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。     

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.     

上海市城市绿地景观空间格局研究

以上海市为研究区域,以遥感与地理信息系统为技术手段,基于2003年航空影像,分别按照景观类型和斑块大小两方面对城市绿地景观进行了类型划分,建立了城市绿地景观空间数据库;并将研究区域划分为8个空间单元,运用景观生态学以及空间分析方法,分别从斑块水平、类型水平、景观镶嵌结构等方面研究了上海市城市绿地景观格局的总体布局特征;选择斑块数量、斑块面积标准差、面积均值、周长均值、分维数等若干景观生态学指数来研究城市绿地景观镶嵌结构的数量特征,探讨了城市绿地景观在城市扩展与城市景观格局演变过程中所呈现的时空规律,旨在为城市规划与发展提供决策依据。     

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。     

基于QuickBird卫星影像的沈阳城市绿地景观格局梯度分析

基于2006年QuickBird卫星影像数据解译的沈阳城市绿地分布图,在GIS的支持下,通过幅度效应的研究,在确定出研究区的适宜幅度为5 km的基础上,应用梯度分析与景观指数相结合的方法,研究了沈阳城市绿地景观结构及其梯度上的空间特征.结果表明:类型水平上,不同的绿地类型沿景观格局梯度表现出明显的空间特征;在城市中心,公园绿地为优势类型,而在郊区,农业用地为优势类型;城市绿地整体上破碎化程度高,绿地斑块形状较为复杂;景观水平上,不同景观指数沿样带梯度表现出差异性,表明城市化导致景观的破碎化程度增大,景观异质性增高;斑块密度、景观形状指数和景观聚集度指数具有明显的梯度特征,而最大斑块指数、多样性指数则不明显;景观格局指数和梯度分析相结合是研究城市绿地空间的有力工具.     

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.     

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。     

基于QuickBird卫星影像的沈阳市城市绿地景观格局

根据2006年8月QuickBird卫星影像数据,利用GIS技术和景观格局分析软件FRAGSTATS,分别从斑块组成、类型水平与景观水平分析了沈阳城市绿地景观格局.结果表明:沈阳三环内绿地斑块18261个,绿地面积173.71 km2;斑块数目主要以中型斑块为主,占总数的62.25%,面积上以大型斑块为主,占总面积的85.59%;绿地总体呈现绿地斑块分布不均衡,绿地结构不合理.农业用地占面积最大,斑块聚集程度最高;居住绿地与附属绿地破碎化程度高,分布分散;整体景观多样性指数适中,为1.6,斑块类型丰富,均匀度较高,达0.73,蔓延度指数较高为0.83,存在着少数类型控制整个景观的现象.建议调整城市绿地空间布局与结构,提高中小型绿地斑块如居住绿地在城市绿地景观中的比重.     

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.     

斑块面积对城市绿地降温效应的影响研究进展

在气候变化和快速城市化的双重影响下,全球城市面临日益加剧的热岛效应。绿地能够有效改善城市热环境。城市土地资源紧缺,优化绿地布局,使有限面积的绿地发挥更大的降温效果具有重要的理论意义和实践价值。其中,如何设置绿地斑块大小则是优化绿地布局的首要考虑因素之一。从斑块和景观的尺度总结了现有绿地斑块大小对其降温效应影响的研究进展,结果表明：1）在斑块尺度,随着绿地斑块面积增加,绿地的降温效应相应增加,但增加的趋势为非线性变化,表现为温度随绿地斑块面积的增加先下降,后趋于平稳,表明可能存在降温效率（单位面积绿地降温能力）最强的斑块大小;2）在景观尺度,绿地斑块大小在空间上的配置对热环境的影响研究结果存在差异,尚无一致性定论。基于已有研究,本文指出了现有绿地斑块大小对其降温效应影响研究中的问题与不足：1）主要关注绿地斑块大小与温度的统计关系,缺乏对其具体影响过程和内在机制的深入探讨;2）更多关注地表温度,而对与人体舒适度和健康直接相关的其他热环境指标的研究较少;3）研究中缺少对城市中数量巨大,分布最广的小型绿地斑块的考量。未来的研究应加强从遮阴和蒸腾等降温过程深入解析绿地斑块大小对热环境影响的内在机理机制,从降温效率的角度,探讨是否存在最优的斑块大小,并进一步探讨绿地周围建筑环境对绿地斑块大小与其降温效应关系的影响,为优化城市绿地分布,改善城市热环境提供科学依据。     

基于遥感的广州市城市绿地生态服务功能评价

利用TM卫星影像数据和野外观测数据,运用遥感定量反演模型和知识,提取影响广州市城市绿地生态服务功能的地表参数,如叶面积指数、植被指数、土壤水、地表反照率、地表温度等,然后利用神经网络技术实现对单一因子的城市绿地生态服务功能的评价与分级;在此基础上,利用模糊聚类法对广州市城市绿地生态服务功能进行综合评价。结果表明:广州市城市中心绿地生态服务功能偏弱;绿地在各区分布差异较大,空间布局不够合理。生态服务功能一级的城市绿地面积为2.1km2,仅占研究区域总面积的0.4%,生态服务功能二级、三级和四级的绿地面积占研究区域总面积的比例分别为2.4%、5.0%和2.9%。     

城市绿地空间形态对PM2.5的消减影响——以武汉市为例

缓解大气颗粒物污染、营造清洁健康的城市环境是中国绝大部分城市须解决的问题之一。城市绿地能有效缓解PM2.5,然而当前对绿地空间形态的研究不足,导致能在规划设计中直接应用的成果不多。基于武汉市9个城市绿地空间形态要素量化差异与实地测量的PM2.5浓度大小,探索二者深层的量化关系规律。结果显示：1）PM2.5消减量随绿地规模的增加呈增长趋势,当规模大于5~10 hm2消减量减缓;2）绿地面积、周长及形状指数与PM2.5的消减量显著正相关,分维指数与近圆形形状指数相关性不显著;3）PM2.5的消减效率随绿地规模的增加急剧下降,当绿地规模超过5~10 hm2,消减效率变化不明显。通过量化分析,揭示对PM2.5消减具有显著影响的城市绿地空间形态指标,提出适当的规模、不规则或复杂的绿地形态及分散式的布局等绿地优化策略。     

基于电子导航地图POI的北京城区绿色空间服务半径分析

近年来,电子导航地图中的兴趣点（Point of Interest,POI）在城市地理与城市生态研究方面越来越受到重视。城市绿色空间对其居民的生产生活服务作用十分重要,城市绿地系统的配置是否科学对城市生态系统服务供需情况有着重要影响。利用北京城区五环以内的POI数据,采用核函数模拟出城市居民生产生活在空间分布上强弱程度的热力图,对该区域绿色空间实体不同半径服务区内的热力特征进行耦合分析。研究表明：北京市五环以内绿色空间实体500、750 m和1000 m典型服务半径的覆盖面分别占总面积的77.99%、91.55%和97.46%,从服务供给角度表现出空间分布格局相对均匀;但在绿色空间500 m服务半径内,仅覆盖了POI热力图中极高密度区中51.19%的地区,高密度区中54.78%的地区,中密度区中66.21%的区域,从服务需求角度表现出绿色空间分布格局明显不均衡。研究认为城市绿色空间在POI热度较高区域的主要商圈、人流密集区域匹配明显不足,需要通过增加绿地或疏解POI集中程度来缓解绿色空间供需矛盾。     

基于GIS的城市绿地景观引力场研究——以宁波市为例

城市绿地是城市用地的重要组成部分 ,也是城市生态系统的一个子系统。城市绿地景观的评价是城市生态系统研究的重要课题之一。在 GIS技术支持下 ,对城市绿地景观进行了研究。在研究过程中 ,将物理学中“场”的相关理论引入城市绿地景观的研究 ,提出绿地景观引力场的概念及评价方法。绿地景观引力场是城市绿地系统为城市居民提供服务能力的大小或潜力 ,其主要影响因素有绿地景观本身的质量、城市人口分布状况、城市土地利用现状、城市主要交通设施等。在研究中需要建立以下相关模型 :城市阻力的空间分布模型、城市人口的空间分布模型、城市公共绿地的空间分布模型、城市绿地景观引力场的空间分布评价模型。研究结果得出以下结论 :(1)景观引力场用于城市绿地系统的评价 ,能够更好地反映城市绿地的空间分布格局 ;(2 )丰富了城市绿地系统评价的指标内容和评价方法 ;(3)该方法从景观设计上提供了一个可供决策参考的依据 ;(4 )景观引力场还可用于城市其它服务设施的合理性与有效性的评价与研究。     

城市绿地可达性与公平性评价

城市绿地是城市重要的绿色基础设施,是实现城市可持续发展的重要空间保障,具有重要的生态、社会文化功能.20世纪80年代以来,我国一直以城市人均(公共、公园)绿地面积、绿地率、绿化覆盖率等面积比率指标作为核心指标来指导城市绿地建设,缺乏具体引导城市绿地空间分布的指标,较少关注城市绿地服务功能的公平性问题.借助于GIS技术,构建了城市绿地社会功能评价的简明框架,尝试将表征城市绿地空间分布的可达性和公平性指标引入城市绿地的功能评价中,以体现城市建设"以人为本"、"社会公平"的理念,并以上海和青岛为实证,对新构建的系列指标进行了分析与检验.研究结果表明:(1)可达性和公平性系列指标导入城市绿地的功能评价中是可行的,能够有效的表征和测度城市绿地空间布局的合理性程度;(2)可达性和公平性指标使用时需要界定研究区范围、研究尺度,特别是数据精度,以利于研究区的纵向比较和城市间的横向比较.研究结果将丰富我国城市绿地评价的核心指标体系,亦可为城市规划者和建设者合理规划与布局城市绿地提供重要的依据和参考.     

城市绿色开敞空间可达性研究——以南京市中心城区为例

城市绿色开敞空间是城市公共空间的重要组成部分,合理配置城市绿色开敞空间对城市宜居环境建设至关重要。空间可达性常用于评价公共服务设施空间布局的合理性,两步移动搜索法即是一种直观、运算简便、应用广泛的可达性计算方法,但该方法未考虑需求主体之间的差异性。本研究以南京市中心城区为例,利用手机信令数据提取需求者属性特征以及空间分布,通过分类细化需求主体改进搜索策略,改善两步移动搜索法传统研究未考虑不同群体差异性、统计数据滞后、空间尺度粗等弊端。结果表明,南京市中心城区绿色开敞空间可达性呈现出明显的空间分异特征,江南主城可达性总体比江北新区高,低值区集中在人口密度高、绿色开敞空间资源规模小的中心城区周边;不同人群的绿色开敞空间可达性总体格局相似,但在数值上老年人可达性均值是其他年龄段的14.60%,工作人群可达性均值是居住人群的86.02%,老年人作为弱势群体在享受绿色开敞空间服务中被边缘化。研究结果可为优化南京市绿色开敞空间布局提供科学依据,也可为其他公共服务设施可达性评价提供借鉴。     

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。