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。     

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.     

典型喀斯特地区石漠化景观格局对土地利用变化的响应

土地利用是人类活动最基本的表现形式,探讨石漠化与土地利用变化之间的响应关系,对于石漠化治理和区域的可持续发展是非常重要的。基于贵州道真县2005年、2015年LANDSAT和石漠化数据,再利用ENVI 5.3进行监督分类,将道真县土地利用分为8种类型。通过景观格局空间分析技术和3S技术,对道真县土地利用时空演变和石漠化景观格局进行综合分析,结果表明:(1) 2005—2015年间,道真县建设用地和灌木林地面积增加,大部分灌木林地由水田和旱地转化而来,其面积增加了7.51%,建设用地增加了1.30%。(2)近10年间,研究区石漠化等级间的转移表现为轻、中、重度转化为潜在石漠化,其斑块转移面积分别为11.26、38.79、2.71 km2,表明研究区石漠化景观得到了恢复,低等级石漠化斑块面积增加,降低了原有高等级石漠化斑块的优势度。(3) 2005—2015年间道真县土地利用和石漠化景观格局,多样性指数分别下降了0.6434和2.4309,均匀度指数各减少了0.0552和0.5436,分维度指数各提高了0.0061和0.0801,蔓延度指数各增加0.1751、25.5396和聚合度指数分别增加1.8688和2.9112,景观形状指数分别减少0.9812和4.536,石漠化景观格局的变化对应土地利用景观格局指数的变化,随着人们土地利用方式的改变,石漠化也发生相应的改变。通过该研究的进行,有助于提高人们对石漠化和土地利用景观格局的认识,基于景观生态学背景对石漠化治理成效进行评估,为之后的石漠化治理工作的进行及研究提供了参考。     

闽三角林地景观结构与功能连接度的空间耦合关系

以闽三角地区为例，为探讨景观连接度不同评价方法的科学性，提出一种基于最小耗费距离模型的成本距离指数表征景观功能连接度，并与传统的基于景观格局指数的景观结构连接度度量指标进行比较，揭示两者的空间耦合关系，为景观连接度的有效评价提供支持。结果表明：(1)2000—2020年，林地与其他土地利用类型之间发生不同程度的转化，林地转为建设用地370.72km²,占总转出面积的77.28%;草地和耕地转为林地80.45km²,占总转入面积的90.53%。(2)20年间，林地景观结构与功能连接度总体呈减小趋势，其中，湖里区林地景观结构与功能连接度降幅均最大，斑块密度、最大斑块指数、聚合度指数和斑块结合度指数分别下降了76.47%、51.33%、68.13%和68.40%,成本距离指数增加了178.56%。(3)成本距离指数与斑块密度、最大斑块指数、聚合度指数、斑块结合度指数和景观结构连接度综合指数均为负相关。(4)在研究期间，双变量局部空间自相关聚集类型由低-高转化为高-高，结构连接度无变化时，景观功能连接度降低；由高-高转化为低-高，结构连接度无变化时，...     

基于MSPA模型的新型城市热景观连通性分析

基于土地利用景观格局对城市热岛效应的影响研究较多,但准确识别对城市热岛效应具有重要影响的关键斑块和节点方面的研究亟待开展。以新型中小城市株洲云龙示范区为例,以城市热岛网络构建为切入点,应用形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis, MSPA)与景观连通性模型识别城市发展进程中核心热景观斑块和关键节点,并分析其时空演变特征。研究结果表明：(1)2007—2018年云龙示范区热岛斑块趋于集中,热岛面积较研究初期有明显增加,从地表温度空间分布上体现为城区与周边农村的温度对比更加鲜明,表明城市化进程中建设用地呈聚集扩散趋势。(2)研究期间热岛核心区占热景观面积比最大,且比例有明显上升趋势。而边缘、支线、孤岛、桥接、环线以及孔隙形态类型面积占比均呈现出不同程度的下降趋势,表明热岛斑块之间聚集程度不断提高。(3)识别出景观连通度重要性值较高的前20热景观斑块,其中前3斑块的重要性值和面积占比较大,属于极重要与重要两个热岛核心斑块重要性等级,值得重点关注与优化。(4)对重要性值高的热岛核心区域可优先采取降温措施,可以打断节点之间连接减缓整个区域...     

粒度变化对城市热岛空间格局分析的影响

尺度是景观格局和生态过程研究中的关键问题。综合目前城市热岛效应研究来看,景观格局指数的引入极大推进了热岛格局的定量研究,然而其尺度效应仍未得到重视。由于热岛空间格局与形成过程的复杂性和人类认识的局限性,对其尺度问题有待深入讨论。基于Landsat TM影像反演地表温度,采用均值-标准差分类方法划分热力等级,对珠三角城市热岛格局特征的粒度效应进行了研究。结果显示:随粒度增加,弱势热力斑块类型下降,向相邻斑块转移;景观指数在类型水平和景观水平均受空间粒度影响明显,"临界粒度"现象明显;总体而言,粒度150 m是城市热岛格局特征的临界粒度,对热岛格局进行景观指数计算的适宜粒度范围为30—150 m;不同景观指数粒度效应曲线有所差异,其中斑块密度和平均分维数在两个水平指数上都有较强的规律性;根据各景观指数变化特征,研究区尺度域主要在(30 m,150 m),表明在该尺度范围内构建的热岛效应预测模型可经简单推绎后使用。分析热岛格局随空间粒度变化特征对了解热岛格局的形成机制及进行尺度推绎具有重要意义。     

基于多种方法的景观格局动态变化综合分析——以辽宁省铁岭市为例

景观格局变化一直是景观生态学研究的核心问题之一,也是相关生态和环境过程研究的基础.本文应用3S技术,综合传统的空间统计分析、转移矩阵、景观指数和景观动态指数、Kappa指数系列,并引入模糊Kappa指数方法,以铁岭市2002-2011年间景观格局变化为例进行了综合研究.结果表明:铁岭市景观空间格局在研究时段内发生一定程度的变化.旱地面积大幅增加,水田面积明显减少,各景观类型之间均有相互转化.景观格局总体的变化趋势是形状趋于复杂、异质性增加、破碎化加剧,人为干扰的影响较明显.研究区域2002-2007年综合景观动态度指数明显高于2007-2011年,景观动态总体呈现放缓趋势.通过Kappa指数系列可知,研究时段内研究区景观变化由景观类型之间变化为主逐渐转变为各类斑块位置上的变化为主.应用多种方法进行综合分析更能全面有效地反映景观格局变化.     

赣西三市热环境时空演变特征及影响因素

以赣西三市为研究区域, 采用2002、2016年2个时段的TM/OLI/TIRS影像数据, 获得辐射亮度温度和土地利用/覆被分类数据, 借此分析热环境时空演变特征、热力景观格局指数变化以及影响热环境演变的因素, 旨在为改善赣西城市热环境问题提供科学的依据。结果表明: 随着城市化发展, 近15年(2002—2016年)来, 赣西三市热岛效应明显增强, 但不同区域发展程度有所不同, 热岛效应强度总体增加的趋势为: 萍乡 > 宜春 > 新余; 从热环境分布来看, 三市南部地区低温与次低温面积范围相对较多, 且呈现扩大趋势; 从热环境景观格局演变来看, 三市的中温区斑块优势度降低明显, 破碎化程度加强, 宜春和新余市区次低温与次高温斑块优势增多并且有形成大斑块的趋势; 从热环境贡献指数来看, 建设用地对热环境贡献最大, 水体和林地则对城市热岛效应有显著的抑制作用。     

祁连山东段生态敏感性对景观动态变化的响应

基于3S技术, 对祁连山东段2000—2016年的景观动态变化和生态敏感性进行了分析。结果表明: (1)草地的面积增加, 斑块数量减少, 形状结构趋于松散且简单化; 森林和冰雪的面积和斑块数量减少, 形状结构趋于紧密但简单化; 灌木的面积和斑块数量增加, 形状结构趋于松散但复杂化; 裸地和水域的面积增加, 斑块数量减少, 形状结构趋于紧密但简单化。(2)景观整体多样性水平增加, 异质性和破碎化程度增大, 各景观要素向着均匀化且分散的趋势发展。(3)景观类型面积指数、破碎度和分离度对生态敏感性的影响最大, 其次是平均斑块面积指数。(4)研究区的生态敏感性处于低敏感性水平, 总体上呈增加趋势。总的来说, 人类活动的干扰是造成景观和生态敏感性变化的决定性因素。研究结果对于区域景观的维护和可持续发展具有积极意义。     

海口市海岸带近30年土地利用变化的景观生态风险评价

采用海口市海岸带1988、2000、2009、2017年4期土地利用矢量数据,运用格网GIS法、Kriging内插法构建景观生态风险指数模型,对海口市海岸带进行景观生态风险综合评价。结果表明：（1）各景观面积波动较大,景观类型以建设用地和耕地为主;（2）2000-2017年间人类活动对景观的干扰最为强烈,各景观的分离度、干扰度、脆弱度最大值均在此时域内出现;（3）研究时域内研究区的平均生态风险值由0.3424增加到0.4468;生态风险等级总体呈低等级向高等级转移的趋势,空间分布呈中部向东西、内陆向沿海递减的趋势,高等级的风险区逐渐朝沿海地区蔓延;较高和高生态风险区主要分布在海口建成区、南渡江沿岸、美兰机场、红树林保护区以及三江镇国营农场附近;（4）城市建设和临港产业的发展导致绿地、水域面积减少且分布趋于破碎、分离,是研究区生态风险值总趋势呈增高的主要原因。研究结果可为海口市海岸带景观格局的优化、土地资源的保护和可持续发展方面提供科学依据。     

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。     

Effect of urban function and landscape structure on the urban heat island phenomenon in Beijing,China

Rapid urbanization has aggravated the urban thermal risk and highlighted the urban heat island (UHI) effect. To improve understanding on the effect of urbanization on the UHI effect, it is essential to determine the relationship between the UHI effect and the complexities of urban function and landscape structure. For this purpose, 5116 urban function zones (UFZs), representing the basic function units of urban planning, were identified in Beijing. Land cover and land surface temperature (LST) values were extracted based on remote sensing data. UFZ, land cover, and LST were used to represent the urban function, landscape, and UHI characteristics, respectively. Then, the effects of urban function and landscape structure on the UHI effect were examined. The results indicated that the urban thermal environment exhibited obvious spatiotemporal heterogeneity due to the variation of urban function and landscape complexity: (1) UFZs showed significantly different LST characteristics for different functions and seasons, and the mean LST gap among different types of UFZ can reach 1.72–3.85 °C. (2) During warm seasons, the UHI region is mainly composed of residential, industrial, and commercial zones, while recreational zones contribute as an important UHI source region during cold seasons. (3) Urban developed land and forest are the most important landscape factors contributing to the UFZ effect in the urban thermal environment. These findings have useful implications for urban landscape zoning to mitigate the UHI effect.

     

上海城市热岛效应形成机制及空间格局

城市热岛效应的产生及演变与城市地表覆被变化、人类社会经济活动密切相关,是城市生态环境状况的综合概括与体现,目前对城市热岛形成、演变的驱动机制、热岛效应与地表覆被变化的定量关系研究大多还是从对某些影响因子的测定入手,缺乏对区域热环境系统全面、综合的评价与分析.近年来,在城市化过程中,人类社会、经济活动的加剧使城市地表热力景观呈现出高度的空间异质性,在利用Landsat 7 ETM+热波段数据反演上海地区地表温度的基础上,应用地统计学方法揭示了不同尺度下上海城市地表温度场空间变异特征及其不同的驱动因子.进而,采用决策树方法构造城市热环境系统的分类和预测模型,建立中心城区地表温度场空间分布及其驱动因素之间的定量关系,挖掘上海城市热岛效应的形成机制,揭示出多种影响因素综合作用下中心城区热环境空间格局差异.研究结果表明,城市热环境形成的驱动因子在空间上呈现出明显的分异性特征,各种影响因素在空间上不同的组合方式将决定城市热岛效应的时空演变趋势.运用决策树方法可以有效地确定在城市内部不同区域影响热环境形成的主导因素,揭示城市热岛形成与演变的成因机制及其空间差异,并可以进一步用来预测分析未来城市地表温度场动态变化的空间分布格局.     

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。     

唐山市域1993-2009年热场变化

唐山市是河北省经济和城市化发展都很快的区域,为了给唐山市生态市规划提供生态建设空间布局依据,利用1993年8月18日和2009年8月30日的TM卫星影像,对其市域的热场变化情况进行了研究。结果表明,唐山市域热场都呈现出东部和中部热场较强、其余区域相对较较弱的空间特征。强热岛主要集中在南部的低平原湿地生态系统保护亚区和曹妃甸循环经济与生态港城建设亚区,以及中部的平原生态城镇建设亚区。从相对亮温来看,在1993年到2009年,唐山市的绿岛面积和强热岛面积增加的数量最大,分别达到了38326.05hm²和25497.81hm²,极强热岛的面积2009年是1993年相应面积的3.88倍。最稳定的热力景观斑块类型为绿岛斑块,其保持不变的面积达到了77.6%;而最不稳定的景观斑块类型为极强热岛,其发生变化的面积比例达到了97.05%;其他类型的稳定性相对较小,均低于50%。文章还从植被、土地利用、城市建设和工业发展等方面,分析了唐山市热场变化的原因。     

基于流域水环境响应的城市建设用地面积阈值模拟

城市扩张影响流域水环境质量.从水环境响应出发,模拟预测流域范围内城市建设用地的扩张阈值,可为城市建设用地规划提供客观依据.本文选取完全城市化的筼筜湖流域、半城市化的马銮湾流域和城市化起步阶段的杏林湾流域作为对比研究对象,结合2009—2012年实测数据,运用区域污染物管理模型(ReNuMa),计算3个流域水体污染物总氮(TN)和总磷(TP)环境容量上限,确定流域内城市建设用地面积阈值,并预测城市景观格局演变产生的水环境效应.结果表明: 筼筜湖、马銮湾和杏林湾的TN年负荷上限值分别为12900、42800和43120 kg,TP年负荷上限值分别为340、420和450 kg;现实情境下,筼筜湖水体污染物环境容量尚未饱和,马銮湾与杏林湾的污染物年负荷均接近上限值,杏林湾的TN和TP年负荷存在明显的上升趋势;3个流域污染物年负荷均在模拟情境1下未超标、情境3下超标,情境2下,筼筜湖污染物年负荷均未超标,而马銮湾TN与TP年负荷均处于超标;筼筜湖、马銮湾和杏林湾流域的城市建设用地面积阈值分别为1320、5600和4750 hm²,并据此提出景观格局调整对策建议.     

城市热岛“源-汇”景观识别及降温效率

快速城市化背景下,不同景观降温效率的差异是深入理解景观格局对城市热岛效应影响机理的基础。现有城市热岛研究多以土地利用或土地覆被替代热岛效应的源与汇,往往忽略景观的热特征与相邻景观的热关系,造成信息偏差。需要从景观热特征的视角,探讨面向城市热岛效应的景观分类方法,并分析不同特征景观的降温效率差异。基于"源-汇"景观理论,以深圳市西部为研究区,构建面向城市热岛的景观分类方法,通过2010年TM遥感影像提取NDVI、NDMI及ISA等地表特征及地表温度特性,叠加划分16类城市景观,分析不同地表特征的景观等距离梯度下的温度变化关系,识别城市热岛的"源-汇"景观。在此基础上,分析"源-汇"景观的结构特征,构建以面积和温度为影响因素的景观降温效率指数,结合景观格局指数,分析不同面积与形状的"汇"景观降温效率。结果表明,在16类景观中,5类景观被识别为城市热岛汇景观,面积约533 km~2,占研究区总面积的45.5%。降温效率结果表明,"汇"景观的降温效率为1.54,其中绿色空间及阴影景观的降温效率贡献率较高。通过面积与形状的景观格局分析发现,降温效果随两个指数的增加,均呈先升后降的趋势。研究结果为城市规划与城市绿色基础设施建设决策中降温景观的形状和面积设定提供依据,增加景观水平的缓解热岛效应的效率。     

深圳快速城市化过程中的景观类型转化动态

利用4个时段遥感图像、转移概率方法和优势转移过程空间分布图,定量研究了深圳经济特区1979—2003年景观格局的时空变化特征、驱动力和原因.结果表明：深圳经济特区城市化过程迅速,且主要发生在1979—1990年间.3个研究阶段所表现出来的景观类型动态大相径庭.1979—1990年主要表现为植被退化和转移为人工景观类型阶段,优势景观类型转化的空间位置主要发生在福田区、罗湖区和盐田区,优势景观类型转移过程具有幅度大、强度大的特点;1990—2000年主要表现为大量建设用地的竣工转化为非渗水表面以及少量植被类型向人工景观类型的转化,优势景观类型转化主要发生在南山区和福田区,整个阶段表现出城市成形特征,原有植被景观特别是林地已较少受到人类干扰;2000—2003年则表现为土地利用方式精细整理的城市化过程,有较显著的城市扩建和改造现象,渗水材料的使用有效消除了非渗水表面的负面影响,这一阶段影响幅度大、影响强度中等.     

基于RS的郑州市城市热岛效应时空演变

采用郑州市1988年5月14日Landsat卫星TM传感器遥感影像和2001年5月10日ETM⁺传感器遥感影像以及当地相关气象资料,利用单窗算法反演计算了卫星图像的亮度温度并以此制作出相关专题图.结果表明：随着郑州市建成区的不断扩大,城市热岛效应不断加剧,与1988年相比,2001年市区高温区域向东北和西南方向存在明显偏移与扩张,这与低植被覆盖区域和城镇居民用地变化趋势基本相同.为缓解城市热岛效应的不断加剧,在城市化的同时应注重绿化工作并选用合理的绿化方式.