城市热岛效应对人体健康影响研究综述

城市热岛效应改变了城市局部气候环境, 对人体健康构成了极大的威胁。随着城市的发展和城市人口的增加, 城市热岛效应愈发严重。在此背景下, 城市热岛效应对人类健康的影响成为研究热点。本文从热岛效应与人体健康的定量分析、热岛环境下弱势群体识别以及热岛效应缓解措施等方面, 总结了近年来众多学者关于热岛效应对健康影响的研究, 为城市建设管理者预防并减少城市热岛效应对城市居民健康的影响、建设生态文明城市提供参考。研究表明: 1) 城市热岛效应不仅可以通过热危害直接威胁人体健康, 还可以通过加重空气污染间接增加呼吸系统疾病和心脑血管疾病等的发病率; 2) 老人、婴儿、低收入者、患病人群、学历较低者和体力劳动者等是热岛效应中的弱势群体; 3) 改善城市风环境, 种植绿色植被, 增加城市地表反射率等措施可以有效缓解城市热岛效应, 减缓热岛效应对人体健康的影响。     

城市绿地对热岛效应缓解作用研究——以保定市中心城区为例

随着中国城镇化建设的进行,城市热岛效应逐渐成为城市发展的显著问题之一,而城市绿地能有效地缓解城市热岛效应,在城市规划中,可以通过对城市绿地进行合理布局,从而减缓城市热岛效应的影响。本文采用遥感数据反演的方法,综合应用地理信息系统（GIS）和遥感（RS）技术,得到不同时期保定市中心城区地表温度和植被覆盖度的时空演变图,分析近10年的时空演变规律,并用网格法对植被覆盖度与地表温度之间的耦合关系进行研究,得出研究区内的植被覆盖度每增加10%,其地表的平均温度可减少0.9℃~1.3℃。选取研究区域内的8个城市绿地,利用缓冲区分析的方法,定量研究城市绿地面积与其降温范围之间的关系,结合保定市热岛效应集中区域及周边土地利用现状,提出增加城市绿地的可能位置,为城市绿地布局提供科学依据。     

区域气候背景对城市热岛效应的影响规律

城市热岛效应受到区域气候背景的影响而具有显著的时空差异性,尚缺少大尺度对比研究。利用1991-2019年的月均气象数据,量化了我国69个典型城市的大气城市热岛效应强度,从热带、干带、暖温带、冷温带和极地带五个气候带,分析城市热岛效应的时空特征规律。结果表明：（1）区域差异：干带热岛效应明显高于其他气候带,极地带最弱,且表现为较强的冷岛效应,热带、暖温带、冷温带热岛效应较弱,而冷温带的京津冀地区由于城市化程度较高,表现出较强的热岛效应,温暖带中西南地区较为明显;（2）季节性差异：不同季节城市热岛效应的强弱关系在不同气候带有所不同,秋季热岛效应较为稳定,热岛和冷岛效应均主要处于弱强度范围,春、冬热岛效应较为波动,易出现强热岛、强冷岛效应的极端现象,夏季热岛效应发生率最高;（3）时间演变规律：城市热岛效应的多年演变规律在相同气候带较为一致,2010年前后是各气候带各季节城市热岛效应的变化拐点,2010年后,干带、冷温带、暖温带热岛效应均有所下降,热带、极地带有所上升。     

成都市热岛效应及其与下垫面的关系

城市热岛效应是一种常见的城市气候,影响着城市规划及人民的生产与生活。本文以成都市中心城区为研究区,通过采用Landsat 8 TIRS数据,运用劈窗算法反演成都市中心城区4个时间点的地表温度,并对热岛效应的时空变化及其与下垫面的关系进行了分析。结果表明:劈窗算法在无同步气象观测资料校正大气透射率的情况下精度达到1.6 K;成都市中心城区明显存在热岛效应,其面积约占中心城区面积的30%,且春夏季热岛效应的空间差异性较大;三环外热岛效应较三环内明显,武侯区和双流区之间始终存在一个温度高值区;夏季归一化差异植被指数(NDVI)与地表温度存在显著的负相关关系,这说明可以通过种植绿色植物来缓解城市热岛效应;夏季地表温度与改进的归一化差异水体指数(MNDWI)的相关性不如春季和冬季,因此,夏季用水体来缓解热岛效应可能收效甚微;归一化建筑指数(NDBI)与温度在4个时间点上均呈正相关,这说明人类活动是造成城市热岛效应的原因之一,NDBI是研究城市热岛效应的有效指标。     

气溶胶光学厚度和不透水地表覆盖度对城市热岛强度的影响——以关中地区为例

城市热岛效应（UHI）是人们最为关注的城市生态环境热点问题之一,城市热岛及其影响因子的研究对生态城市建设具有重要意义。利用城市热岛足迹（UHI FP）、局部G^*指数、Pearson相关系数以及气溶胶定量归因分析法研究了气溶胶光学厚度（AOD）和不透水地表覆盖度（ISP）对城市热岛的影响。研究结果表明：在2000-2018年间,关中地区西安及咸阳（西咸）城区的白天/夜晚城市热岛足迹均有显著增加,城市热岛效应逐年增强。西咸白天/夜晚城市热岛足迹范围比宝鸡市大,城市热岛现象更为明显。西咸城区夜晚热岛足迹范围内被地表温度（LST）高值所占据,夜晚城市热岛效应比白天更明显。宝鸡市虽然热岛足迹范围增减幅度不大,但足迹内白天/夜晚LST次热区面积逐渐增大,城市热岛效应日趋增强。西咸、宝鸡市城区的夜晚城市热岛强度（ΔT）与不透水地表覆盖度呈显著正相关关系,与城乡气溶胶光学厚度之差（ΔAOD）呈明显负相关性。西咸城乡ΔAOD为负,对城市热岛强度的平均贡献度为（0.41±0.14）℃;宝鸡市城乡ΔAOD为正,其平均贡献度为（-0.26±0.25）℃。综上所述,城市不透水地表面积的扩张会使城市热岛效应进一步加剧,西咸与宝鸡市城区气溶胶浓度的增加会抑制城市热岛的形成,但综合其他因子的影响作用,西咸与宝鸡市城市热岛强度仍在逐年增加。     

城市水体对热岛的缓冲性能沿河岸距离的变化规律

城市水体包括城区内的自然水体和人工水体两大类。作为城市生态系统的重要组成部分,水体在缓解城市热岛效应(Urban Heat Island, UHI)上具有重要作用。研究城市热岛效应的现状,探讨水体对城市热岛的缓冲效应,为改善城市热岛效应和生态环境,并对城市进行合理的改造和规划提供理论依据。以长沙市中心城区为研究区域,以南北向贯穿长沙市的湘江河道作为主要研究对象,基于长沙市2016年7月Landsat 8 TIRS遥感影像采用大气校正法反演地表温度(Land Surface Temperature, LST),利用监督分类法获取其同步的城市化进程和土地利用类型,分析市区内地表温度及热岛效应的空间分布特征。同时,通过在湘江两侧建立多个尺度的缓冲区,并将其与地表温度分布及土地利用类型叠置,分析湘江为主的水体对长沙市热环境及各缓冲区的缓冲效应,结果表明:(1)长沙市城市建设格局与热岛效应空间分布基本相似,建筑用地热岛效应更高,极端地表温度达到53.8℃;水体、绿地和裸地的热岛效应相对较低,最低地表温度为16.0℃;(2)湘江对长沙市热岛效应具有缓冲作用,对长沙市热岛效应的平均缓冲距离为400 m;(3)湘江对热岛效应的缓冲能力与水体周边土地利用类型有关,对河东区的缓冲作用小于河西区,对沿江休闲区的缓冲效应大于沿江住宅区。综上所述,长沙市热岛效应强度与用地类型相关,建筑用地热岛效应严重;水体对热岛的缓冲效应显著,但不同缓冲区内缓冲距离存在差异,因此对城市生态格局进行小规模改造可增强水体缓冲作用,缓解城市热岛效应。     

城市典型水域景观的热环境效应

城市热岛效应是当前快速城市化进程中最具代表性的生态环境问题之一.热岛效应进一步影响着城市气候变化与城市可持续发展.现存大量研究证明了土地覆被改变导致的热辐射变化及人为热释放共同作用产生了城市热岛.然而,当前对缓解城市热岛效应要素的研究并不多见.以上海市中心城区为例,首先基于SPOT5影像的分类,提取了城市水域景观,再利用Landsat7的ETM+的热红外波段,定量反演了城市地表热环境温度,然后利用GIS的空间分析功能,探讨了城市水域景观对热环境的影响.研究揭示水域景观在城市热环境中表现出明显的低温效应,而面状水域景观的热环境效应要强于线状河流景观.面状水域景观对热环境影响随着与热岛中心距离的增加而明显降低,此外还受到周围土地覆被的影响.线状河流景观的宽度与流经区域共同决定了其对城市热环境的影响能力.因此,在城市规划设计中,从缓解城市热岛效应出发,水域生态功能区的形态与空间设置可作为考虑因素之一.     

基于气温实地调查的城市绿地降温效应研究现状与未来展望

随着城市化进程的不断推进,城市热岛效应日益明显.城市绿地作为城市结构中的自然生产力主体,在缓解城市热岛效应方面发挥着极其重要的作用.然而,面对快速城市化进程和不断变化的环境,如何实现城市绿地的合理配置与前瞻性布局,从而实现其整体降温效应的最大化,进而改善城市环境与微气候,依然是一个亟待解决的难题.这迫切需要多尺度的城市绿地降温效应研究.本文对基于气温实地观测来探讨城市绿地降温效应的相关研究进行了系统梳理与总结,从城市绿地的面积与形状特征、植被结构特征、影响降温效应的外部因素3个方面深入探讨了影响绿地降温效应的主要因素,并从城市绿地降温的时间变化特征和距离衰减效应两方面总结了绿地降温效应的时空特征.在此基础上,指出了目前城市绿地降温效应研究存在的主要问题和未来研究展望.     

建成区扩张下的西安市热环境空间分异性

深入研究建成区扩张下的城市热环境的空间分异性,对于更好地认识城市热岛效应,改善城市生态环境具有重大意义。以西安市建成区为例,基于2005、2010及2016年3期Landsat遥感影像,采用线性光谱混合分析法提取建成区范围,利用热红外遥感影像反演地表温度来研究城市热环境的时空演变;在此基础上,基于城市热岛足迹与多维直方图的信息容量分析方法探究建成区扩张下城市热岛效应的影响范围变化及其空间分异性特征。结果表明:2005—2016年西安市建成区扩张强度剧烈,不透水性表面显著增加;城市建设加剧了西安市城市热岛强度和级别,致使高温区域增多并向外蔓延,逐渐呈现片状分布格局;西安市城市热岛足迹的空间分异性显著,从2005年至2016年城市热岛效应的影响足迹范围逐渐变小;信息容量能够反映城市扩张对城市热环境空间分异性的影响,研究期间西安市建成区内城市热岛空间分异性随着热岛强度增加变得更加复杂。     

基于景观格局的城市热岛研究进展

首先对城市热岛效应的研究历史、大气城市热岛(AUHI)和地表城市热岛(SUHI)等概念、以及数据获取方式等方面进行简要地概述;随之着重综述从景观格局角度对城市热岛效应进行的研究。统计描述、传统景观格局指数分析和模型模拟法是目前该方向研究的主要方法,统计和景观格局指数分析的研究方法相似,主要统计地表参数或地表景观格局指数与地表温度的相关关系,在SUHI的研究中用得较多;AUHI和SUHI的数据源和机理不尽相同,其研究方法也不同;AUHI一般使用固定气象站点的数据和精细的局部移动气象站数据,较难和景观格局指数结合;模型模拟法则既可以使用地表温度也可以使用大气温度,其结果具体可靠,但目前模型模拟中涉及的景观格局参数,尤其是二维或多维的格局参数并不多;最后从数据源和景观格局参数的参与两个角度讨论了该方向研究存在的问题并提出今后研究的重点,包括(1)针对研究目标,选取或生产最合适的高质量数据;(2)深入从景观格局角度模拟城市热岛效应的研究,尤其是二维和三维景观格局的模拟,并发展多维度的景观格局指数;(3)中尺度上充分利用多光谱遥和热红外遥感数据,结合小尺度的测量和模拟,建立基于机理的景观模型或格局指数以评价中尺度的城市热岛效应;(4)多领域数据的融合和多学科方法的交叉研究和应用。     

北京市植物物候对热岛效应的响应

都市的快速发展致使城市热岛效应日渐加剧。城市绿化对缓解热岛效应有一定的作用,但同时其物候也受到了影响。本文基于遥感影像数据,通过对照北京市热岛区与非热岛区、不同热岛强度等级的植物物候差别,研究热岛效应对植物物候的影响。采用Landsat 8影像对北京市地表温度进行反演,结合空间分析进行热岛效应分区分级识别;通过MOD13A1的归一化植被指数(NDVI)数据,采用Dallimer平均值法和动态阈值法提取植被生长季始期(SOG)、生长季末期(EOG)、生长季长度(LOG)等重要植被物候参数,研究植被物候在热岛区与非热岛区、不同热岛强度等级之间的差异。结果表明:北京市夏季与冬季相比,热岛效应更为显著;利用Dallimer平均值法提取的北京市热岛区SOG比非热岛区提前4 d,EOG延迟9 d,LOG延长13 d;利用动态阈值法提取的SOG提早10 d,EOG推迟4d,LOG延长14 d,动态阈值法提取的物候信息与观测的物候信息更为接近;随着热岛强度等级提高,SOG提前,EOG推迟,LOG延长。本研究丰富了我国华北地区植被物候对热岛效应的响应机制,同时对研究全球变暖对生态系统的影响具有一定价值。     

辽宁省城市热岛强度特征及等级划分

根据气象站资料累积时间、资料连续性、站点位置、城郊站间距离、站点数量、迁站情况,对辽宁省61个气象站进行筛选,并利用选出的城郊代表站的月和年气温数据,分析了辽宁省热岛强度的变化范围及幅度,确定了热岛强度等级.结果表明:辽宁省铁岭站、大连站、鞍山站、朝阳站、丹东站、锦州站6个气象站可作为城市气温的代表站,台安站等18个气象站可作为郊区气温的代表站;1980-2009年,辽宁省6个代表城市的热岛强度年变化不同,除铁岭为微弱下降外,其他5市均表现为上升趋势,铁岭年热岛强度较强,大连年热岛强度较弱;6个代表城市的月热岛强度变化也不同,丹东、锦州、铁岭的月热岛强度呈明显的“U”型分布,6市最大热岛强度均出现在1月,最小热岛强度均出现在5-8月,具有冬季强、夏季弱的特点.6市热岛强度的年、月变化范围分别为0.57～2.15℃和-0.70～4.60℃,年和月热岛强度分别有97.8％和72.3％集中在0.5～2.0℃.辽宁省热岛强度可划分为无、弱、强和极强4个等级.     

Comparison of the urban heat island intensity quantified by using air temperature and Landsat land surface temperature in Hangzhou,China

This study compared different measures of urban heat island (UHI) intensity, which were calculated using both air temperature (T_air) at a height of 1.5 m and Landsat land surface temperature (LST) in Hangzhou, China. Two UHI-driven indicators (range and magnitude) and two land-cover-driven indicators (urban-rural and urban-agriculture) were calculated to quantify the UHI intensity based on hourly T_air from five stations and fifteen Landsat 5 LST images. Pearson correlation testing and a moving average times series of the previous 30 days were used to investigate the relationship between UHI intensities calculated by different indicators and data. The results indicate that the land-cover-driven indicators explain UHI better than the UHI-driven indicators, while the calculated values of UHI intensity using Landsat LST and hourly T_air are not comparable. We also investigated the influence of weather conditions on UHI intensity. Generally, Landsat-LST-based UHI performs best on hot sunny days, while T_air-based UHI has a better chance during the nighttime following a dry sunny day. This study suggests that the value of UHI intensity can be influenced by the selected indicators, the data used, the acquisition time and the weather conditions. Thus, these factors should be considered when comparing UHI intensity between different cities or quantifying their influences (e.g., population size, land use and land cover change) on UHI intensity.     

快速城市化区域城市热岛及其环境效应研究

以广州为中心的珠江三角洲区域城市化十分迅速,城市热岛对城市生态环境影响极大。城市热岛及其环境效应的研究有利于城市合理规划和可持续发展。利用中尺度模式MM5模拟广州地区的城市热岛效应,模式采用四重嵌套网格,最高水平分辨率为1km。研究通过数值模拟结果与自动气象站观测的气温和ETM+热红外波段反演的地温的对比,表明该方案能准确模拟地表的温度状况和城市热岛的环境效应。研究还表明城市干岛与热岛相伴而生,02时和11时广州热岛强度较小,相对湿度较高,20时热岛强度达到最大,城区相对湿度则最低;因城市热岛的存在,改变了原盛行风向,减弱了风速,且湿地、绿地、河流廊道等景观分割了城市热岛和干岛,增加了其破碎度,调节了城市气候。     

基于源汇指数的沈阳热岛效应

基于2001和2010年Landsat 遥感影像,利用GIS技术识别沈阳城市热岛源区和汇区,利用地表温度(LST)、源区和汇区面积比率指数（CI）和热岛强度指数（LI）,评价分析了沈阳土地利用发展布局模式对热岛效应的影响.结果表明: 2001-2010年,沈阳三环内土地利用类型变化较大,导致热岛源、汇区面积变化明显,且主要发生在二环和三环.2001年,一环内热岛源、汇区面积比例分别为94.3%和5.7%,三环内分别为64.0%和36.0%;2010年,其比例在一环内分别为93.4%和6.6%,三环内分别为70.2%和29.8%,说明10年来“摊饼式”土地利用布局决定了沈阳热岛效应的“摊饼式”布局.研究期间,沈阳地表温度从一环至三环均呈递减趋势,热岛效应强度在2001年以单一中心为主,至2010年发展为多中心态势,热岛效应强度等级有所降低.从一环至三环,CI绝对值均呈增加趋势,LI值均小于1,说明期间研究区土地利用布局变化对改善区域热岛效应没有明显作用.     

城市热岛效应与景观格局的关联:从城市规模、景观组分到空间构型

景观格局的改变被视为城市热岛形成的直接原因,但景观格局指标与热岛效应的关联机理仍未厘清。城市规模、景观组分、空间构型作为景观格局的重要表征指标,对热岛效应的影响体现了从整体到局部、从数量到空间的递进关系。其中,城市规模与热岛效应的关联存在地带性规律;景观组分与热岛效应的相关性受昼夜、季节控制;显著驱动热岛效应的关键空间构型指标仍有待遴选。景观格局与热岛效应的非线性关联可能存在拐点,拐点前后对应不一致的因子驱动强度。科学界定城市规模、景观组分、空间构型等景观格局要素显著影响热岛效应的阈值区间,有助于明晰缓解城市热岛效应的关键景观生态途径。     

广州城市热岛空间分布及时域－频域多尺度变化特征

利用广州47个自动气象站小时数据计算2001年1、4、7和10月各站平均热岛强度,用克里格方法研究广州城市热岛的空间变化,发现其受下垫面、人为热、大气污染、天气系统等影响较大.利用2001年—2002年2月每小时气象数据,用Morlet小波变换方法分析广州热岛周期变化,发现其在频域上具有多尺度的周期振荡,尺度主要是24、168和1 490 h,即日、周、2个月,其次是3个月. 海陆风、下垫面长波辐射、人为热、近地层热量交换等影响其日变化周期,人类活动影响其周变化周期,太阳辐射及天气系统影响其2个月变化周期,季风影响其3个月变化周期.研究表明,广州城市热岛时空变化是天气系统、地表长波辐射、下垫面、大气污染、人为热、地表热量交换等共同作用的结果.