喀斯特山地城市内山体绿地对城市热岛的减温效应——以安顺市西秀区为例

山体绿地是喀斯特山地城市内典型的城市绿地景观类型,其对于改善城市生态环境、提升喀斯特山地城市生态服务功能具有重要作用。以黔中典型喀斯特山地城市安顺市为研究对象,运用2011年和2016年两期热红外遥感影像和城市景观结构空间数据,在反演分析城市热岛效应及其强度时空分布特征的基础上,运用冷热点分析剖析了山体绿地与城市热岛效应冷点分布区的关系,揭示山体绿地对城市热岛的减温效应。结果表明:基于Landsat热红外遥感数据反演地表温度结果显示,2011—2016年,安顺市西秀区平均反演地表温度升高约4℃;主城区一带热岛效应呈现加剧趋势,但总体热岛面积呈下降趋势,绿岛区多分布于水体和山体绿地中,且山体绿地对热岛效应减缓作用逐年增大;热/冷聚集面积呈现上升趋势,约40%~50%的冷聚集区由山体绿地贡献,热聚集区主要由建筑用地和其他用地构成;500 m格网尺度下,山体绿地面积与地表温度呈显著负相关,表现为山体绿地面积占格网比例每增加10%,地表温度将降低0.17~0.27℃。研究结果可为喀斯特山地城市山体绿地管理、城市绿地空间规划和城市热环境缓解提供科学依据。     

基于GEE的长江经济带城市群热岛特征及影响因素

遥感技术能够客观、定量地评价地表城市热岛强度的时空变化，分析城市热岛的影响因素，为城市生态建设提供有效的科学参考。本研究基于GEE(Google Earth Engine)平台，以长时间序列的MODIS卫星资料为基础数据源，使用城乡二分法估算长江经济带2003—2019年的城市地表热岛强度，再利用城市热场变异指数评价生态环境，并利用地理探测器进行城市热岛成因分析。结果表明：长江经济带5个城市群2003—2019年全年平均气温为22.78℃,白天为23.91℃,夜间为7.59℃,平均温度整体上均呈上升趋势，分别为0.02、0.02和0.006℃·a^-1。长江经济带5个城市群17年无热岛占比最高，弱热岛和弱冷岛占比次之，强热岛占比最少，且城市热岛全年、白天和夜间都呈现下降趋势。长江经济带整体的生态评价为优。地理探测器因子探测表明，DEM、土地覆盖类型、O₃是长三角城市群热岛效应的主控因子；蒸散发量、紫外线气溶胶吸收指数、人口密度是长江中游城市群热岛效应的主控因子；归一化植被指数、夜间灯光指数、土地覆盖类型是成渝城市群热岛效应的主控因子；归一化植被...     

基于分形网络演化算法和混合光谱分解的兰州市中心城区热岛的时空格局

利用1993年、2001年和2011年的Landsat TM/ETM+热红外遥感影像反演兰州市中心城区地表真实温度,采用面向对象的分形网络演化算法对地温图进行分割,获取热场基元,通过G*指数的空间聚集分析提取热岛范围,在景观级别上选取景观指数,从数量、形状和结构3个方面表征城市热岛空间格局变化,借助混合像元分解技术提取不透水面和植被盖度,探讨城市不透水面和绿地格局与城市热岛的相关性.结果表明:近20年来,兰州中心城区热岛效应大大增强,热岛比例指数提高了1.4倍,城市扩展和热岛增强具有时空一致性;热岛景观斑块数量和密度增加,形状指数和分离度增大,景观趋于破碎化,空间连接性降低;热岛景观等级以低温度等级斑块类型向高温度等级斑块类型转换为主;地表温度与植被盖度呈较显著线性负相关,与不透水面比例呈显著对数正相关.     

基于多源遥感数据的城市热环境响应与归因分析——以深圳市为例

城市热环境是城市局部气候与环境的综合表现,它与土地利用格局密切相关,但是相应的机制研究还不充分。以深圳市为例,首先基于2018年LANDSAT 8遥感影像,采用支持向量机方法和线性光谱混合模型提取土地利用与覆盖度信息,分析了城市土地覆盖对地表温度以及热量收支状况的影响。基于2003-2018的MODIS地表温度数据,进一步研究了深圳市城市热岛现象的时空变化,从地表能量的角度分析城市热岛变化背后的形成机制。结果表明,深圳市地表温度从西北到东南逐渐降低,城市不透水面温度显著高于植被覆盖区域,城市热岛效应明显。不透水面和城市植被共同影响深圳市的地表温度与热量收支状况,不透水地表与感热具有较好的相关性,城市植被与潜热具有较好的相关性。长时间序列分析表明深圳的城市热岛现象在夏季较高而冬季较低,月均热岛强度为2.14℃;对于年际变化,深圳在2003-2018表现出显著的下降趋势。归因分析显示感热通量的影响在深圳起主导作用,这一模式在全年和季节上都较为明显。结果表明深圳市经过高速扩张阶段,目前发展方向是提高建成区的利用效率,该现象强调了热传输在加强城市热岛效应过程中对近地面湍流的干扰作用。本研究可以为缓解热岛效应与景观格局优化研究提供借鉴。     

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。     

上海地表热环境演变趋势城乡分异及其对城市更新的响应

快速而广泛的城市化过程对城市热环境产生了深刻影响，全面了解城市化进程如何影响城市热环境演变及其趋势差异对于城市生态安全、环境质量及居民健康等具有重要意义。本研究基于MODIS Aqua卫星2002—2020年夏季逐日白天地表温度产品，结合遥感植被指数和不透水面覆盖信息，使用归一化地表温度和热岛比例系数作为地表热环境衡量指标，利用M-K趋势检验和解释度分析，探究上海市城市化进程中夏季地表热环境演变趋势的城乡差异及其对城市空间更新的响应。结果表明：2002—2020年，上海市地表温度线性增长率为0.09℃·a^-1,热岛比例系数呈先上升(2002—2010年)后下降(2010—2020年)的变化趋势。上海市夏季平均地表温度总体呈现中心城区>新城区>农郊区的特征。2002—2020年，1.6%的区域表现出显著降温趋势，其中54.0%分布在中心城区；39.5%的区域表现为显著增温趋势，其中77.6%分布在新城区。上海高度城市化的中心城区出现集中的显著降温区域，而在其他区域尤其是新城区表现为显著增温趋势。上海从城市扩张向城市空间更新的转变是中心城区出现集中显著降温...     

典型河谷型城市春季温湿场特征及其生态环境效应

快速的城市化对城市气候要素产生了重要的影响,城市温度场、湿度场的分布格局和结构特征强烈的影响着城市生态系统的物流、能流,产生了一系列生态环境效应.应用城市气候流动观测、定点观测、GIS空间分析和遥感反演等方法,模拟分析了典型河谷型城市——兰州市的春季温湿场特征和演变规律,结果表明:一日中14:30和20:30温度场的分布格局较为类似,高值区主要位于火车站、第二热电厂、五里铺十字、盘旋路围成的高惯高耗区域;8:30温度场的热中心位于西关十字至胜利宾馆开发程度较高的商贸区附近;一日中8:30和20:30的湿度场分布格局较为相似,湿度场强度较大的区域主要位于城区北部的徐家山森林公园、雁滩村、高滩村等开发程度较弱的绿地区和低惯低耗区,高湿度区分布与高植被覆盖率区域基本一致.利用景观生态学理论,热场空间分布结合NDVI分布,进行了热力景观空间格局分析和热力景观类型的划分,城区不同热力景观格局的形成与能耗、人口、建筑、下垫面类型之间存在显著的因果关系,NDVI＞0.5的区域对应湿度场强度高值区、热场强度低值区.利用城、郊气象站观测数据,分析了近50年城区热岛效应和干岛效应强度的变化规律,近50年城区热岛强度和干岛强度呈现逐渐增强的趋势,热岛强度的线性趋势达到0.31℃/10a,干岛强度的线性趋势达到-2.1％/10a,20世纪70年代之后急剧增强.城市热岛强度和干岛强度作为人类活动对城市生态系统影响的一种量度,与各时段城市化发展水平、城市建设规模、城市下垫面性质的改变等因素是密切联系的.     

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.     

基于用户兴趣点数据与Landsat遥感影像的城市热场空间格局研究

地图用户兴趣点(POI)数据能够反映微观尺度上城市系统中的人类活动。利用2015年夏季Landsat 8遥感影像提取了南京市地表温度和主要土地覆盖类型,利用空间与非空间多元回归模型在2、5、10 km 3个尺度上研究了地表温度与同期POI密度及植被和水体盖度的相关性,并利用方差分解技术定量区分人类活动因子(POI密度)及生态基础设施(植被和水体盖度)对城市热场的相对重要性。结果表明,在3个观测尺度上,POI密度与地表温度均存在极显著的正相关(P0.001),且相关性随观测尺度的增大而升高。植被和水体均具有显著的降温效应,水体盖度与地表温度的相关性仅在2 km尺度上显著,在5 km和10km尺度上其降温效应不再显著。方差分解结果表明,人类活动因子和生态基础设施对地表温度的独立解释率为1.6%—15%,而二者共同解释率达到了40%—70%。研究表明POI作为城市功能节点可以综合反映城市中人类活动的热源强度,在城市热场空间格局研究中是一种可与遥感数据互补的有用数据源。     

北京、天津和石家庄城市地表覆盖组分与结构特征对地表温度的影响

城市地表覆盖组分与结构特征直接影响城市地表温度和热岛强度,已成为当前城市规划与城市生态学研究的热点之一。本文以北京、天津和石家庄为研究区域,基于Landsat-8 OLI/TIRS遥感影像提取城市地表覆盖,反演城市地表温度,利用城乡梯度分析、多尺度分析及景观格局指数等方法,分析了城市地表覆盖组分与结构特征对地表温度的影响。结果表明:北京、天津和石家庄不透水地表面积分别为1103.86、610.33和326.75 km2,但北京市不透水地表比例最低,为46.70%;城市内裸土的地表温度最高,其次为不透水地表和植被,水体最低;沿城乡梯度方向上,地表温度与不透水地表比例呈显著正相关,与植被比例呈显著负相关,植被覆盖比例每上升10%,地表温度下降0.4～0.6℃;随着空间分析尺度的增大,城市不透水地表和植被比例与地表温度的相关系数呈现先增大后稳定的变化趋势;城市不透水地表、植被的斑块大小、形状以及聚集度对地表温度具有显著影响,聚集度的影响最大。城市绿地在城市热岛调节中发挥着重要作用,建议在城市中合理规划城市不透水地表与植被绿地比例和空间布局,提升城市生态系统服务和人居环境质量。     

中国东北多年冻土区植被生长季NDVI时空变化及其对气候变化的响应

多年冻土对气候变化十分敏感,尤其是多年冻土上的植被,易受气候变化影响.东北多年冻土区位于北半球中、高纬度地区,是我国第二大多年冻土区,同时也是欧亚大陆多年冻土带的南缘.本文基于1981—2014年LTDR和MODIS 两种数据集对东北多年冻土区植被生长季归一化植被指数(NDVI)时空变化特征进行分析,同时结合气象数据,分析植被对气候变化的响应.结果表明: 研究期间,东北多年冻土区植被生长季平均NDVI呈显著增加趋势,年增加0.0036.空间逐像元NDVI变化趋势具有明显的空间异质性. 研究区80.6%区域的植被NDVI具有显著增加趋势(P<0.05),7.7%的区域呈显著减少趋势(P<0.05).不同类型多年冻土区的植被NDVI增加强度不同,依次为连续多年冻土区>不连续多年冻土区>稀疏岛状多年冻土区>季节冻土区,NDVI增加趋势最大值(>0.004)所占的面积比例依次为连续多年冻土区>不连续多年冻土区>稀疏岛状多年冻土区>季节冻土区.多年冻土全区尺度下,植被生长季NDVI与平均气温呈显著正相关关系(r=0.79,P<0.01),与降水呈较弱的负相关,表明气温是东北多年冻土区植被生长的主控因子.研究区的多年冻土退化对植被生长起到积极的促进作用,尤其是在连续多年冻土区和不连续多年冻土区,植被NDVI增加强度更为剧烈.尽管增加的地表温度可以加快植被生长、增加植被覆盖,但长期来看,多年冻土退化甚至消失会阻碍植被生长.     

重庆市悦来新城土地利用/覆被变化对地表温度的影响

为探求山地新开发区城市化进程中的土地利用/覆被变化对地表温度的影响,利用遥感手段对重庆市悦来新城的历史影像进行解译,获取了研究区城市化前、中、后3期的土地利用类型、归一化植被指数(NDVI)及陆地表面温度(LST)的空间分布,并分析了土地利用类型变化和各土地利用类型的NDVI变化对LST的影响。结果表明：城市化进程中的居民组合用地大量扩张,占用的主要是农田,其次是林地;总体上,城市化后比城市化前的植被长势好,其中农田、林地的植被覆盖呈增加趋势,居民组合用地的植被覆盖呈大幅降低趋势;LST在各土地利用类型和区域空间上具有明显的异质性,同时对城市化过程具有一定的敏感性,在夏冬两季表现更明显;LST与各土地利用面积呈显著线性相关;LST与NDVI呈不显著线性关系,二者的空间关系形状在3个时期均呈“三角形”,植被覆盖具有缓解热岛效应的作用。该研究结果可为山地新开发区城市化进程中的生态规划及热岛效应缓解提供理论依据。     

西安城市热环境格局的动态演变

以TM和ETM+热红外数据为基础,采用单窗算法,研究了西安1995-2006年间热岛效应景观分布及其动态变化特征.研究表明:西安城市热岛效应明显,热场空间分布格局与城市的建成区基本一致;随着城市化进程的加快,西安市热环境格局表现出异质性加剧的趋势;东西和南北方向上,温度剖面线与土地利用与覆被关系密切,以建设用地地表温度最高、水域最小,其大小关系依次为建设用地＞未利用地＞耕地＞草地＞林地＞水域.相关性分析表明,地表温度与归一化裸露指数( NDBI)呈正相关,与归一化植被指数(NDVI)呈负相关.     

城市不透水面与相关城市生态要素关系的定量分析

城市空间的快速扩展已使得原来以植被为主的自然景观逐渐被人工不透水建筑物所取代,并对区域乃至全球的生态系统造成了明显的影响.因此,准确了解城市不透水面及其与植被、水体、城市热环境的相关关系对于城市的科学规划和城市生态系统的修复具有重要的意义.以福州市为例,采用遥感空间信息技术,获得了城市不透水面、地表温度、植被和水体的信息,并对它们的关系进行了定量分析.发现了城市不透水面与地表温度之间的关系并不是一种简单的线性关系,而是一种很显著的指数函数关系,说明高不透水面比例地区的升温效应要明显高于低不透水面比例地区.多元统计分析表明不透水面是引发城市热岛的最重要因子.     

2003—2011年夏季北京城市热景观变化特征

自北京城市总体规划(2004—2020年)以来,城市化快速发展,强烈的人类活动改变了城市的热环境。基于2003年、2007年和2011年夏季同时期的TM遥感卫星影像,采用遥感反演地温的方法,运用RS、GIS以及景观分析工具,对北京城市六环内的热场和热岛变化特征进行了分析。分析结果表明,2003—2011年北京城市六环内的热场分布特征发生了很大变化,2003年城市各环线内的植被覆盖度最低,但是夏季城市的地表辐射亮温分布差异相对较小,热岛特征也并不十分明显,随着城市建设规模扩大和用能的增加,到2011年,尽管城市植被覆盖度提高很快,但城市和城郊的温差达到最大,城市热岛在不断增强,热场向城市中心集聚趋势明显。通过城市热岛等级类型的景观指数分析表明,2011年的高等级的热岛斑块分布范围和强度都明显提高,而且城市五环内高等级的热岛范围基本连成一片。由于城市人类活动的加剧各热岛等级斑块的形状更加复杂。在景观水平上的分析显示,2007年的热景观斑块类型多,在六环内的分布均匀,破碎化程度高,至2011年,景观斑块的蔓延度逐渐下降,低等级的热岛斑块优势度逐渐降低。研究结论可以为城市管理决策部门制定有效的热岛效应缓解措施提供理论依据。     

近30年河北大海陀自然保护区山地草甸植被(NDVI)变化及其对气候的响应

河北大海陀自然保护区地处我国暖温带落叶阔叶林区,草甸植被多处于山地顶部,对外界干扰敏感。为了研究该地区的草甸植被变化以及其对气候变化的响应,收集了该地区近30年的TM遥感影像资料,1980—2015年的气候数据,包括年平均气温、7月份平均气温、1月份平均气温、年降水量、6—8月平均降水量等多个气候指标,以及大海陀自然保护区及其周边地区的地形数据等,用滑动平均法、M-K检验法、相关分析法及偏相关分析法等方法分析了大海陀自然保护区草甸植被NDVI及其与气候响应。结果表明:(1)近30年来,大海陀自然保护区草甸植被NDVI呈先上升后下降的趋势,在2004年NDVI达到最高,随后逐渐下降。(2)大海陀自然保护区草甸区域的年降水量变化整体表现为波动循环的趋势,总体略有上升,但没有达到显著水平;年均温变化表现为上升趋势,且达到了极显著水平,该地区的气温上升趋势主要由以1月为主的冬季温度升高而引起。(3)草甸植被NDVI与年均温成显著的负相关关系,与年降水量的关系不明显。     

基于景观格局的常熟市地表热环境季节变化特征

随着城市化进程的加快,城市热岛越来越受到人们的关注,但多数研究集中在超大和大型城市,而对中小城市的研究较少。随着城镇化发展,中小城市的生态环境问题也逐渐成为关注的焦点。本文以长江三角洲地区常熟市为研究对象,利用Landsat-8数据分析了城市热岛的季节变化特征,并结合同年份的土地利用类型数据,从景观格局角度分析不同用地类型对城市热岛的影响。结果表明:水体、湿地、林地等用地对城市热岛的影响存在阈值,超过该阈值后影响不再显著。城市热岛的季节变化分析表明,常熟市冬季热岛强度最大,水田、旱地的暖岛效果明显;而夏季热岛强度最小,水体的冷岛效果明显,表明常熟地表热环境较佳。利用地理探测器方法对建设用地温度的影响因子分析表明,不同土地利用类型交互作用影响建设用地的地表温度,其中夏季水体的影响最大,而冬季旱地的影响最大。研究结果可为常熟市生态环境建设提供重要的参考依据。     

基于城市大数据的热场格局形成机制及主导因素的多尺度研究

城市景观的组成与结构及人类活动强度是城市热场格局形成的重要影响因素,但不同要素在城市热场形成机制中的相对重要性尚不清楚.本研究以江苏省宜兴市为例,综合运用遥感解译、外业测绘和编程技术获取城市地表温度、生态基础设施(植被、水体盖度)、建筑容积和百度用户兴趣点(POI)数据,运用Pearson相关分析、回归分析和相对权重分析的方法定量研究了500、1000和2000 m尺度上生态基础设施、建筑容积和POI密度与地表温度的关联关系及相对重要性.结果表明: 生态基础设施具有显著的降温效应,建筑容积和POI密度与地表温度呈显著正相关关系.在城市热场的影响因子中,生态基础设施的相对权重在各尺度均最高(24.3%～43.8%),其次为建筑容积(20.7%～22.6%)和POI密度(13.7%～21.7%).本研究有助于定量理解城市热场形成的多种驱动因子的相对贡献,并可为制定缓解热岛效应的措施提供重要参考.     

城市地表热力景观格局时空演变——以长春市为例

城市热环境问题是城市气候和区域气候研究中的热点,其对城市空气质量和公共健康等有着深远影响,严重威胁城市的可持续发展。以长春市为例,基于3期Landsat ETM+影像数据(2006、2010和2014),应用覃志豪单窗算法和线性光谱混合模型获取长春市区夏季地表温度、长春市不透水面盖度和植被覆盖率,构建热力景观动态度指数,分析了2006—2014年长春市热力景观格局的时空变化特征,并探讨地表温度与不透水面盖度和植被覆盖率的关系。结果表明:研究区城市热环境整体呈恶化趋势,地表平均温度年均增长0.15℃;热力景观整体变化更为剧烈,2006—2010年热力景观综合动态度为45.39%,2010—2014年热力景观综合动态度为52.64%;城市地表高温等级热力斑块面积和数量都增大,并向郊区扩张,热力景观整体呈现破碎化;低温等级为长春市变化最为剧烈的地表温度等级,城市地表热力性质复杂化。此外,统计分析表明:长春市的不透水面每增加1%,地表温度上升0.06—0.07℃;植被覆盖率每增加1%,地表温度下降0.07—0.08℃,植被对地表温度的影响力大于不透水面。     

中国东部温带植被生长季节的空间外推估计

利用地面植物物候和遥感归一化差值植被指数（NDVI）数据,以及一种物候-遥感外推方法,实现植被生长季节从少数站点到较多站点的空间外推。结果表明：（1）在1982～1993年期间,中国东部温带地区植被生长季节多年平均起讫日期的空间格局与春季和秋季平均气温的空间格局相关显著;（2）在不同纬度带和整个研究区域,植被生长季节结束日期呈显著推迟的趋势,而开始日期则呈不显著提前的趋势,这与欧洲和北美地区植被生长季节开始日期显著提前而结束日期不显著推迟的变化趋势完全不同;（3）北部纬度带的植被生长季节平均每年延长1．4～3．6d,全区的植被生长季节平均每年延长1．4d,与同期北半球和欧亚大陆植被生长季节延长的趋势数值相近;（4）植被生长季节结束日期的显著推迟与晚春至夏季的区域性降温有关,而植被生长季节开始日期的不显著提前则与晚冬至春季气温趋势的不稳定变化有关;（5）在年际变化方面,植被生长季节开始和结束日期分别与2～4月份平均气温和5～6月份平均气温呈负相关关系。