دشتی BTH بالا است. طبق آمار ما، میزان افرادی که در BTH در معرض دو منبع آلودگی قرار دارند از سال 2007 تا 2013 به طور چشمگیری افزایش یافته است.
-
فرونشست زمین به طور کلی در یک روند شدید در BTH است. وضعیت در پکن و استان هبی بدتر شده است. از سال 1992 تا 2014، مساحت فرونشست بیش از 50- میلی متر در سال، 167.84 کیلومتر مربع در پکن افزایش یافته است. و حداکثر نرخ فرونشست از -108.32 میلی متر در سال به بیش از -200 میلی متر در سال در هبی افزایش یافته است. در تیانجین مساحت فرونشست بیش از 50- میلی متر در سال از 2749.1 کیلومتر مربع به 1117.55 کیلومتر مربع از سال 2003 کاهش یافته است. و
-
در طول دوره نظارت، گسترش فضایی منطقه شهری را می توان به وضوح در BTH شناسایی کرد. با این حال، گسترش مناطق شهری در برخی از شهرها (به عنوان مثال، پکن، تیانجین، لانگ فانگ، و غیره ) با رشد جمعیت آنها هماهنگ نیست. این امر نشان دهنده گسترش بیش از حد مساحت شهری در این شهرها است. جذب زمین های کشاورزی و مناطق روستایی مجاور شکل اصلی گسترش شهری است. این به شدت پوشش گیاهی در BTH را تحت تاثیر قرار داده است.
رفاه جامعه و محیط زیست توجه زیادی را از سوی دولت و عموم مردم در چین به خود جلب کرده است. برای پر کردن شکاف بین طبیعت و جامعه انسانی، GCM نقشی کلیدی در این تلاشها ایفا میکند که قابلیتهای پردازش کلان دادهها و ارائه اطلاعات از رشتههای علمی مختلف را فراهم میکند. اولین نتایج اجرای GCM به ما نشان داده است که دانش به دست آمده از دادههای مکانی میتواند در ساخت برنامه طراحی شهری و حفاظت از طبیعت مفید باشد. به عنوان مثال، نقشه فرونشست زمین می تواند در برنامه ریزی زیرساخت های شهری مورد استفاده قرار گیرد که مسیر توسعه شهر را هدایت می کند. این رویکرد نظارتی را می توان در شهرهای دیگری که مشکل فرونشست مشابه دارند نیز اعمال کرد. پوشش گیاهی و منابع آلودگی اثرات نامطلوبی بر محیط شهری دارد. نظارت منظم در مقیاس منطقه ای یا ملی می تواند یک ارزیابی کلی از محیط زیست محیطی ارائه دهد. برای کشف رابطه عمیقتر بین شرایط جغرافیایی با توسعه اجتماعی و اقتصادی، تحقیقات بیشتری لازم است، مانند تجزیه و تحلیل همبستگی بین آلایندههای هوا و توزیع منابع آلودگی. تأثیر فعالیت های معدنی بر شدت فرونشست زمین؛ و رابطه بین شهرنشینی و محیط زیست. علاوه بر این، یک پروژه پیگیری در این منطقه پیشنهاد شده است که بر طیف وسیع تری از مسائل مانند شبکه ترافیک، شبکه زیست محیطی، تحقیقات بیشتر لازم است، مانند تجزیه و تحلیل همبستگی بین آلاینده های هوا و توزیع منابع آلودگی. تأثیر فعالیت های معدنی بر شدت فرونشست زمین؛ و رابطه بین شهرنشینی و محیط زیست. علاوه بر این، یک پروژه پیگیری در این منطقه پیشنهاد شده است که بر طیف وسیع تری از مسائل مانند شبکه ترافیک، شبکه زیست محیطی، تحقیقات بیشتر لازم است، مانند تجزیه و تحلیل همبستگی بین آلاینده های هوا و توزیع منابع آلودگی. تأثیر فعالیت های معدنی بر شدت فرونشست زمین؛ و رابطه بین شهرنشینی و محیط زیست. علاوه بر این، یک پروژه پیگیری در این منطقه پیشنهاد شده است که بر طیف وسیع تری از مسائل مانند شبکه ترافیک، شبکه زیست محیطی،و غیره
این مقاله یک پایش موضوعی آزمایشی با تمرکز بر مسائل اصلی در منطقه BTH ارائه کرده است. GCM طراحی شده در مرحله پیش عملیاتی در حال اجرا است. تجربه ارزشمند به دست آمده از این پروژه برای توسعه و به کارگیری بیشتر GCM در سطح ملی مفید خواهد بود. این اولین گام به سوی یک برنامه نظارتی مشخص است و می تواند از دیدگاه چین به GEOSS کمک کند.
بدون نظر