探索城市可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)路徑
——記北京師范大學(xué)地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授何春陽(yáng)

范佳樂(lè) 馬夢(mèng)珂

城市土地利用/覆蓋變化主要指由于土地利用方式的變化，導(dǎo)致城市內(nèi)部格局改變和城市在區(qū)域中的擴(kuò)展，從而發(fā)生不同時(shí)空尺度的土地系統(tǒng)變化的過(guò)程。當(dāng)前的中國(guó)，伴隨人口的持續(xù)增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，正在經(jīng)歷一場(chǎng)快速且大規(guī)模的城市化過(guò)程，其實(shí)質(zhì)是人口、財(cái)富、技術(shù)和服務(wù)在空間上的集聚，以及生活、生產(chǎn)和組織方式的轉(zhuǎn)變。從地域空間上看，復(fù)雜的生態(tài)、環(huán)境和災(zāi)害效應(yīng)，已經(jīng)使中國(guó)的城市土地利用/覆蓋變化成為一種典型的人地系統(tǒng)動(dòng)力過(guò)程。在認(rèn)識(shí)和理解中國(guó)城市土地利用/覆蓋變化過(guò)程、影響與風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，積極探求中國(guó)和世界城市可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)途徑，無(wú)疑具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

基于地理科學(xué)的系統(tǒng)綜合思想，利用遙感、地理信息系統(tǒng)和數(shù)學(xué)模型等技術(shù)手段，從1998年起，北京師范大學(xué)地表過(guò)程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授何春陽(yáng)便以城市土地利用/覆蓋變化的監(jiān)測(cè)和模擬為突破口，開(kāi)始了自己的學(xué)術(shù)研究生涯。二十余年的時(shí)間里，從方法探索到科學(xué)問(wèn)題研究，何春陽(yáng)在城市土地利用/覆蓋變化過(guò)程監(jiān)測(cè)、模型模擬和影響評(píng)估方面均取得了一系列可圈可點(diǎn)的創(chuàng)新成果。

被動(dòng)選擇變?yōu)榕d趣

在相關(guān)領(lǐng)域能越走越遠(yuǎn)，得益于何春陽(yáng)在早年求學(xué)中打下的扎實(shí)基礎(chǔ)。高考填志愿時(shí)，地理學(xué)其實(shí)并不在他的選擇之列，到蘭州大學(xué)地理科學(xué)系自然地理學(xué)專業(yè)學(xué)習(xí)完全是調(diào)劑的結(jié)果。雖然是被動(dòng)的選擇，但在學(xué)習(xí)過(guò)程中何春陽(yáng)卻漸漸對(duì)其產(chǎn)生了興趣。

世界地理大會(huì)

20世紀(jì)90年代，在李吉均院士的帶領(lǐng)下，蘭州大學(xué)地理科學(xué)系聚集了一批非常優(yōu)秀的教師。他們年輕，有朝氣、有思想。后來(lái)這批人中的許多人都成長(zhǎng)為我國(guó)地理學(xué)界有影響力的人物。何春陽(yáng)對(duì)所學(xué)的熱愛(ài)，正是來(lái)源于這些人對(duì)他的引導(dǎo)。

何春陽(yáng)回憶，后來(lái)當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院院士的陳發(fā)虎老師，當(dāng)時(shí)是地理科學(xué)系的一位年輕教師。何春陽(yáng)修過(guò)他開(kāi)設(shè)的“環(huán)境科學(xué)”課，他非常注重地理學(xué)研究中對(duì)人與環(huán)境關(guān)系的理解。王乃昂老師當(dāng)時(shí)是何春陽(yáng)的班主任，后來(lái)成為國(guó)家級(jí)教學(xué)名師，他的“氣候?qū)W”講得非常好。潘保田老師，現(xiàn)在已是蘭州大學(xué)的副校長(zhǎng)，當(dāng)時(shí)他講“地貌學(xué)”，深入淺出吸引了很多學(xué)生。

“在李吉均院士的推動(dòng)下，老師們不僅重視錢學(xué)森先生的地理科學(xué)思想，倡導(dǎo)地理學(xué)研究的系統(tǒng)性和綜合性，而且還注重教授水文、土壤和生物等部門自然地理學(xué)。強(qiáng)調(diào)學(xué)生要廣泛涉獵各個(gè)分支學(xué)科的知識(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生通過(guò)野外綜合實(shí)習(xí)將理論聯(lián)系實(shí)際。通過(guò)對(duì)祁連山、青海湖和河西走廊等地的野外考察，我才將書本上得到的那些粗淺的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化成對(duì)地理學(xué)真真切切的理解。”何春陽(yáng)說(shuō)，“這為我夯實(shí)了自然地理學(xué)各個(gè)分支門類的專業(yè)基礎(chǔ)，對(duì)我影響很大，因?yàn)樵降胶髞?lái)，我越感覺(jué)到專業(yè)基礎(chǔ)的重要性。”

1998年，在李新老師的指導(dǎo)下，何春陽(yáng)完成了本科畢業(yè)論文《地理信息系統(tǒng)與冰川體積變化可視化計(jì)算方法研究》，從蘭州大學(xué)畢業(yè)。同年，他被保送到北京師范大學(xué)資源科學(xué)研究所，跟隨史培軍教授攻讀博士學(xué)位。“這里有個(gè)小插曲，來(lái)的時(shí)候想的是保送碩士生，結(jié)果和史老師見(jiàn)面后，他說(shuō)‘你要做直博生’。當(dāng)時(shí)我還沒(méi)有心理準(zhǔn)備，他給了我3分鐘的考慮時(shí)間，這樣一來(lái)就從讀碩士變成了讀博士。”何春陽(yáng)笑著說(shuō)。

史培軍老師長(zhǎng)期從事綜合自然地理學(xué)研究，認(rèn)為以土地利用/覆蓋變化和自然災(zāi)害為抓手的人地系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是綜合自然地理學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容和實(shí)踐途徑。依據(jù)何春陽(yáng)的興趣和基礎(chǔ)，史老師鼓勵(lì)和指導(dǎo)他從格局、過(guò)程、機(jī)理和影響入手，綜合利用遙感、地理信息系統(tǒng)和數(shù)學(xué)模型等技術(shù)手段，開(kāi)展中國(guó)土地利用/覆蓋變化研究。于是，以城市土地利用/覆蓋變化的監(jiān)測(cè)和模擬為突破口，何春陽(yáng)開(kāi)啟了他的科研生涯。

海外留學(xué)獲新知

持續(xù)學(xué)習(xí)、擁抱新知，是何春陽(yáng)一直以來(lái)的求知態(tài)度。當(dāng)時(shí)，從日本學(xué)成歸來(lái)的陳晉教授引介的元胞自動(dòng)機(jī)模型讓何春陽(yáng)耳目一新。利用模型理解城市中的人地關(guān)系，以此為研究視角形成了他的博士論文《北京地區(qū)城市化過(guò)程中土地利用/覆蓋變化動(dòng)力學(xué)研究》。因?yàn)橛心Ｐ偷慕槿肭覍?duì)所選題目感興趣，所以論文進(jìn)展很順利，這也使他迫切想要掌握更多的新技術(shù)。

機(jī)緣巧合，加拿大西安大略大學(xué)地理系地理信息系統(tǒng)工程與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室的王今飛教授到北京師范大學(xué)訪問(wèn)。“王今飛教授是土地利用遙感監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的專家，史老師覺(jué)得我可以跟著她學(xué)到最新的遙感技術(shù)，把遙感和模型結(jié)合在一起，可以更好地研究土地利用問(wèn)題，于是就推薦我出去訪學(xué)。當(dāng)時(shí)出國(guó)沒(méi)現(xiàn)在這么容易，尤其是博士生出國(guó)，需要老師做很多擔(dān)保并簽不少字，但史老師卻不厭其煩。”何春陽(yáng)說(shuō)。

2002年，何春陽(yáng)赴加拿大西安大略大學(xué)地理系地理信息系統(tǒng)工程與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室的訪學(xué)計(jì)劃終于成行。在加拿大，王今飛教授安排他做基于面向?qū)ο蟮耐恋乩眠b感監(jiān)測(cè)方法研究。這個(gè)現(xiàn)在的主流方法，當(dāng)時(shí)在世界上剛剛起步。跟隨王今飛教授，在掌握新技術(shù)的同時(shí)，何春陽(yáng)的眼界被再次拓寬。

將在加拿大學(xué)到的新的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)與之前的模型技術(shù)相結(jié)合，2003年，何春陽(yáng)順利完成了博士論文，獲得博士學(xué)位并留校任教。但他認(rèn)為博士論文還有許多問(wèn)題有待進(jìn)一步去突破，于是有了繼續(xù)深造的打算。北京師范大學(xué)一直非常鼓勵(lì)年輕教師出國(guó)進(jìn)修。于是，何春陽(yáng)在2004年通過(guò)了公費(fèi)留學(xué)選拔，在2005年上半年又通過(guò)了語(yǔ)言考試，當(dāng)年10月去了日本。日本京都大學(xué)防災(zāi)研究所，是史老師推薦他去的。“博士期間我只是從土地利用入手做研究，他希望我能把土地利用和自然災(zāi)害結(jié)合起來(lái)。因?yàn)殚_(kāi)發(fā)利用自然資源是從正面的角度理解人地關(guān)系，叫趨利；研究自然災(zāi)害是從降低風(fēng)險(xiǎn)的角度理解人地關(guān)系，叫避害。他推薦我到日本京都大學(xué)防災(zāi)研究所，可能是覺(jué)得我需要掌握一些災(zāi)害的知識(shí)，這樣可以從趨利和避害兩方面去理解人地關(guān)系。”何春陽(yáng)說(shuō)。

這次留學(xué)，對(duì)何春陽(yáng)影響很大。日本京都大學(xué)防災(zāi)研究所特別強(qiáng)調(diào)災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)的防范。對(duì)“綜合”一詞，何春陽(yáng)之前的理解是社會(huì)、自然科學(xué)和不同技術(shù)的綜合，而實(shí)際上防災(zāi)研究所強(qiáng)調(diào)的“綜合”，更多的卻是不同利益相關(guān)者的綜合。

“之前，我們做土地管理和規(guī)劃主要是自上而下完成的，政府規(guī)劃好，有關(guān)部門去執(zhí)行。去日本之后發(fā)現(xiàn)，他們要花很多時(shí)間去做調(diào)查、做問(wèn)卷，非常尊重當(dāng)?shù)乩习傩盏囊庖?jiàn)。這個(gè)理念其實(shí)現(xiàn)在我們國(guó)家也非常重視，但當(dāng)時(shí)，確實(shí)給我留下深刻印象。給我的啟發(fā)是，科研工作者應(yīng)將專業(yè)知識(shí)和社會(huì)實(shí)際相結(jié)合，不能坐在‘象牙塔’里空想。”何春陽(yáng)說(shuō)。

管理要做到規(guī)范，是他獲得的另一個(gè)啟發(fā)。在日本學(xué)習(xí)期間，一到實(shí)驗(yàn)室，就會(huì)收到一個(gè)文檔，里面非常細(xì)致地列出了進(jìn)實(shí)驗(yàn)室要注意的事項(xiàng)，包括怎么做實(shí)驗(yàn)，如何與同事相處。只要照章去做，融入的過(guò)程就會(huì)比較順利。受此影響，現(xiàn)在何春陽(yáng)也會(huì)把團(tuán)隊(duì)管理的經(jīng)驗(yàn)做總結(jié)，新成員一來(lái)就發(fā)給他們一個(gè)“大禮包”，幫助他們更好地融入團(tuán)隊(duì)。另外，無(wú)論多忙，何春陽(yáng)每周都會(huì)抽時(shí)間給學(xué)生開(kāi)例會(huì)，與他們面對(duì)面交流。還有，強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作，教授把握大方向，助理教授給學(xué)生具體的指導(dǎo)，團(tuán)隊(duì)成員間互相幫助，都是何春陽(yáng)在日本學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)。在規(guī)范嚴(yán)格的指導(dǎo)下，何春陽(yáng)的博士生劉志鋒、馬群和張達(dá)等連續(xù)獲得了北京師范大學(xué)優(yōu)秀博士畢業(yè)論文榮譽(yù)。

在方法論上求突破

北京師范大學(xué)的科研環(huán)境相對(duì)寬松。從日本回來(lái)后，何春陽(yáng)得以延續(xù)了之前的研究方向，尤其在方法論上開(kāi)展了一系列研究工作。

何春陽(yáng)介紹，土地利用模型是評(píng)估土地利用生態(tài)環(huán)境影響的基礎(chǔ)。土地利用過(guò)程是不同時(shí)空尺度下自然和人文要素綜合驅(qū)動(dòng)的結(jié)果。不同尺度驅(qū)動(dòng)因素的有效結(jié)合與表達(dá)是決定土地利用模型模擬能力的關(guān)鍵。以系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型為代表的數(shù)量模型往往對(duì)微觀土地利用演化過(guò)程表達(dá)不足，以元胞自動(dòng)機(jī)模型為代表的空間模型又難以有效反映宏觀的自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素。如何發(fā)揮現(xiàn)有土地利用模型的優(yōu)勢(shì)，提高對(duì)區(qū)域土地利用過(guò)程的模擬和表達(dá)能力一直是國(guó)內(nèi)外同行關(guān)注的一個(gè)科學(xué)問(wèn)題。

為此，何春陽(yáng)從宏觀用地總量需求和微觀土地供給相平衡的角度耦合兩種模型，充分利用數(shù)量模型在宏觀驅(qū)動(dòng)因素表現(xiàn)上的優(yōu)勢(shì)與空間模型在微觀土地利用空間過(guò)程表現(xiàn)上的優(yōu)勢(shì)，提出了具有一定實(shí)際模擬能力的城市土地利用情景模型框架。由于該模型框架充分利用了兩種模型的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，同時(shí)考慮了土地利用宏觀驅(qū)動(dòng)因素復(fù)雜性和微觀格局演化復(fù)雜性的特征，因而成功解決了多尺度土地利用驅(qū)動(dòng)因素的有效結(jié)合問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，何春陽(yáng)還進(jìn)一步耦合了該模型框架和共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑，發(fā)展了多尺度城市擴(kuò)展過(guò)程模型，有效提高了城市土地利用過(guò)程模擬能力，并在不同區(qū)域進(jìn)行了廣泛的應(yīng)用實(shí)踐。

在中國(guó)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶地區(qū)開(kāi)展的實(shí)踐中，何春陽(yáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)模擬出了不同氣候變化情景影響下的區(qū)域城市土地利用過(guò)程，解決了氣候變化因素與區(qū)域城市土地利用過(guò)程的有效結(jié)合問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了氣候變化對(duì)區(qū)域城市土地利用過(guò)程影響的直觀、定量評(píng)估。研究發(fā)現(xiàn)，氣候變化將成為影響該區(qū)域城市土地可持續(xù)利用的一個(gè)重要因素。為應(yīng)對(duì)未來(lái)可能的變化，研究團(tuán)隊(duì)提出了把氣候變化因素納入該區(qū)域國(guó)土空間規(guī)劃中，發(fā)展更具有彈性的城市土地可持續(xù)利用方案的建議。

在中國(guó)北方旱區(qū)進(jìn)行的應(yīng)用實(shí)踐中，何春陽(yáng)團(tuán)隊(duì)模擬出該區(qū)域未來(lái)30年可能的城市土地利用趨勢(shì)，并建議充分考慮水資源等限制因素，采取有效措施推動(dòng)中國(guó)北方旱區(qū)城市在2030年前完成可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)型。

何春陽(yáng)的這些研究成果獲得了國(guó)內(nèi)外同行、專家的積極評(píng)價(jià)，產(chǎn)生了廣泛的學(xué)術(shù)影響。2010年，西班牙圣地亞哥聯(lián)合大學(xué)的Inés Santé教授等在Landscape and Urban Planning上發(fā)表的關(guān)于城市空間模型進(jìn)展的綜述文章中，將何春陽(yáng)發(fā)展的兩個(gè)基于該模型框架的城市模型選入全球有影響的19個(gè)城市空間模型中，并給予了詳細(xì)的比較和分析。2011年，德國(guó)科學(xué)院院士Wilfried Endlicher教授在其專著《城市生態(tài)學(xué)透視》中，認(rèn)為何春陽(yáng)提出的多技術(shù)結(jié)合方法有益于模型能力的提高。

在發(fā)展城市土地利用模型的同時(shí)，何春陽(yáng)對(duì)城市土地遙感監(jiān)測(cè)方法也進(jìn)行了改進(jìn)。何春陽(yáng)指出，及時(shí)準(zhǔn)確地獲取土地利用信息是土地利用環(huán)境影響評(píng)估的前提和基礎(chǔ)。當(dāng)前，中國(guó)大尺度城市土地利用信息的獲取主要依賴于社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和以陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)為代表的中高分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)。前者往往建立在行政單元基礎(chǔ)上，缺乏行政單元內(nèi)部的空間信息。后者雖然精度較高，但由于分辨率和覆蓋能力的限制，在全國(guó)尺度上獲取城市土地信息需要耗費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間和大量人力物力。因此，它們均難以及時(shí)、有效地獲取中國(guó)大尺度城市土地信息。美國(guó)軍事氣象衛(wèi)星夜間燈光數(shù)據(jù)由于其合適的時(shí)空分辨率和對(duì)以夜間燈光為代表的人類活動(dòng)的有效探測(cè)，成為全球大尺度城市土地研究的一種新數(shù)據(jù)源。但是，國(guó)際上常用的夜間燈光數(shù)據(jù)存在著不穩(wěn)定像元多、飽和效應(yīng)和溢出效應(yīng)嚴(yán)重、測(cè)量精度差等瓶頸問(wèn)題，并不能直接用于中國(guó)城市土地研究。

得益于陳晉教授從日本帶回來(lái)的國(guó)內(nèi)最早的夜間燈光數(shù)據(jù)，自2006年起，何春陽(yáng)在中國(guó)率先開(kāi)展了基于夜間燈光數(shù)據(jù)的大尺度城市土地研究。采用多數(shù)據(jù)復(fù)合的思路，集成長(zhǎng)時(shí)間序列夜間燈光數(shù)據(jù)、植被指數(shù)數(shù)據(jù)和地表溫度數(shù)據(jù)，他發(fā)展了基于夜間燈光數(shù)據(jù)的城市土地過(guò)程監(jiān)測(cè)新方法，取得了技術(shù)突破。該方法通過(guò)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訂正和基于深度學(xué)習(xí)的高效率分類算法，解決了夜間燈光數(shù)據(jù)中的不穩(wěn)定像元和飽和效應(yīng)問(wèn)題，使植被稀疏的干旱地區(qū)的測(cè)量精度提高了10%以上。

此后，何春陽(yáng)進(jìn)一步綜合利用國(guó)家尺度的規(guī)模-位序回歸方法和城市尺度的等級(jí)鐘演化方法，實(shí)現(xiàn)了自上而下的宏觀整體分析與自下而上的微觀個(gè)體分析的有機(jī)結(jié)合，準(zhǔn)確量化了中國(guó)的城市擴(kuò)展過(guò)程。這些研究加深了對(duì)中國(guó)城市土地利用/覆蓋變化過(guò)程的理解和認(rèn)識(shí)。

相關(guān)成果被廣泛引用并獲得了良好的學(xué)術(shù)影響力。2011年，“Volvo”環(huán)境獎(jiǎng)獲得者，澳大利亞科學(xué)院院士白雪梅教授利用何春陽(yáng)提供的城市土地?cái)?shù)據(jù)，在Environmental Science & Technology上撰文，揭示了中國(guó)景觀城市化與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的關(guān)系。2015年，歐洲科學(xué)院院士Kevin J. Gaston教授在Environmental Reviews上對(duì)何春陽(yáng)利用夜間燈光數(shù)據(jù)得到的中國(guó)城市土地利用過(guò)程的相關(guān)結(jié)論進(jìn)行了引用。2019年，全球土地計(jì)劃城鄉(xiāng)相互作用工作組負(fù)責(zé)人Jasper van Vliet博士在Nature子刊Nature Sustainability上撰文，采用何春陽(yáng)團(tuán)隊(duì)的城市土地框架分析了全球城市土地的定義和差異。

何春陽(yáng)的創(chuàng)新研究獲得了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛認(rèn)可。如果在方法論研究上繼續(xù)做下去，何春陽(yáng)可能會(huì)收獲更多的成果。但2012年的一次機(jī)緣巧合，又把他帶上了一條新路。

科研方向的轉(zhuǎn)折

2012年，對(duì)何春陽(yáng)來(lái)說(shuō)，是收獲的一年，也是一個(gè)轉(zhuǎn)折年。這一年他評(píng)上了教授，獲得了國(guó)家首批優(yōu)秀青年科學(xué)基金。也是在這一年，他從早期的方法探索，轉(zhuǎn)向了對(duì)科學(xué)問(wèn)題的研究。

那一年，美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)鄔建國(guó)教授來(lái)到北師大，正式組建了北京師范大學(xué)人與環(huán)境系統(tǒng)可持續(xù)研究中心，并大力推動(dòng)中國(guó)的景觀可持續(xù)科學(xué)研究。經(jīng)史培軍老師推薦，何春陽(yáng)有幸成為該中心一員，在鄔建國(guó)教授的領(lǐng)導(dǎo)下繼續(xù)開(kāi)展土地利用/覆蓋變化研究工作。

或許是一直做方法的緣故，何春陽(yáng)覺(jué)得自己的科研似乎進(jìn)入了瓶頸期。在鄔建國(guó)教授的鼓勵(lì)和支持下，何春陽(yáng)將研究方向轉(zhuǎn)到了可持續(xù)性科學(xué)，主要從景觀格局、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉關(guān)系入手，著眼于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展，多尺度、多方法和多視角地認(rèn)識(shí)和理解中國(guó)的城市土地利用/覆蓋變化過(guò)程。與此同時(shí)，黃慶旭博士和劉志鋒博士等一批年輕學(xué)者也加入進(jìn)來(lái)，組成團(tuán)隊(duì)，與他一起開(kāi)展了城市景觀可持續(xù)性相關(guān)研究工作。

何春陽(yáng)介紹，依據(jù)聯(lián)合國(guó)預(yù)計(jì)，2050年左右全球80%的人口將會(huì)生活在城市地區(qū)，因此城市的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題是中國(guó)和全球?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。城市景觀是以城市為基礎(chǔ)的具有較高人口和不透水層密度的完全由人類主導(dǎo)的一種景觀。城市景觀可持續(xù)性研究以城市景觀為核心研究對(duì)象，以等級(jí)理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)城市生態(tài)系統(tǒng)-景觀-區(qū)域的多尺度研究，主要關(guān)注城市生物多樣性、生態(tài)過(guò)程、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)和人類福祉之間的相互關(guān)系。城市景觀可持續(xù)性研究以城市定位觀測(cè)為基礎(chǔ)，以空間顯示模型模擬和情景分析為主要手段，以地理設(shè)計(jì)為平臺(tái)，以區(qū)域關(guān)鍵生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)不降低和人類福祉持續(xù)改善為基本目標(biāo)，尋求不同路徑下的城市可持續(xù)發(fā)展方案。其實(shí)質(zhì)是城市生態(tài)學(xué)的向上延伸，也是城市地理學(xué)和城市規(guī)劃學(xué)的向下拓展，是聯(lián)系“城市中的區(qū)域”與“區(qū)域中的城市”的有機(jī)橋梁。

2019年團(tuán)隊(duì)師生合影

“在全球和中國(guó)城市化進(jìn)程方興未艾的今天，開(kāi)展城市景觀可持續(xù)性研究，積極探索城市可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，是具有重要的理論和實(shí)踐意義的。”何春陽(yáng)說(shuō)。

在熱點(diǎn)地區(qū)、生態(tài)區(qū)和國(guó)家三個(gè)尺度上，何春陽(yáng)團(tuán)隊(duì)定量評(píng)價(jià)了中國(guó)城市土地利用/覆蓋變化過(guò)程對(duì)自然棲息地的影響，該研究2014年發(fā)表在Global Change Biology上。被美國(guó)科學(xué)院院士Karen C. Seto教授認(rèn)為是“獨(dú)特的一項(xiàng)在國(guó)家尺度上評(píng)價(jià)中國(guó)城市擴(kuò)展過(guò)程導(dǎo)致棲息地?fù)p失的研究”。綜合利用長(zhǎng)時(shí)間序列多源遙感數(shù)據(jù)，他們還發(fā)展了基于聯(lián)合國(guó)可持續(xù)主題指標(biāo)框架的綜合環(huán)境評(píng)價(jià)指數(shù)，在國(guó)家、城市群和城市區(qū)域三個(gè)尺度上實(shí)現(xiàn)了對(duì)中國(guó)城市環(huán)境變化的定量評(píng)估，為基于遙感數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全球尺度上連續(xù)可比的城市環(huán)境評(píng)估提供了有效途徑。另外，結(jié)合遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和流行病學(xué)模型，他們又量化了中國(guó)城市發(fā)展過(guò)程中空氣污染致死人數(shù)的時(shí)空格局，評(píng)估了中國(guó)“大氣污染防治行動(dòng)計(jì)劃”的健康效益，該研究2020年發(fā)表在權(quán)威期刊Nature Communications上，受到了同行的高度評(píng)價(jià)，被認(rèn)為“為評(píng)估中國(guó)日益增多的空氣污染控制措施的公眾健康效益提供了一個(gè)有價(jià)值的新視角”。

何春陽(yáng)清楚，未來(lái)的城市景觀可持續(xù)性研究，還需要在理論、方法和應(yīng)用上進(jìn)一步深入。為讓研究工作適應(yīng)未來(lái)發(fā)展的需要，何春陽(yáng)一直不遺余力。

隨著“人類命運(yùn)共同體”理念、“一帶一路”倡議的提出，世界各國(guó)人民共同求和平、謀發(fā)展、促合作已成為普遍訴求。在此背景下，何春陽(yáng)越來(lái)越感覺(jué)到擁有全球視野對(duì)于一個(gè)地理科研工作者的重要性。如何把對(duì)中國(guó)城市的理解擴(kuò)大到對(duì)全球城市的理解上去，是何春陽(yáng)想解決的問(wèn)題。

幸運(yùn)的是，通過(guò)承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“城鎮(zhèn)化對(duì)區(qū)域及全球尺度氣候變化的影響研究”課題“全球城鎮(zhèn)化趨勢(shì)及其對(duì)氣候變化的影響”，何春陽(yáng)為解決這個(gè)問(wèn)題找到了一個(gè)機(jī)會(huì)。綜合利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和遙感數(shù)據(jù)平臺(tái)，何春陽(yáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)對(duì)全球城鎮(zhèn)土地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行再處理，獲取滿足未來(lái)城鎮(zhèn)化趨勢(shì)模擬所需的城鎮(zhèn)擴(kuò)展動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)集，并利用基于循環(huán)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多尺度特征提取方法，發(fā)展局地—區(qū)域—全球多尺度城鎮(zhèn)擴(kuò)展模型，預(yù)測(cè)全球城鎮(zhèn)擴(kuò)展及未來(lái)城鎮(zhèn)化對(duì)區(qū)域和全球氣候的影響。

如果說(shuō)這對(duì)于何春陽(yáng)是一個(gè)“連天”的工作，那么在國(guó)家第二次青藏高原綜合科學(xué)考察研究中承擔(dān)的“青藏高原重點(diǎn)城鎮(zhèn)化地區(qū)生態(tài)安全屏障體系優(yōu)化”研究就是一個(gè)“接地”的工作。“實(shí)際上西部的城市發(fā)展，不僅對(duì)西部的環(huán)境有影響，而且對(duì)東部的環(huán)境可能也有較大影響，因?yàn)檫@些城市多在我國(guó)河流的上中游地區(qū)。究竟西部城市發(fā)展在整個(gè)國(guó)家生態(tài)環(huán)境的變化中扮演著什么角色，這是一個(gè)有趣、重要又非常復(fù)雜的問(wèn)題。”何春陽(yáng)說(shuō)。

針對(duì)城鎮(zhèn)化造成的青藏高原生態(tài)安全屏障結(jié)構(gòu)失衡、空間破碎和功能退化問(wèn)題，以拉薩河流域、湟水流域和黑河流域中上游等重點(diǎn)城鎮(zhèn)化流域?yàn)橹饕疾靺^(qū)，何春陽(yáng)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了科學(xué)考察，調(diào)查了區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)過(guò)程、城鎮(zhèn)景觀格局與過(guò)程及山水林田湖草生態(tài)和水文過(guò)程，分析了流域城鎮(zhèn)化與山水林田湖草系統(tǒng)的相互作用，識(shí)別了城鎮(zhèn)化導(dǎo)致的生態(tài)安全屏障結(jié)構(gòu)失衡、空間破碎和功能退化區(qū)域，建立了城鎮(zhèn)化影響下的流域生態(tài)安全屏障優(yōu)化模型。通過(guò)這些科學(xué)考察，他們要完成模型的校正與驗(yàn)證，最終提出包括生態(tài)安全屏障結(jié)構(gòu)優(yōu)化、空間優(yōu)化和功能優(yōu)化在內(nèi)的可持續(xù)城鎮(zhèn)與山水林田湖草系統(tǒng)綜合優(yōu)化方案。

何春陽(yáng)認(rèn)為，必須高度重視干旱地區(qū)、高原地區(qū)、歐亞大陸內(nèi)陸地區(qū)等生態(tài)脆弱地區(qū)的城市可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題。“一帶一路”倡議，為這些地區(qū)的城市帶來(lái)了如沿海港口城市一樣的發(fā)展機(jī)遇，但氣候變化也對(duì)這些地區(qū)的城市可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了環(huán)境壓力和挑戰(zhàn)。“要實(shí)現(xiàn)生態(tài)脆弱地區(qū)城市的可持續(xù)發(fā)展，一是要高度重視氣候變化對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載能力的影響，做好國(guó)土空間規(guī)劃，使城市的發(fā)展規(guī)模與區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載能力相適應(yīng)；二是要對(duì)標(biāo)聯(lián)合國(guó)城市可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)和國(guó)家碳達(dá)峰與碳中和要求，積極做好城市產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型，始終保持城市的發(fā)展活力和競(jìng)爭(zhēng)力；三是要建立健全城市生態(tài)環(huán)境與城市居民福祉的監(jiān)測(cè)調(diào)查網(wǎng)絡(luò)，準(zhǔn)確掌握城市發(fā)展?fàn)顩r，科學(xué)決策，以提高城市居民的獲得感和幸福感為城市可持續(xù)發(fā)展的基本目標(biāo)。”何春陽(yáng)說(shuō)。

何春陽(yáng)坦言，地理科學(xué)關(guān)注的人地系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，不是一個(gè)純粹的自然問(wèn)題，也不是一個(gè)純粹的人文問(wèn)題，它是自然和人文相互耦合的問(wèn)題。它的復(fù)雜性決定了在探索的過(guò)程中經(jīng)歷失敗是常有的事。正確對(duì)待失敗，永葆創(chuàng)新熱情，是他對(duì)這份事業(yè)的堅(jiān)持。

何春陽(yáng)堅(jiān)信，實(shí)現(xiàn)全球城市可持續(xù)發(fā)展的機(jī)遇在中國(guó)，而尋找城市可持續(xù)發(fā)展的中國(guó)解決方案，既面臨著機(jī)遇也面臨著挑戰(zhàn)。未來(lái)的道路如何走，不僅是他需要面對(duì)的問(wèn)題，更是整個(gè)學(xué)界需要肩負(fù)的責(zé)任。