森林城市景观格局与热环境的关系——以龙泉市为例

景观格局分异特征在相当程度上影响着城市热环境.本研究以国家森林城市龙泉市为对象,通过地温反演和空间分析反映9类景观温度特征,运用景观格局分析方法从1～3.5 km 6个尺度探索格局指数与热环境的相关性.结果表明: 龙泉市高温区及次高温区主要分布于东北至西南一带,以城乡居民地为主,低温区和次低温区主要分布于西北、东南区域,以公益林为主;对海拔700 m以下区域各景观类型地表温度的统计发现,针叶林地、阔叶林地、针阔混交林地、竹林地、水域的地温均值相对较低,灌木林地、其他林地、耕地、建设用地的地温均值相对较高;对景观格局与热环境的分析发现,类型水平格局指数较景观水平格局指数更具实际意义,建设用地与热环境的相关系数可达0.835,针叶林地、阔叶林地、针阔混交林地、水域次之,在-0.5～-0.4,不同林地类型的降温效果在空间尺度上的表达不同,阔叶林地、针阔混交林地更利于在大尺度上降温;林地的面积和蓄积量越大,越易出现地表温度低值.     

河口湿地表面温度扰动特征及其关键影响因素

选取闽江河口为研究区域,通过对湿地表面温度(LST)的遥感反演,并利用剖面分析和模型构建方法分析了城市化进程中河口湿地表面温度的扰动特征。结果表明:(1)1993—2016年,闽江河口地区的土地利用/覆盖发生显著变化,湿地面积从37.00 km2减少到29.15 km2,水域、林/草地、耕地面积减少,建设用地面积大幅度增加;(2)不同土地利用类型的地表温度具有显著差异,建设用地和裸地对研究区的地表增温有显著的正贡献,水域、林/草地和湿地表现为负贡献;随着湿地面积的逐步减少,湿地表面温度扰动上升,湿地降温效果减弱;(3)城市的开发建设使得大面积的天然湿地转变为建设用地,对湿地表面温度的扰动产生巨大影响;(4)湿地表面温度与归一化植被指数(NDVI)、归一化水汽指数(NDMI)呈显著负相关,与归一化不透水面指数(NDISI)呈显著正相关;(5)NDMI和NDISI对地表温度(LST)的影响相对较强,NDVI对LST的影响相对较弱。研究结果可为河口地区的湿地保育提供有益借鉴。     

区域地表水体、归一化植被指数与热环境多样性格局的关联分析

以河南省省会郑州市为研究区域,在2 km×2 km网格尺度下将多样性理论与方法应用于区域地表水体、归一化植被指数(NDVI)和地表温度(LST)分布的离散性评价,将NDVI和LST各分为4个等级,计算了其空间分布多样性指数,并探索了它们之间的内在联系.结果表明:将多样性理论与研究方法应用于区域热环境的空间分布离散性评价具有可操作性和实际研究意义;地表水体分布与最低温区分布具有较高的区位重叠性,高的植被覆盖度往往伴随低的地表温度;1988-2009年,郑州市地表水体分布离散性呈明显降低趋势;地表水体分布离散性与区域内各温度区分布离散性存在紧密联系;NDVI分级分布离散性与各温度区分布离散性之间关系复杂,需引入其他环境影响因素参与评价.     

基于遥感技术的昆明主城区地表温度与土地覆盖关系研究

以Landsat 8两期昆明市主城区影像为数据源,通过计算归一化植被指数(NDVI)、改进的归一化水体指数(MNDWI)、不透水面指数(ISA)以及热场变异指数反映不同季节热岛效应的变化情况。结果显示:(1)利用改进的单窗算法反演地表温度(LST)是有效的;(2)热岛效应存在时空差异性,5月的强效应等级比2月更明显,分布也更集中,热岛效应等级与土地利用类型关系密切,强热岛效应分布于建筑用地在2月和5月均较大,而水体所占比例最小,在大的水域滇池则无热岛效应,其他地类在不同季节的强度存在差异;(3)LST与地表参数的相关性在2月和5月表现出相同的趋势,与ISA具有显著的正相关关系,与NDVI和MNDWI具有显著的负相关关系,LST与NDVI、ISA的相关性5月高于2月,而与MNDWI的负相关性2月高于5月;(4)城市的绿地和水体对其地表温度起到降温作用,保护好滇池和适度增加植被覆盖对抑制城市热岛效应具有积极作用。     

北京市主城区不透水面时空演变及其热环境效应研究

城市不透水面是表征城市化进程的重要指标,开展城市不透水面研究对生态环境监测及城市建设规划具有重要意义。以北京市主城区为研究区,基于Landsat影像采用支持向量机(SVM)和线性光谱混合分解模型(LSMM)相结合的方法提取研究区2002年、2009年和2017年三期不透水面;同时采用辐射传输方程法反演研究区地表温度,分析北京市主城区不透水面时空格局演变及其与城市热环境的相关性。研究结果表明:2002—2017年,北京市主城区近15年不透水面聚集度较高且呈持续增长趋势,东、西城区不透水面面积占比最高,朝阳区和海淀区不透水面增长速率和增长强度相对较大。北京市主城区不透水面呈放射状扩张趋势且增长集中在四环以外的区域,不透水面盖度高值区面积不断增加。研究区近15年地表温度持续升高,热岛效应加剧,地表温度高值区与城市建筑区空间分布存在一致性。不透水面空间格局与热环境高度相关,不透水面的斑块密度和破碎度与地表温度呈负相关,斑块所占景观比例及最大斑块指数与地表温度呈正相关,可通过合理控制相关景观指标、优化不透水面空间格局控制地表温度。在此基础上提出了缓解城市热岛效应的建议:增加树木、草地等用地类型;将不透水面分割成许多小斑块,减少大面积不透水面区域分布;使用透水性材料等。     

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。     

广州市中心城区城市不透水地表覆盖结构与地表温度的关联性研究

城市不透水地表作为城市地表的重要组成, 正确认识城市不透水地表覆盖结构对城市热岛的影响, 可为改善城市热环境提供策略。文章基于Landsat-8 OLI/TIRS 和 GF-2 遥感影像, 通过反演地表温度和提取城市不透水地表覆盖信息, 利用GIS空间分析技术、景观格局指数和统计分析方法, 分析了广州中心城区城市不透水地表覆盖结构对城市地表温度的影响特征。主要结果如下: (1)广州中心城区地表温度分布空间异质特征明显, 其地温图呈现斑块镶嵌状, 且有明显的高温、低温区域存在, 其中不透水地表覆盖平均温度最高, 裸地次之, 最低是水域和绿地。(2)多数空间尺度分析结果显示, 随空间分析尺度从630 m×630 m 增至1800 m×1800 m, 不透水地表比例和地表温度均存在正相关关系, 其相关系数(程度)在0.61—0.68(P<0.01)之间。(3)地表温度和不透水地表斑块的最大斑块指数、平均斑块面积指数、平均形状指数和聚集度指数显著正相关(P<0.01), 其中不透水地表的聚集度对地表温度的影响最大, 但基于网格单元分析的景观指数曲线与平均地表温度之间未呈现完全一一对应关系。城市不透水地表显著影响地表温度, 合理调整设计城市不透水空间分布格局, 可有效减弱城市热岛强度。     

传统景观格局指数在城市热岛效应评价中的适用性

以北京部分城区为研究对象,以QuickBird影像制作景观类型图,基于同年4个季节的Landsat ETM+数据反演地表温度;将120 m×120 m作为固定窗口,计算其中的景观格局指数,探寻传统景观格局指数解释地表温度的适用性.结果表明：在景观水平计算的24个景观格局指数中,只有景观组成百分比(PLAND)、斑块密度（PD）、最大斑块指数(LPI)、欧氏距离变异系数（ENN_CV）和分离度(DIVISION)与3月、5月、11月的地表温度具有稳定的显著相关.在类型水平计算的24个景观格局指数中,PLAND、LPI、DIVISION、相似邻接百分比、分散与并列指数与4个时相(3月、5月、7月和12月)的温度显著相关,且与7月温度的相关性最强;斑块密度、边界密度、聚簇度、凝聚度、有效MESH大小、分裂度、聚合度、归一化景观形状指数依据不同景观类型而与地表温度呈现相关性.传统景观格局指数可能并不适合评估河流对地表温度的影响.一些景观格局指数可以用来表征城市地表温度,辅助分析城市地表热岛效应,但需要对其进行筛选和甄别.     

城市地表温度与关键景观要素的关系

利用Landsat ETM+遥感影像,提取上海市外环线范围内的地表温度、不透水面率、归一化差值植被指数、改进的归一化差异水体指数,定量研究地表温度与城市关键景观类型之间的关系.结果表明:地表温度与不透水面率呈显著的线性正相关( R2=0.837);地表温度与归一化差值植被指数和改进的归一化差异水体指数呈非线性关系,但地表温度与正的归一化差值植被指数和正的改进的归一化差值水体指数呈显著线性关系.鉴于归一化差值植被指数和改进的归一化差异水体指数大于0时才能真正代表植被和水体,因此,建议今后研究地表温度时使用正的归一化差值植被指数和改进的归一化差异水体指数;地表温度与不透水面率、归一化差值植被指数和改进的归一化差值水体指数的多元线性回归分析表明,不透水面起着增温作用,植被、水体起降温作用,植被较水体的降温作用大.     

兰州中心城区用地扩展及其热岛响应的遥感分析

以兰州中心城区为研究区,以1978、1993、2001和2010年的Landsat MSS/TM/ETM+影像为数据源,采用NDBI-SAVI指数相结合的方法,提取建设用地信息,利用热红外波段的单窗算法反演城市地表温度.结合城市热岛比例指数和地表温度分级,定量研究城镇用地扩张对城市热环境的影响.结果表明:兰州中心城区建设用地在1978-2010年的30余年间面积由87.47 km2增加到172.61 km2,增幅近l倍.城市扩展与热岛扩展趋势具有空间一致性,在城市扩张的同时,城区地表温度逐渐上升,城市热岛面积不断扩大.     

长沙市热力景观空间格局演变分析

城市热环境是城市生态环境效应研究的热点之一,其演变规律的研究为缓解城市热岛带来的负效应、促进城市可持续发展提供依据。以2004年和2010年Landsat7 ETM+遥感影像数据和土地利用现状数据为数据源,在地表亮度温度反演的基础上,运用景观指数并结合GIS空间分析技术,采用移动窗口和梯度分析结合的方法,分析2004—2010年长沙市中心城区热环境的空间格局动态变化,通过分区统计法分析了不同热力景观等级下不同城市景观的空间格局变化,从景观尺度上阐明城市景观类型组成和空间格局与地表温度空间分异之间的关系。研究结果表明:2010年热岛区域扩大且更加分散,面积比2004年增加15.01km2,新增区域主要分布在金霞、岳麓和星沙的新兴工业园区;中心城区热力景观格局在景观水平上具有明显的空间分异特征,在从中心位置到偏北、偏东和偏南方向上,热力景观从市区向周边郊区呈现破碎化、多样性递增、形状复杂化,而从中心位置到偏西方向上与之相反;景观类型组成和空间布局对地表热环境产生不同影响,耕地、林地在热力景观内的优势度越大、分布越集中,地表降温效果越显著;反之,建设用地斑块越大、凝聚程度越高、形状越规整,地表温度越高,热岛效应显著。     

江苏太湖流域景观格局特征分析

为更好地理解城市的景观生态学意义, 研究计算了江苏太湖流域景观类型多样性的空间聚类特征。结果表明: (1)局部空间自相关系数Getis-ord Gi*显示研究区土地利用景观类型多样性存在高值聚类区, 其形状与研究区城镇建设用地分布格局相似。(2)城镇建设用地主要与农村建设用地和水域景观毗邻, 其两侧300 m 缓冲区内主要景观类型为水域和林地, 其景观破碎度小。(3)经济的快速发展对研究区的土地利用景观格局影响较大, 其对江苏太湖流域的景观多样性起着重要的作用, 因此, 需进一步提高城镇建设用地周边自然景观, 如林地、草地等的连通度, 保持周边景观多样性。     

福州主城区绿色空间演化的热环境效应差异

以福州主城区为研究对象,从时间和空间尺度两方面,基于Landsat遥感数据提取了土地利用类型,并在此基础上反演了地表温度,分析了城市化进程中城市绿色空间演化所引起的地表热环境效应特征。结果表明:1993—2013年,福州市的土地利用/覆盖发生显著变化,城市绿色空间(林/草地、水体和湿地)面积减少,建设用地面积大幅度增加;不同土地利用类型的地表温度具有显著差异,建设用地和裸地对研究区的地表增温有正贡献,绿色空间表现为负贡献;不同绿色空间类型的降温差异明显,表现为水体湿地林/草地;不同绿色空间的演化过程产生了多样化的温度效应格局,绿色空间损失区引起的温差最为显著,交换区和扩张区引起的温差略高于不变区域;通过温度植被指数的模型构建,定量评估了不同绿色空间类型的演化方向与演化效应的关系。研究结果可加深对不同绿色空间类型对城市热岛效应缓解作用的认识,为河流沿岸城市不同的绿色空间保育提供有益借鉴。     

基于地形梯度的岩溶槽谷土地利用变化特征

揭示岩溶槽谷土地利用变化特征, 为地区退耕还林和生态保护提供参考。以印江、思南、石阡等5县区为研究区, 选取DEM数据和土地利用数据, 探究岩溶槽谷土地利用时空分异特征和地形分异特征。结果表明: (1)2000—2018年间, 研究区土地利用类型以耕地、林地及草地为主, 水域及建设用地其次, 其中林地面积分布最多。(2)2000—2018年间, 研究区耕地和草地面积有所减少, 林地、水域与建设用地面积有所增加, 其中建设用地面积增长迅速。(3)2000—2018年间, 研究区耕地、林地峰值分布在海拔700—900 m, 草地峰值分布在500—700 m或700—900 m;2018年水域和建设用地峰值分别为500—700 m、700—900 m。(4)各土地利用类型在0o—25o地区均有分布, 25o以上地区以林地为主, 耕地及草地次之, 建设用地主要分布在25o以下。(5)2000—2018年间, 研究区耕地、林地及草地在半阴坡和半阳坡分布较多; 2018年建设用地在阳坡分布最多。文章结果可为地区生态保护、土地政策制定、武陵山生态脱贫等提供实际借鉴和理论参考。     

闽南三市绿地景观格局与地表温度的空间关系

深入探索绿地景观格局对热环境的影响机制,对于改善城市生态环境具有重要意义。基于厦门、漳州、泉州三市的Landsat遥感数据,应用景观生态学与空间自相关理论,探讨了绿地景观与地表温度的空间分布特征,并用双变量空间自相关与空间自回归模型分析两者之间的空间关系。结果表明:闽南三市绿地与地表温度均具有显著的空间自相关性;内陆的高海拔地区,绿地分布密集,地表温度较低,而城区、乡镇及大片的耕地,绿地分布较少,地表温度较高;漳州、泉州绿地景观格局对地表温度的影响更显著,厦门最弱;绿地的景观类型比例、最大斑块指数、聚集度指数、平均斑块面积与地表温度呈负相关,斑块密度与地表温度呈正相关;边缘密度、平均形状指数与地表温度的关系存在不确定性;空间滞后模型与空间误差模型能更好地解释绿地景观格局与地表温度的空间关系。     

绿地格局对城市地表热环境的调节功能

城市绿地作为一种稀缺资源,为城市可持续发展提供多种生态服务功能保障.探讨如何在有限的土地资源内合理配置城市绿地,使其发挥最大的生态服务功能非常重要.研究基于北京市2002年7月的QuickBird数据和Landsat 7 ETM+数据分别提取城市绿地格局和地表温度,分析城市绿地格局(绿地面积、形状指数、邻接关系)与绿地地表温度及冷岛强度的相关关系.邻接关系包括邻接绿地斑块个数百分比和邻接绿地斑块面积百分比.邻接绿地斑块面积百分比采用缓冲区分析法,主要以乔木林地对地表热环境的调节作用为例.结果表明绿地格局参数对地表温度的影响相差较大:①城区主要的绿地类型(乔木林地、水体、草地)的温度都与其面积呈显著负相关,其中水体的相关系数最高;②只有乔木林地、水体的温度与其形状指数呈显著负相关,而灌木林地的温度与各个格局参数不相关;③乔木林地的缓冲区分析显示温度与其大小、形状、邻接绿地面积百分比关系都呈负相关,其中与邻接绿地面积百分比的相关关系最强,其冷岛强度也主要受邻接绿地面积百分比的影响.基于遥感识别的城市绿地微气候调节功能研究,有助于提高有限的城市绿地的生态服务功能,并可为城市绿地的规划管理和景观分析提供依据.     

云南省红河流域景观生态风险及驱动力分析

以云南省红河流域为研究区域,利用GIS和RS技术,建立基于景观格局和土壤侵蚀过程的景观生态风险指数,分析研究区域内景观生态风险分布规律。研究结果表明:重度和极重度格局风险区域、土壤侵蚀区域及综合景观生态风险区域主要沿红河主干道分布;综合景观生态风险指数在空间上呈现正的自相关性,高风险聚集区主要沿河流分布;不同景观类型中,建设用地、未利用地和水域的景观格局风险大于耕地、草地和林地,未利用地的土壤侵蚀风险最高,综合景观生态风险度依次为建设用地水域未利用土地耕地林地草地;坡度在一定程度上影响着景观格局、土壤侵蚀以及综合景观生态风险。     

城市绿地和建筑格局影响热环境的模拟研究

景观类型和格局能够影响城市热环境,但是在不同小区域背景下,它们的贡献差异尚缺少定量研究。将实地监测与数值模拟技术相结合,对北京市典型景观的风速场与温度场进行模拟研究,分析天空开阔度、绿地面积与风速、地表温度之间的关系。在此基础上,探讨绿地形态与绿地温度及地表温度的关系,同时设计多种典型的城市绿地、建筑格局在计算机中进行模拟,揭示不同绿地、建筑景观配置下热环境的影响因素。结果表明：（1）天空开阔度和风速是影响城市小区域热环境的重要因素,天空开阔度与地表温度显著负相关,高风速会明显降低地表温度;（2）绿地面积和形态是影响区域地表温度与气温的重要因素,占比10%-50%的绿地降温强度为1.4-2.2℃,面积越大、形态越复杂,降温效应越明显,分散的绿地降温效应优于集中式绿地;（3）迎风向呈两端低中间高的建筑分布可显著改善热环境,较其它格局气温约低1.6℃。研究结果对于指导城市景观设计改善城市热环境具有一定的参考价值。     

基于MODIS数据的天山区域地表温度时空特征

基于2001-2013年MODIS地表温度产品及TM影像遥感解译的土地利用类型数据,对天山区域地表温度时空特征进行分析.结果表明: 2001-2013年,研究区地表平均温度达1.73 ℃,呈东高西低的特点,西北部分地区的地表温度年际变化幅度明显高于其他地区,局部地区在0.55 ℃以上;地表温度呈逐年缓慢增加趋势,增加率为0.147 ℃·a^-1,季节性差异明显,冬季地表温度波动幅度较大,变异系数达12.7%,地表温度的差异白天大于夜晚,夏季明显高于其他季节;不同土地利用类型的地表温度之间存在差异,与对应像元的归一化植被指数之间存在不同的拟合效果.随着植被盖度的增加,林地、草地地表温度下降明显,归一化植被指数每下降0.1时,林地和草地的地表温度降幅为3.74、5.04 ℃;受人为活动影响较多的城镇用地和农地的地表温度与归一化植被指数之间的敏感性高于其他土地利用类型.     

基于MODIS数据的天山区域地表温度时空特征

基于2001-2013年MODIS地表温度产品及TM影像遥感解译的土地利用类型数据,对天山区域地表温度时空特征进行分析.结果表明: 2001-2013年,研究区地表平均温度达1.73 ℃,呈东高西低的特点,西北部分地区的地表温度年际变化幅度明显高于其他地区,局部地区在0.55 ℃以上;地表温度呈逐年缓慢增加趋势,增加率为0.147 ℃·a^-1,季节性差异明显,冬季地表温度波动幅度较大,变异系数达12.7%,地表温度的差异白天大于夜晚,夏季明显高于其他季节;不同土地利用类型的地表温度之间存在差异,与对应像元的归一化植被指数之间存在不同的拟合效果.随着植被盖度的增加,林地、草地地表温度下降明显,归一化植被指数每下降0.1时,林地和草地的地表温度降幅为3.74、5.04 ℃;受人为活动影响较多的城镇用地和农地的地表温度与归一化植被指数之间的敏感性高于其他土地利用类型.