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城市生态与人居环境

简介

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实验室简介

华南城市生态与人居环境研究团队

 

          华南城市生态与人居环境研究团队聚焦于城市(城市化)复杂地表格局、过程与功能的基础与应用研究,旨在探索人类活动与城市复杂生态系统(自然、经济、社会、文化)交互作用和耦合机制,致力于推动城市可持续发展和人居环境健康。团队现有正高2人,副高4人,中级4人,其中入选青年珠江学者1人。

       团队承担国家重点研发计划课题1项:“城市多源(元)多模态数据精准获取与高精度融合”;国家“十二五”科技支撑计划课题1项:“村镇建设用地再开发调查评价技术研究”;南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队引进重大专项课题1项:“大湾区海岸带开发利用时空格局精准识别”;国家自然科学基金项目16项:“粤港澳大湾区湿地资源遥感监测及其生态功能评估研究”(联合基金重点项目),“基于多源遥感信息的城市边缘区空间测度与景观感知”、“环珠江口区域城市扩张及其环境生态效应分析与模拟”、“珠江口两岸土地利用景观格局演化及其生态响应”等(面上项目),“2019年城市、交通及健康研讨会”、“河流-水库-近海连续体泥沙输移、碳循环与固碳增汇对策研讨会”(国际地区合作与交流项目);教育部人文社科基金项目1项:“基于空间博弈理论的粤港澳大湾区生态红线划定规则及情景模拟研究”;省自然科学基金重点项目等省部级科研课题30余项。

广州大学城市生态与人居环境研究团队恭祝各位同仁元旦快乐!

章典教授在青藏高原发现世界上最古老的岩面艺术

       2021年9月10日,我院国家文物局重点科研基地(广州工作站)章典教授领衔的国际团队在高水平期刊《Science Bulletin》(JCR一区,最新影响因子为11.78)在线登载题为《Earliest parietal art: hominin hand and foot traces from the middle Pleistocene of Tibet》的文章。当时,文章仍处于期刊预较样阶段,尚未正式发表,迅即在国内外引起广泛关注。最近,该发现更是被美国考古学会主办的世界上最杰出的考古学杂志之一、《Archaeology》(《考古》)杂志评为2021年度世界十大考古发现第二名(图1),如一石激起千层浪,引发社会上持续关注热潮。

       迄今,网络上已有十多种文字的报道或解读,国外Yahoo(雅虎)、美国NBC(全国广播公司)、AAAS(美国科学促进会)、Scientific American(科学美国人)、Smithsonian Magazine(史密森尼学会杂志)等知名新闻媒体、科普学术网站均给予了相关报道或转载;中国科学杂志社、腾讯、百度、新浪、网易、搜狐等国内报刊媒体亦对此进行了追踪报道。此外,自文章刊载以来,第一作者章典教授及其团队成员已接受我校新媒体中心、广州广播电视台、红星新闻、《广州日报》、《南方日报》、《Archaeology》、纽约《TIME》(《时代周刊》)、日本Nikkei Asia(《日经新闻》驻亚洲分部)等国内外媒体多次采访(图2),充分彰显此次科学发现的重大影响力。

图1 本成果(红框处)入选《Archaeology》杂志2021年度世界十大考古发现

图2 国内外媒体相关报道截图一览

       时间回到2018年10月,章典教授团队在参与“第二次青藏高原综合科学考察研究”的过程中,在西藏自治区拉萨市堆龙德庆区邱桑温泉附近的古泉华沉积(海拔约4060米)上发现了一组古人类手脚印,包含5个手印和5个脚印(图3左)。在团队成员对手脚印拍照、测量,并在手脚印附近及其所处钙华层进行取样的基础上,章教授团队联合世界顶级足迹学家、英国伯恩茅斯大学的Matthew R. Bennett教授团队,以及著名铀系定年专家、西安交通大学的程海教授团队分别从形态学和年代学两个方面对这些手脚印进行研究,此次发表的文章即为该国际团队历三年打磨之结晶。

       通过对这些手脚印进行3D建模(图3右)和形态学定量分析,并结合现代人手脚印解剖学特征推测,作者认为它们是在泉华没有固结成岩之前由古人类有意压上去的,而且可能是两个7-12岁的孩童。他们或许在温泉边的软泥中嬉戏,觉得软泥中自己的印迹非常有趣,从而有意识地“创作”出世界上最古老的岩面艺术。对手脚印所处钙华层及附近多次取样并反复进行铀-钍(U-Th)定年,结果表明这块“艺术岩板”U-Th年龄为距今约16.9-22.6万年,其中还包含一个手指印的表面直接年龄(约18.8-20.7万年,图4)。

图3 西藏邱桑古人类手脚印遗迹(左)及原始岩面艺术彩色渲染3D模型(右)

图4 年代模型。(a)手指印的直接测年结果。(b)单元I至IV中230Th/232Th比率大于20x10-6的U/Th定年的核密度估计(KDE)建模结果。黑色轮廓下的深灰色分布即为KDE分布;浅灰色分布为求和分布(供参考)。(c)单元II模拟的开始和结束边界,浅灰色分布是定年误差,深灰色分布是MCMC建模的结果。这两个图均通过OxCal v.4.4.2 r:5中的KDE模型和边界函数生成。(d)邱桑遗址泉华沉积地层柱状图。

     此次发现的古人类手脚印岩面艺术至少在以下四个方面做出了重要贡献,意义深远。

     首先,在艺术史学领域,这是目前已知的世界范围内最早的岩面艺术和最古老的手印,它改写了人类艺术史。相比之前发现的手印,如西班牙的卡斯蒂略岩洞手印(3.73万年)、苏拉威西岛西南部的手印(3.2-7.34万年)以及其它“岩面艺术”等,要至少老10万年左右;而这一岩面艺术发现地点所处的海拔(>4000 m)也是世界上发现手印海拔最高的地方。

     其次,在人类学、古生物学领域,手脚印的发现也为古人类长期或季节性定居青藏高原、适应寒冷低氧环境的最早时间提供了新的证据。这一发现是迄今发表的古人类在青藏高原上活动的最早记录,早于欧亚大陆迄今发现的所有智人,其年龄与最近在青藏高原海拔稍低的地方发现的丹尼索瓦人化石年龄非常接近(Chen et al., 2019)。因此,不排除在青藏高原高海拔地区出现丹尼索瓦人或其他古老的人种的可能性。当今的藏族基因构成,很可能除了丹尼索瓦人、尼安德特人和古西伯利亚人之外,还有未知的古老的遗传基因渗入(Lu et al., 2016)。

     再次,在认知科学领域,此岩面艺术的发现为我们提供了认识古人类认知发展能力的一条新路径。有意压制并精心排列的岩面艺术反映了当时古人类已具有较高的认知水平,以及一定的抽象思维和视觉感知能力,能够将孤立的图像组合成一系列结构化的、有意义的表达形式;更为重要的是,它超越了生存目的和基本需要。因此,该岩面艺术作为目前已知的世界最早的艺术形式,也是人类认知发展中的一项里程碑,有助于加深我们对已消失的古人种认知水平的认识。

     最后,消失的古人种构成了对现代人智力的挑战,有可能颠覆智人更加聪明的看法。过去主流观点认为,尼安德特人和丹尼索瓦人等其他古人种消失的关键在于它们和现代智人在智力上的差别,艺术是后者的“专利”;然而,不仅岩面艺术的创作年代要大大早于现代智人走出非洲的时间(约7万年前,Haber et al., 2019),且上述发现说明当时创作者的智力水平在艺术创作方面与同龄的现代人无异。值得注意的是,目前尚无任何证据表明同时代在非洲的智人有这种艺术创造能力和美学实践行为。

     总之,该发现将给多个学科的研究带来新的挑战和机遇,有力地推动自然、社会科学和人文艺术界的发展。由于青藏高原地表风化强烈,对脆弱的手脚印遗迹的保护迫在眉睫。未来需要联合文物部门开展文化遗产保护工作,共同呵护这朵属于全人类的艺术之花。

 

     该成果得到了中国国家自然科学基金项目(批准号:41971110、41888101)、中国科学院第二次青藏高原综合科学考察研究项目(编号:2019QZKK0601)以及香港研究资助局杰出青年学者计划(编号:28300717)的共同资助。我校章典教授为第一作者兼共同通讯作者,讲师王蕾彬博士、张盛达博士、李腾博士、研究生王晓晴以及吴志峰教授为共同作者。

 

原文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095927321006174

文献引用:

Chen, F. H., et al. A late Middle Pleistocene Denisovan mandible from the Tibetan Plateau. Nature, 569: 409–412 (2019).

Lu, D. S., et al. Ancestral origins and genetic history of Tibetan highlanders. The American Journal of Human Genetics, 99: 1–15 (2016).

Haber M., et al. A rare deep-rooting D0 African Y-chromosomal haplogroup and its implications for the expansion of modern humans out of Africa. Genetics, 212(4): 1421–1428 (2019).

 

【工作会议】 NSFC-广东联合基金2021年11月进展讨论会

     2021年11月12日,广州大学城市生态与人居环境研究团队召开NSFC-广东联合基金“粤港澳大湾区湿地资源遥感监测及其生态功能评估研究”项目进展讨论会。首先,吴志峰教授作开场发言,简要介绍国家自然资源领域在调查检测、土地确权、价值评估等方面的工作,为此次进展讨论引入重要背景。

       吴艳艳博士向团队汇报“粤港澳大湾区湿地生态资产价值评估与湿地生态功能”子课题的相关进展。吴博士以前期工作、近期工作、下一步工作计划为思路,围绕生态价值的具体计算方法、构建资源资产效益评价体系的框架等方面介绍当前进展,并总结在指标的计算与补充、统一数据年份、确定生态资产存量方法上所遇到的难题。

图1  吴艳艳博士作子课题汇报

       随后,与会成员就此进行讨论。吴志峰教授首先明确联合基金整体框架的内涵,强调湿地价值评估与功能诊断是课题当中面向应用需求的重要部分;其次,指出面向“存量”、“流量”等研究要点面结合,针对区域要有长时序、突显演变趋势,针对特定类型要有精度、突显具体功能。郭冠华副教授、博士生郑子豪就当前在近四十年大湾区湿地演变数据方面的工作进行总结,为湿地价值评估子课题提供基础。曹峥博士从团队其他研究工作、SGDs等不同的方向对子课题提供思路、数据等方面的参考。

图2  进展讨论会现场

        最后,吴志峰教授为此次进展讨论会作总结,明确子课题的下一步工作计划。第一,梳理方法、指标体系,计算粤港澳大湾区湿地资产图。第二,以长时序湿地数据为基础,做好湿地资产计算,包括计算依据、参数调整等方面。第三,进行适当的实验以选择合适的制图方式,有效表达湿地资产。

 

 

自然资源遥感监测与评估

 

      粤港澳大湾区复杂的自然条件孕育了丰富的自然资源,构成了区域生态安全屏障的重要防线。近几十年来,在气候变化与高强度受人类活动扰动的双重胁迫下,粤港澳大湾区自然资源种类锐减、面积衰减、质量退化趋势明显,亟待开展区域自然资源的动态监测与评估。借助于多源遥感数据,开展空-天-地一体化的自然资源体系构建、自然资源关键生物物理参量提取、自然资源资产评估等议题的研究。形成了百万级别的大湾区农田地块数据集构建、主要经济作物全生长周期动态监测、农田病虫害预警与产量预估等成果。

标志性成果

自然资源监测

      杨现坤副教授在《Nature Communication》上发表了题为“Substantial decrease in CO2 emissions from Chinese inland waters due to global change”的文章,对我国经济高速发展的30年内(1980年代和2010年代)的内陆水体的CO2排放量进行估算,对全球碳循环及未来可持续发展具有重要意义。

 

      杨颖频博士在《Remote Sensing》和《农业工程学报》期刊上发表题为“Geo-parcel based crop identification by integrating high spatial-temporal resolution imagery from multi-source satellite data”和“时空协同的地块尺度作物分布遥感提取”的文章,基于多源遥感时空协同的思路,以地块为观测尺度融合作物光谱和物候特征,实现地块尺度的作物空间分布精细制图。

 

 

 

 

自然资源评估

      吴艳艳博士分别在《Environmental Science and Pollution Research》和《Environmental Management》上发表题为“Quantitative assessment of human-induced impacts based on net primary productivity in Guangzhou, China”和“Dynamic Changes of Net Primary Productivity and Associated Urban Growth Driving Forces in Guangzhou City, China”的文章,通过提出“相对影响指数”和“城市化特征指数”两个指标定量分析了城市扩张对净初级生产力的影响。成果有助于加深对城市增长模式和相应的城市地理结构变化对城市生态系统影响的认识,为加强城市环境保护和管理提供决策依据。

 

文章列表:

 

城市大数据计算与感知

       城市是自然-经济-社会复杂巨系统的集中体现,是人地系统的关键层级与重要组成。据估计,到2050年,全世界将有70%以上的人口居住于城市地区,其中以印度、中国等发展中国家表现最为明显。由此导致的诸如土地问题、污染问题、城市更新问题等“城市病”已成为制约城市可持续发展、人群生活福祉提升的主要因素。为了更好的应对快速城市化带来的挑战,城市生态与人居环境团队借助时空大数据,通过多视角学习方式融合多源异构数据,实现对城市参与者的全面多维感知;基于大规模出行数据,实现人群出行习惯、出行体验解析;基于大数据智能分析,结合城市发展规律,对城市的基础设施布局和公共资源分配进行智能分析和决策。团队已发表相关领域学术论文20余篇,授权发明专利1项,省部级以上项目资助4项,获得中国地理信息产业协会科技二等奖等奖项4项。

标志性成果:

交通大数据计算:

     李少英副教授在《Journal of Transport Geography》上发表题为“Inferring the trip purposes and uncovering spatio-temporal activity patterns from dockless shared bike dataset in Shenzhen”的文章,提出了一个基于引力模型和贝叶斯规则的无停靠共享单车用户目的推断框架,并在中国深圳进行了实证。为自行车基础设施规划和无对接共享单车管理提供科学决策。

人群健康暴露风险评估:

      曹峥博士在JCR一区期刊《Environmental Research》上发表题为“Ridership exceedance exposure risk: Novel indicators to assess PM2.5 health exposure of bike sharing riders”的文章,通过开发两个新指标,考察了PM2.5超标对自行车骑行者健康威胁的增加。该研究结果可为制定相关缓解策略提供决策依据,从而实现健康城市的目标。

主要成果列表:

城市生态遥感分析

 

       城市化是人类社会发展的必然趋势,据世界银行统计,2020年全球人口为77.53亿,城市人口为43.52亿,到2050年,城市人口的比例将达到68%。伴随着城市化进程和人类活动强度的加剧,城市生态系统正面临着日益严峻的挑战。及时地开展城市生态的监测并发现所存在的问题,有利于维护城市生态的稳定性并助力可持续发展目标(SDGs)的实现。为了积极响应SDGs目标,城市生态与人居环境团队借助多源遥感数据,收集城市生态系统的专题信息,实现对城市生态过程和环境机制的综合表征,包括:联合卫星与地表传感网的多维城市热环境感知,为改善城市热岛效应提供理论支持;基于城市水文传感大数据,结合城市地表景观格局,对城市地表径流与内涝风险进行智能分析和决策;基于昼夜遥感协同的人类足迹与区域生境的动态追踪,有助于揭示人类活动对生境状况的作用。已发表相关领域学术论文20余篇,授权发明专利1项,省部级以上项目资助20余项,获得广东省科技进步奖一等奖、华夏建设科学技术奖一等奖等奖项。

标志性成果:

城市热环境与景观分析:

      郭冠华副教授在JCR Q1期刊《Landscape and Urban Planning》上发表题为“Impacts of urban biophysical composition on land surface temperature in urban heat island clusters”的文章,通过引入了一种创新的集成方法,将面向对象的图像分割与空间自相关的局部指标 (LISA) 相结合,从LST 图像中提取UHI簇,所建立回归树模型能够有效地检测LST与生物物理成分之间的非线性关系。该研究结果有助于更全面的理解城市景观配置与热环境的关系,可为缓解城市热岛效应提供支持。

地图

描述已自动生成

城市内涝模拟评估:

      张棋斐博士生在JCR Q1期刊《Science of The Total Environment》上发表题为“Explicit the urban waterlogging spatial variation and its driving factors: The stepwise cluster analysis model and hierarchical partitioning analysis approach”的文章,提出了一种在通用框架内结合逐步聚类分析模型(SCAM)和层次划分分析(HPA)的新方法,并通过逻辑回归、人工神经网络和支持向量机验证其适用性。该研究本有望为SCAM和HPA在城市内涝模拟与评估中的进一步应用提供有益信息,为内涝风险防范带来启示。

地表光污染追踪:

       郑子豪博士在JCR Q1期刊《Global Environmental Change》上发表题为“Africa's protected areas are brightening at night: A long-term light pollution monitor based on nighttime light imagery”的文章,使用统一的多传感器NTL数据对非洲保护区的光污染进行了长期(1992-2018)的监测和评估,并探讨了人类活动强度对保护区内光污染的最大作用距离。该研究为理解保护区内的光污染模式提供了新的方法,对未来的保护区规划具有重要参考价值。

主要成果列表:

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