北京市区车辆热排放及其对小气候的影响

快速城市化导致城市热岛效应不断加剧,超大城市的车辆排热是影响城市热环境的重要因素之一。以北京五环区域为研究区,通过交通指数、交通密度、道路长度等指标计算了交通道路排热强度,辨识出北京市区街道尺度上车辆排热的时空动态规律;选择典型位点对小气候特征进行流动与连续监测,构建空间与时间序列上车辆排热与小气候特征的定量关系。结果表明,交通排热强度呈现辐射状空间分布,市区平均排热强度为8.6—10.8 W/m~2,三环内地区达32.2—53.9 W/m~2,白天平均排热强度约为夜间的2—10倍,且早晚高峰期排热强度最大,非工作日的排热空间特征同工作日并无明显差异;主要道路的温差同08:00时的交通排热相关性最显著,温差增幅为0.91℃/10 W/m~2;车辆排热与道路草地监测点的温差有显著正相关关系,温差增幅约为0.15℃/10 W/m~2,且排热对其温差有约10—20分钟的滞后效应。车辆排热的时空动态研究有助于科学规划城市道路和景观,改善城市热环境。     

喀斯特城市地表水热通量的时空变化研究

针对我国西南地区桂林喀斯特城市近20多年来快速扩展所引发的热环境问题,改进METRIC模型使其适用于喀斯特城市实际状况,利用模型和1994—2015年5景Landsat遥感图像反演地表水热通量,分析通量时空变化规律。结果表明,潜热通量从高到低依次为水体、喀斯特山峰阳坡植被、地面植被、喀斯特山峰阴坡植被、建筑/道路和裸土、喀斯特山峰裸岩,显热通量从高到低依次为喀斯特山峰裸岩和建筑/道路、裸土、喀斯特山峰阳坡植被、地面植被、喀斯特山峰阴坡植被、水体。水热通量随时间的变化受地表覆盖变化的影响,研究区波文比(显热通量与潜热通量比值)在1994年最高,达到1.62,2000年下降到1.24,之后逐渐升高至2015年的1.51。城市扩展过程出现的显热高值区和潜热低值区比例低于10%,其变化引发显热中低值区和潜热中高值区比例的变化,显热高值区最高比例在1994年(10.0%),2000年下降到5.4%,之后至2010年逐渐上升到9.4%,但2015年下降到7.1%,潜热低值区比例的变化趋势与显热高值区比例基本相同。植被覆盖度(Vegetation fraction,Pv)在0.1—0.8范围时对水热通量的影响相对更显著,Pv增加0.1,显热通量降低8—27 W/m~2,而潜热通量升高8—24 W/m~2。喀斯特山峰植被保护和城区地面绿化建设对喀斯特城市热环境的改善至关重要。     

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。     

中天山地区草地地表辐射收支演变规律

地表辐射对研究地表能量平衡及气候形成机制具有重要意义。利用中天山乌拉斯台地区陆气相互作用观测站2018年5月至2019年4月地表辐射数据,分析了中天山草地不同时间尺度和不同天气条件下的地表辐射与反照率变化特征。结果表明：(1)地表辐射月平均日变化除大气长波辐射较弱外,其余分量均呈单峰型,极值大小及时间存在差异,太阳总辐射与净辐射最大日峰值均出现在6月,为920.9与603.3 W/m~2,大气与地表长波辐射分别出现在7月和8月,为327.5 W/m~2与471.7 W/m~2,而反射短波辐射则出现在2月,为520.6 W/m~2。(2)太阳总辐射、反射短波辐射、大气与地表长波辐射年曝辐量分别为6860.62、2101.72、7171.25、10089.69 MJ/m~2;就季节变化而言,反射短波辐射曝辐量在冬季明显高于其它季节,其它分量则均表现为夏季>春季>秋季>冬季。(3)不同月份地表反照率日变化均呈“U”型曲线,年均值为0.393,最大与最小月均值分别出现在12月与8月,为0.760与0.217。这种变化体现在季节上则为冬季>秋季>春季>夏季。(...     

城市地表热环境研究进展

近50年来,以中国为代表的发展中国家快速城市化过程所引起的生态环境问题直接导致了城市地表热环境的剧烈变化。当前,采用定量化的研究方法开展城市地表热环境研究已成为国内外城市生态环境与气候领域的研究热点之一。因此,厘清城市地表热环境的研究进展对于今后更好地开展城市空间热环境定量评价研究以及进一步促进城市可持续发展具有重要的现实意义。在对城市空间热环境和城市热岛等相关概念、主要研究方法和数据获取方式进行简要叙述的基础上,着重从城市地表热环境的时空特征及其变化、驱动力和驱动机制、城市地表辐射与能量平衡、城市地表热岛与城市大气热岛的关系及其演变规律、城市绿地和水体对城市热岛效应的缓解、城市地表热岛的尺度转换等6个主要方面对当前国内外已开展的城市地表热环境研究进行了归纳总结,并就当前研究过程中存在的问题以及未来的研究重点进行了探讨,以期为今后更好地开展城市地表热环境定量化研究提供参考。     

中华花龟幼体热耐受性、体温昼夜变化和运动表现的热依赖性

为研究中华花龟(Ocadia sinensis)幼体的热耐受性和运动表现热依赖性，设计了具有和缺乏温度梯度两种热环境，研究幼龟体温的昼夜变化。高、低温耐受性分别用临界高温和临界低温表示，体温为泄殖腔温度，水温和气温分别是幼龟所处位置的水温和1cm高气温。临界高温和临界低温分别为41．9℃和1．8℃。在有温度梯度的热环境中，体温、水温和气温平均值有显著的昼夜差异，水温和体温的日平均值无显著差异，两者均大于气温的日平均值。在缺乏温度梯度的热环境中，体温、气温和水温平均值亦有显著的昼夜差异，但气温、水温和体温的日平均温度无显著差异。温度梯度是幼龟进行体温调节不可或缺的条件，选择体温有显著的昼夜变化，最大值和最小值分别为29．2℃和25．4℃。在02：00—06：00时间段内，幼龟选择体温明显较低，其它测定时刻的选择体温无显著差异。幼龟各测定时刻的平均体温与平均气温和水温均呈正相关。处于温度梯度中幼龟特定气温的体温比处于缺乏温度梯度中的幼龟高3．7℃，这种差异是前者利用温度梯度进行体温调节的结果；处于不同热环境中幼龟特定水温的体温无显著差异。体温显著影响幼龟的运动表现。18—39℃体温范围内，疾跑速随体温增加而增加，36℃和39℃体温的幼龟疾跑速最大；体温达到41℃时，疾跑速显著下降。体温较高的幼龟的最大持续运动距离大于体温较低的幼龟。偏相关分析显示，疾跑速与最大持续运动距离和停顿次数呈显著的正相关，停顿次数与最大持续运动距离呈负相关。     

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。     

局地气候区视角下的城市热环境研究

城市化发展带来热岛效应,影响区域气候变化,地表温度可以反映地表增温程度,更能直接影响人类居住舒适度。运用Landsat8 TIRS热红外遥感数据和气象数据反演地表温度,以建筑数据、遥感影像为基础,通过GIS空间分析、决策树分类等方法划分局地气候区,从区域角度定量分析不同类型气候区地表温度分异规律。结果表明：(1)北京、天津、石家庄密集型建筑分别占比27.54%、21.95%、25.09%,且以中低层为主,城市公园包含了主要的绿地和水体。(2)在空间分布上,市中心地表温度高于郊区,热岛效应显著,森林、河流是主要低温区。(3)不同气候区的地表温度存在差异,建成区总体高于自然地表;其中建筑区域内表现为紧密型低层(LCZ3)平均地表温度最高,稀疏型高层(LCZ4)地表温度最低,北京、天津、石家庄分别相差1.53℃、2.30℃、2.22℃;植被和水体能够降低地表温度,裸土和铺设路面的地表温度始终较高。因此应充分考虑建筑布局,合理利用植被和水域分布,减少热量聚集,以改善城市生态环境。     

雄安新区生态系统热消减功能研究

雄安新区作为国家确立不久的新区,建设绿色生态宜居新城区是其重大规划目标之一。近几年城市化进程加快,城市面貌变化大,城市热岛效应愈发严重,而城市生态系统中的蓝绿空间能够提供温度调节功能,消减并改善城市热环境。基于Landsat遥感数据和土地利用数据,分析生态斑块的降温效益并模拟了雄安新区生态系统的热消减功能。结果表明：（1）雄安新区各类水体中湖泊的降温距离最大,为350 m,降温幅度为1.29℃;绿地中其他林地和园地的降温距离最大,为300 m,降温幅度分别为0.79℃和0.62℃。（2）不同生态斑块温度与景观格局指数有一定的相关性,其中相关性较强的有面积（AERA）、周长（PERIM）、周长面积比（PARA）和最小邻近距离（ENN）指数,且不同类型斑块有不同的景观格局指数阈值,在阈值范围内温度呈下降趋势,城市蓝绿空间规划建设过程中可以参考各生态斑块的景观格局指数阈值开展工作。（3）雄安新区生态系统的热消减量在0.4-5.63℃之间,热消减能力突出的区域主要集中在白洋淀附近,其中湖泊发挥的作用最强,其次为分布在建成区的部分林地和草地,河渠的热消减能力相对较低,热消减能力最弱的是分布在雄安新区北边建成区的少量草地和林地。     

城市不同绿地垂直热力效应比较

城市绿地改变了城市地表面的辐射状况以及近地面大气的辐射状况,使绿地附近大气热力特性发生变化,产生绿地与非绿地之间的温度差异,形成局地小气候环流。不同类型城市绿地热力效应不同,产生的局地环流强度也存在差异,对城市生态环境的改善效果也各不相同。研究不同类型城市绿地热力特征,揭示不同类型城市绿地的小气候效应差异,将有助于城市园林绿地规划与管理,有助于改善城市生态环境。试验者在太原市区选择了3种不同的城市绿地——城市森林、灌丛、草坪。在氢气球上悬挂测绳,利用测绳上系有的温湿度记录仪对不同绿地周边温度时、空变化进行测试。通过对所得试验数据分析,得出昼间不同绿地热力变化规律以及14：00—15：30不同绿地空间温度场分布特点。结果表明：不同绿地周边都存在明显的热力效应;森林周边热力效应较其它绿地更明显,14：00—15：30冷源效应在1．5、3m高度可影响到距林缘14m处,17：00—18：30森林有明显的热源效应;灌丛和草坪的冷热源效应较森林明显减弱,影响的高度和距离也明显减小;14．00—15：30,不同绿地周边气温垂直结构中都存在一个高温中心和低温中心,说明绿地与非绿地之间应该存在着局地小气候环流。这些研究结果为进一步研究不同城市绿地小气候环流提供了依据。     

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。     

城市森林建设四种乔木树种蒸腾耗水特征

城市树木与森林作为城市生态系统的重要组成部分,充分发挥其生态环境服务、景观美化和休闲娱乐等功能得到了社会各界越来越广泛的重视.配置合理的城市树木与森林,建设节水型城市森林是水资源短缺地区城市生态建设必须重视的问题之一.以大连市劳动公园4种主要乔木树种雪松(Cedrus deodara)、榉树(Zelkova serrata)、丝棉木(Euonymus bungeanus)及水杉(Metasequoia glyptostroboides)为研究对象,应用TDP(Thermal Dissipation Probe)技术分别对每个树种3个径阶的单株树木蒸腾耗水进行了研究,并测定同期气候环境因子及0～25cm,25～50cm,50～75cm,75～100cm土壤含水量的动态变化.研究结果表明:不同树种生长季内蒸腾耗水具有明显的昼夜变化规律,3个径阶雪松夜间蒸腾量占全天的6.3%～33.9%;榉树占 12.4%～30.8%;丝棉木占6.5%～27.6%;水杉占6.0%～21.1%.受气候环境因子、土壤含水量以及树木生长节律的影响,各树种日蒸腾耗水量从9月以后表现为递减的变化.晴天、雨天与阴天3种典型天气条件下树木液流速率表现出不同的变化特征:晴天液流速率曲线较平缓且峰值范围较宽,液流开始升高时间最早,开始降低时间最晚,液流通量最大;雨天,峰值陡且窄,液流开始升高时间最晚,开始降低时间最早,液流通量最小;阴天表现居中.对各树种在整个生长季内蒸腾量从大到小的排序,径阶为10cm的树种为:丝棉木>榉树;径阶为14cm的树种为:丝棉木>榉树>雪松>水杉;径阶为18cm的树种为:雪松>丝棉木>榉树>水杉;径阶为24cm的树种为:雪松>水杉.     

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.     

我国三大城市群地区城市和农业用地地表热环境效应对比研究

以大中小城市协同发展为特征的城市群已成为我国城市化发展的主要形式，城市化和农业作为城市群地区最主要的土地利用活动，其气候效应是国际研究的热点。然而过去研究多关注大城市的热岛效应，对更为普遍的农业活动以及中小城市城市化的气候效应认识十分薄弱。基于MODIS地表温度数据，以自然林地为参照，提出了一种可逐像元估算土地利用地表热环境效应的新方法，进而对比分析了我国三大城市群地区（京津冀、长三角和珠三角）城市和农业用地地表热环境效应及其驱动因子差异。结果表明各城市群白天城市热岛效应明显，地级以上城市年平均热岛强度达3.2℃以上，但最强热岛均未发生在核心城市。夜晚热岛效应明显减弱，京津冀和长三角部分城市甚至出现冷岛效应。农业用地在白天亦表现出明显的增温效应，特别是在京津冀地区，而在夜晚除珠三角城市群外，降温效应明显，京津冀和长三角地区平均降温2.3℃和0.7℃。虽然城市用地平均增温强度大于农业用地，但农业用地因面积优势对区域温度变化起控制作用。白天城市和农业用地整体导致各城市群温度明显增加，京津冀增温最高（4.0℃），夜晚二者导致长三角和京津冀地区平均温度降低。研究还发现各城市群城市和农业用地地表热环境效应时空异质性极大，主要受植被、地表反照率、气候背景和人口密度控制。本文对制定缓解气候变化的土地利用策略具有重要的指导意义。     

城市公园景观的热环境效应

城市热环境受到地表的物理性质和人类社会经济活动的共同影响,是城市生态环境状况的综合体现.而城市公园景观的热环境效应显著区别于其它景观类型.城市公园景观的热环境效应研究对城市规划以及城市生态环境评价都具有重要意义.论文以上海市为例,首先提取了城市公园景观斑块的空间分布数据,再利用Landsat7的ETM 为基本数据源,定量反演了城市热环境温度,然后利用GIS中的空间分析功能,重点探讨了城市公园景观的热环境效应.公园景观斑块的面积、周长与其对应的温度具有负相关关系,而形状复杂性指数则与环境温度具有显著的正相关关系,形状复杂性指数则与环境温度的相关程度远高于面积、周长与热环境温度的相关程度.公园斑块的面积以及周长与公园对周围热环境的影响在统计上相关性较差;而形状复杂性指数则与其影响力则具有显著的正相关关系,形状越复杂,公园对周围热环境影响力越强.因此,在城市公园建设中,除了公园类型、空间选址外,边界形状也应作为考虑因素之一.     

绿量的城市热环境效应研究现状与展望

绿量对城市热环境的调控功能已成为目前研究热点。本文从绿量的概念与发展、绿量与城市热环境的调查方法、绿量与城市热环境的关联性以及其在城市规划方面的启示4方面进行论述,总结国内外研究进展,提出了未来该领域的4个发展方向,包括三维绿量调查方法的改善、城市热环境的监测与预测、城市绿量三维空间格局指标体系的构建以及关联绿量与城市热环境研究的三维空间格局分析方法的创建。本文为研究绿量调控城市热环境提供了一种三维空间分析的视角,以期更深入地探索城市绿量的三维空间格局、平衡城市热环境的适宜性和多方面生态效益,为城市绿色空间规划与设计提供科学依据,也为人类适应气候变化并科学调控城市热环境提供理论支持。     

基于移动测量的城市空间形态对夏季午后城市热环境影响研究

城市空间形态是城市特殊微气候形成的主要因素之一。本研究旨在通过分析2016年及2017年武汉和郑州夏季移动实测数据,探讨不同气候区（夏热冬冷地区和寒冷地区）、不同用地属性（商业和住宅）以及不同城市空间形态指标（天空开阔度、绿化覆盖率、建筑高度和建筑密度）对夏季午后城市热环境形成的影响机理,并基于非线性回归分析,研究城市空间形态各项指标与夏季午后气温的相关性。结果显示,在夏季午后,建筑的遮阴效果是对城市气温影响最为关键性的因素。特别是在郑州,建筑密度和天空开阔度2个因素最为关键,具有显著的相关性。相比之下,武汉气温值与建筑遮阴效果的相关性低于郑州,说明干热环境下太阳辐射对气温的高低起决定性因素,而湿热环境下却并不显著。     

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.     

城市公园景观秋冬季动态热效应

在北京市3个公园中选择裸地、道路、林地、草地4种主要景观类型,通过2013年10月、11月、12月的实地监测数据,定量揭示不同景观类型地表温度、近地表空气温度和湿度的日间变化特征,并分析日间温湿度的均值、幅度大小、空气温湿度的匹配程度。4种景观类型日间地表和空气温度均呈单峰变化趋势,裸地、道路、林地、草地的地表温度最高值分别出现在14:00、12:00、14:00、12:00,空气温度最高值则都在14:00,相对湿度最大值出现在8:00,最小值在14:00。从日间均值来看,地表温度为裸地道路草地、林地,裸地的日均空气温度最高,4种景观的相对湿度差异不显著。从日间变化幅度来看,所有景观类型的地表温度均明显大于空气温度,尤其是裸地和道路的日间变化比林地和草地更加明显。通过定量分析4种景观类型的日间热环境动态变化,可以为城市热环境改善、景观设计和生态规划提供科学依据。