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。     

北京地区热力景观格局及典型城市景观的热环境效应

城市热环境是城市生态环境中的一个重要指标,将景观生态学理论融入到热环境研究中,尝试探讨北京地区热力景观格局及城市公园、道路景观的热环境效应。地表温度反演是分析热力景观格局及典型城市景观热环境效应的前提,论文以北京地区为例,首先利用两景ASTER影像数据采用TES算法定量反演地表温度。通过半变异函数分析地表温度空间异质性,确定最大采样尺度,然后在景观统计软件Fragstats中,计算不同粒度下的景观格局指数,分析热力景观格局及其尺度效应。通过景观斑块特征分析和缓冲区分析,探讨公园景观斑块、道路景观廊道特征的热环境效应。总体上公园景观对应的平均温度随着公园面积、边界长度的增加而减小,随着公园周长面积比增大而增大;随着距离公园渐远,地表温度升高,且升温趋势变缓。随着道路密度增加,道路平均温度显著升高,标准差显著降低,道路密度等级与道路平均温度的相关系数达到0.8021;随着距离道路中心线距离增加,缓冲区内的平均温度略有下降,但变化微弱。因此,应充分重视公园景观在缓解城市热环境方面的作用,合理布局城市道路。     

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。     

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.     

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.     

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.     

三江平原水田景观对局地热环境的影响

水稻是重要粮食作物之一，水稻田灌溉导致其下垫面性质独特，具有"冷湿效应"，进而直接影响区域气候。基于Landsat8 TIRS热红外遥感数据反演地表温度，刻画三江平原水田种植核心区的热环境空间格局，以景观生态学格局-过程理论为视角，量化水田景观格局对水田内部地表温度分异的影响，以及对周边区域热环境的影响范围及幅度。结果表明：（1）与水田、旱田空间分布相对应，研究区地表温度具有空间极化特点，水田与旱田平均地表温差为-7.8℃。（2）水田内部的平均地表温度与水田斑块大小、连通性呈负相关，与形状呈正相关。（3）水田对周边降温距离为60-300m，降温幅度为0.05-9.7℃。其中，水田内部温度场对降温距离和幅度的影响最大，呈负相关；水田斑块大小、内部连通性与降温距离及幅度之间为正向相关，而水田形状的影响最弱。研究从水田与周边地表热环境交互影响的角度，强调了物质、能量横向传输的非线性过程在农田灌溉的气候效应研究中的重要作用。     

植被覆盖度和归一化湿度指数对热力景观格局的影响——以广州为例

利用LANDSAT-5 TM影像提取地表温度、植被覆盖度和归一化湿度指数(NDMI)等信息,结合景观生态学方法探讨广州市不同区域城市植被和NDMI对地表温度的调节作用.结果表明:植被覆盖度、NDMI和地表温度两两之间有较强的线性相关性,但不同区域植被覆盖度、NDMI与地表温度的相关程度存在明显差异;提高相同植被覆盖度时,中心城区的降温效果最好,其次是处于中心城区北缘的近郊区;不同区域森林公园对周围热环境的影响程度不同,960～1080 m缓冲区内平均温度与公园内部平均温度之差分别为4.69℃(白云山)、1.27℃(马仔山)和0.41℃(流溪河);高植被覆盖度可增加热力景观多样性和不同景观之间的结合度,促进低温斑块内部与其他斑块如高温斑块间的能量交换,起到控制热岛效应的效果;增加环境湿度与提高植被覆盖度对热力景观格局所形成的作用相当.     

植被覆盖度和归一化湿度指数对热力景观格局的影响——以广州为例

利用LANDSAT-5 TM影像提取地表温度、植被覆盖度和归一化湿度指数（NDMI）等信息,结合景观生态学方法探讨广州市不同区域城市植被和NDMI对地表温度的调节作用.结果表明： 植被覆盖度、NDMI和地表温度两两之间有较强的线性相关性,但不同区域植被覆盖度、NDMI与地表温度的相关程度存在明显差异;提高相同植被覆盖度时,中心城区的降温效果最好,其次是处于中心城区北缘的近郊区;不同区域森林公园对周围热环境的影响程度不同,960~1080 m缓冲区内平均温度与公园内部平均温度之差分别为4.69 ℃（白云山）、1.27 ℃（马仔山）和0.41 ℃（流溪河）;高植被覆盖度可增加热力景观多样性和不同景观之间的结合度,促进低温斑块内部与其他斑块如高温斑块间的能量交换,起到控制热岛效应的效果;增加环境湿度与提高植被覆盖度对热力景观格局所形成的作用相当.     

京沪穗三地近十年夜间热力景观格局演变对比研究

城市热环境是城市生态环境的重要方面,它与城市气候、城市生态、城市灾害有着重要的联系.以北京、上海、广州三地为研究区,选取近10年MODIS的夜晚地表温度(LST)产品MOD11A2,分别采用质心迁移、景观格局指数、空间自相关方法研究京沪穗三地近10年的不同等级热力景观质心迁移演变、格局变迁和空间集聚特征.主要结论为:三地热力景观随郊区向市中心趋近,体现了由低温区、次中温区向中温区、次高温区、高温区过渡的趋势;三地的中温区所占比例最大,城市热力景观破碎度三地中上海市最高,5种热力景观比较,次中温区和高温区的破碎度最高;城市热力景观离散度三地中北京市最高,低温区和高温区的离散度较高.热环境空间自相关分析表明三地均以高温-高温区,低温-低温区集聚为主,北京、广州高温-高温区分布于南部,且集中成片分布,而上海市高温-高温区分布比较离散,相对较为复杂.从分布面积来说,10a中北京、上海表现为先减少后增加,而广州则持续减少.总体而言北京热环境恶化,而广州、上海热环境有所好转.     

不同斑块类型的景观指数粒度效应响应——以无锡市为例

斑块类型与景观格局粒度效应响应关系密切。以无锡市为研究区域,针对地区社会经济活动频繁、人为干扰强烈和生态脆弱等特性,以土地利用类型、热力等级和生态贡献为斑块类型划分依据,构建出对应的3种不同景观格局。在相同粒度变化情况下,选用了19个景观水平指数和Moran's I指数,分析了不同景观格局粒度效应的响应情况。结果表明,随粒度变粗:1)土地利用类型、热力等级和生态贡献斑块的部分景观指数响应曲线变化剧烈程度依次减弱;2)3类斑块的Moran's I指数均存在尺度效应。其中,土地利用类型和生态贡献斑块的Moran's I指数存在负相关,热力等级斑块没有。生态贡献斑块响应曲线在正相关区域内变化相对平缓,土地利用类型与热力等级斑块响应曲线变化趋势相反;3)指数反映的第一临界粒度基本一致,但景观指数响应曲线的临界现象更为明显。总体上,不同类型斑块在同一研究区构成的景观格局、指数响应曲线变化趋势和第一临界粒度都较为相似;斑块类型对景观指数粒度效应响应存在影响,但还有待深入探讨。     

太行山低山丘陵区景观变化特征分析——以河南省济源市为例

以位于太行山南端的河南省济源市为例 ,在对其内部环境进行区划的基础上 ,利用遥感影像数据对其 1995～ 2 0 0 0年的景观变化特点进行了分析。结果表明 ,济源市的景观基质没有变化 ,均是以耕地占绝对优势 ;在景观类型的绝对面积变化中 ,以耕地面积的减少最大 ,而草地和林地的面积则呈现出明显的增加。从景观斑块类型的区域相对变化速率来看 ,变化最明显的区域主要集中在黄土丘陵区 ,该区域的变化速率高于全市的平均变化速率。从景观斑块类型的变化速率看 ,黄土丘陵区的水域、居民点和未利用土地的平均变化速率也大于全市同一斑块类型的变化速率。从该市主要景观斑块类型的转化方向来看 ,耕地、林地、草地这三者之间相互转化比较频繁 ,在目前的国家环境政策下 ,这容易造成人财物的浪费 ,同时也导致了环境稳定性的下降 ,这是极不合理、也是极不经济的。促使上述变化的驱动力主要表现在环境安全驱动上 ,其中起到至关重要作用的为以政府行为所实施的太行山绿化工程、黄河中游防护林工程、天然林保护工程以及退耕还林工程等。     

城市化进程中城市热岛景观格局演变的时空特征——以厦门市为例

热岛效应作为城市化过程中产生的特有环境问题,对其形成和演变规律的研究有助于人们提出有效的应对措施。以厦门市为研究对象,利用1987—2007年等时间间隔、同时相的5景Landsat TM/ETM+遥感影像数据进行地表温度反演,在此基础上使用景观格局指数分析厦门城市热岛景观格局随城市化进程演变的趋势。结果表明:随着厦门城市化进程加深,整个热岛景观在逐渐变得更加破碎化,高等级热岛景观斑块个数、类型面积和个体面积都增大;新的高等级热岛景观斑块都出现在原有高等级斑块附近,致使高等级类型的邻近度增加而各类型之间相互接触的程度也增加;景观总体的聚合度逐渐下降,而高等级热岛景观类型的聚合度则呈上升趋势;景观水平的蔓延度总体呈下降趋势,优势度高的低等级热岛景观所占的比重下降,优势度逐渐降低;多样性指数、均匀度指数总体呈上升趋势,各热岛景观面积在各类型间的分配逐渐趋于均匀;热岛景观斑块的转化方面,在20 a间低等级斑块类型(1、2、3级)向高等级斑块类型(4、5、6级)转化的面积总体上呈增加趋势,而高等级斑块类型向低等级斑块类型转化的面积总体上呈减小趋势,且等级升高的面积明显大于同期等级降低的面积;就高等级热岛景观斑块而言,他们与3级热岛景观斑块间的相互转化最容易发生,远比高等级斑块内部各类型之间的相互转化来得容易,尤其6类和5类的转化是最为困难的热岛景观变化之一;从空间上看,各高等级热岛景观斑块都经历了数量增加、面积扩大、等级升高三个方面的变化,形成了海沧、新阳、杏林、厦门岛西北港口区和机场5个高温组团。利用景观指数分析城市热环境,可探明热岛景观随城市化演变的趋势,并为有效的热岛效应减缓措施提供直接的理论依据。     

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.     

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.

     

内蒙古鄂尔多斯市城市化时空格局变化及其驱动力

城市化是最极端的人为土地覆盖的转变,对生物多样性和生态系统功能与服务的影响远超出城市本身的范围.基于3个时段土地利用数据,本研究利用景观格局分析方法分析了不同空间幅度下鄂尔多斯东四旗城市化景观时空格局的变化特征.结果表明:城市化对地区生态、社会、经济产生了深刻影响,整体景观的破碎化和复杂性程度增大,各斑块类型表现出独特的空间特征并受到不同程度的影响.沙地和城市用地变化幅度最大,耕地受城市化的影响最严重.从驱动力的定性分析看,资源因素、城市人口增长和经济发展是驱动地区城市化景观时空格局变化的重要驱动因子.     

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。