成都市热岛效应及其与下垫面的关系

城市热岛效应是一种常见的城市气候,影响着城市规划及人民的生产与生活。本文以成都市中心城区为研究区,通过采用Landsat 8 TIRS数据,运用劈窗算法反演成都市中心城区4个时间点的地表温度,并对热岛效应的时空变化及其与下垫面的关系进行了分析。结果表明:劈窗算法在无同步气象观测资料校正大气透射率的情况下精度达到1.6 K;成都市中心城区明显存在热岛效应,其面积约占中心城区面积的30%,且春夏季热岛效应的空间差异性较大;三环外热岛效应较三环内明显,武侯区和双流区之间始终存在一个温度高值区;夏季归一化差异植被指数(NDVI)与地表温度存在显著的负相关关系,这说明可以通过种植绿色植物来缓解城市热岛效应;夏季地表温度与改进的归一化差异水体指数(MNDWI)的相关性不如春季和冬季,因此,夏季用水体来缓解热岛效应可能收效甚微;归一化建筑指数(NDBI)与温度在4个时间点上均呈正相关,这说明人类活动是造成城市热岛效应的原因之一,NDBI是研究城市热岛效应的有效指标。     

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.     

山区夏季地表温度的影响因素——以泰山为例

以泰山为例,应用夏季的Landsat 5的TM6为基本数据源,基于单窗算法定量反演了泰山地表面温度(LST),在此基础上首先探讨了LST与地形因子的关系,然后比较了归一化水汽指数(NDMI)和归一化植被指数(NDVI)在表达山区LST上的效力,最后利用逐步回归分析法,构建出LST与地形因子、NDMI的回归方程,应用偏相关系数,得出各个因子对LST的影响程度。结果表明:1)在地形因子中,影响LST的主要因素是海拔,随海拔升高呈自然对数形式降低,相比而言,坡度、坡向以及太阳入射能量的影响则很小;2)在没有水体时,NDVI与NDMI都能有效地表达山区的LST,LST与NDVI间是二次项负相关关系,与NDMI间是线性负相关关系,在表达LST上NDMI比NDVI更有效;3)综合分析表明,地表水汽特征是其表面温度最主要的影响因素,其次是海拔。研究结果将为山区地表温度空间分异性特征及形成机制的研究提供科学的参考。     

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.     

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。     

基于TM/ETM~+数据的沈阳市各区城市热岛特征

应用2001年8月和2010年8月Landsat TM/ETM+数据,计算沈阳市区及三环内各区的地表热岛强度(SUHI),根据土地利用数据和热岛源汇特征提取源汇信息,分析SUHI与土地利用类型、热岛源汇面积及边界长度、归一化植被指数(NDVI)、归一化建筑指数(NDBI)、改进的归一化差异水体指数(MNDWI)的关系。结果表明:2001年沈阳市区的中等热岛强度以上区域主要集中在三环内和苏家屯区,强热岛地区主要出现在铁西区和皇姑区;2010年中等以上热岛强度地区,与城区发展相一致,主要向西南,南面扩展,弱热岛、中等强度和强热岛地区有较大幅度的增加;城市热岛强度与NDVI存在显著的负相关,与NDBI存在显著的正相关;热岛源在区域内的面积比重与中等强度以上热岛存在较显著的相关关系,源汇边界长度与弱热岛和中等热岛存在较显著的相关关系。     

基于遥感技术的城市下垫面参数与热环境关系的研究——以北京市朝阳区为例

城市热岛（UHI）不仅直接关系到城市人居环境质量和居民健康状况,同时还对城市能源消耗、生态系统过程演变、生物物候以及城市经济可持续发展有着深远的影响。以北京市朝阳区2002—2017年夏季4期Landsat系列遥感影像为数据,采用大气反演法,对15年间朝阳区城市地表温度（LST）时空变化进行分析,发现15年间朝阳区城市热岛比例指数上升迅速,热岛效应逐年加剧。进一步研究表明,城市地表温度与归一化植被指数（NDVI）及归一化建筑指数（NDBI）密切相关：地表温度与NDBI正相关,NDBI指数每升高0.1,地表升温0.79~2.37°C;与NDVI指数负相关,NDVI指数每提高0.1,地表降温0.4~0.77°C。本研究可为城市规划建设与城市绿地营建提供科学具体的参考指导依据,并促进生态可持续发展与人居环境改善。     

西安城市热环境格局的动态演变

以TM和ETM+热红外数据为基础,采用单窗算法,研究了西安1995-2006年间热岛效应景观分布及其动态变化特征.研究表明:西安城市热岛效应明显,热场空间分布格局与城市的建成区基本一致;随着城市化进程的加快,西安市热环境格局表现出异质性加剧的趋势;东西和南北方向上,温度剖面线与土地利用与覆被关系密切,以建设用地地表温度最高、水域最小,其大小关系依次为建设用地＞未利用地＞耕地＞草地＞林地＞水域.相关性分析表明,地表温度与归一化裸露指数( NDBI)呈正相关,与归一化植被指数(NDVI)呈负相关.     

近27年来格尔木绿洲“冷岛效应”时空变化及其与NDVI和LUCC的关系

利用1987、2000、2006、2013年4景Landsat TM/ETM+/TIRS遥感影像反演了格尔木绿洲的地表温度,并对地表温度进行归一化处理,得到地表温度等级图,构建了相邻两景地温等级区转移矩阵。结合归一化植被指数(NDVI)和土地利用/覆盖变化(LUCC),分析了格尔木绿洲冷岛效应的时空变化及影响因素。结果表明:近27年来,格尔木绿洲地表温度呈以高覆盖植被区为低温中心,沿低温中心逐渐向四周升高的空间分布格局,绿洲冷岛效应显著,且具有强-弱-强的变化特征;归一化地表温度(NLST)与NDVI存在显著负相关,并与冷岛效应的强弱变化相吻合,表明植被是影响绿洲冷岛效应的重要因素;2000年林地与耕地增加,2006年林地减少、水体萎缩,2013年城市绿化及耕地、林地增加,反映了LUCC对冷岛效应的影响显著;林地、耕地、草地和水体处于地温等级最低的3个等级中,其低温作用对维护绿洲冷岛效应的稳定性意义重大。     

重庆市悦来新城土地利用/覆被变化对地表温度的影响

为探求山地新开发区城市化进程中的土地利用/覆被变化对地表温度的影响,利用遥感手段对重庆市悦来新城的历史影像进行解译,获取了研究区城市化前、中、后3期的土地利用类型、归一化植被指数(NDVI)及陆地表面温度(LST)的空间分布,并分析了土地利用类型变化和各土地利用类型的NDVI变化对LST的影响。结果表明：城市化进程中的居民组合用地大量扩张,占用的主要是农田,其次是林地;总体上,城市化后比城市化前的植被长势好,其中农田、林地的植被覆盖呈增加趋势,居民组合用地的植被覆盖呈大幅降低趋势;LST在各土地利用类型和区域空间上具有明显的异质性,同时对城市化过程具有一定的敏感性,在夏冬两季表现更明显;LST与各土地利用面积呈显著线性相关;LST与NDVI呈不显著线性关系,二者的空间关系形状在3个时期均呈“三角形”,植被覆盖具有缓解热岛效应的作用。该研究结果可为山地新开发区城市化进程中的生态规划及热岛效应缓解提供理论依据。     

植被-地温指数(NDVI-LST)在新疆干旱监测中的适用性

采用MODIS归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)和地表温度(Land Surface Temperature,LST)产品数据分析新疆2000—2015年生长季3阶段NDVI与LST的时空变化特征及相关关系;利用多元线性回归方法分析不同时期影响NDVI-LST相关关系的气象因子;并按不同土地覆盖与土地利用(Land-Use and Land-Cover Change,LUCC)类型分析NDVILST相关关系时空变化特征。结果表明:(1)生长季3时期LST与NDVI均存在显著相关关系,可利用两者的特殊关系进行干旱评估。(2)不同时期气象因子对NDVI-LST相关关系影响程度不一;并且不同LUCC类型的NDVI-LST相关关系也存在明显差异。(3)在生长季中期利用植被健康指数(Vegetation Health Index,VHI)对新疆大部分地区的植被健康和干旱进行监测是可行有效的,而初期与末期的干旱评估需要利用其他干旱指数进行补充研究。     

北京城区道路系统路网空间特征及其与LST和NDVI的相关性

城市道路系统是人类活动最为频繁的场所之一,研究路网空间特征与相关环境指标的关系,可为定量分析城市建设过程对城市生态环境的影响以及为城市基础设施规划管理提供方法。对北京市五环内各级道路抽样调查及面向对象的高分辨率遥感影像识别,建立道路空间信息数据库,运用TM影像反演获得地表温度(LST)及归一化植被指数(NDVI),研究4种不同分析网格下城市路网特征与两者的空间相关性。结果表明,在较大分析网格下(4×4),路网空间指标与LST mean及NDVI mean相关性显著;中等网格下,除LST与NDVI的平均值外,路网空间指标还可与两者最小值建立相关性;在较小窗口下(32×32),除平均值与最小值,还可建立特定道路指标与LST max及NDVI max的联系;各路网指标中,单位面积道路总长与LST及NDVI相关性最强;加权道路结点数在8×8和32×32网格分析中,与NDVI的相关性高于该指标未加权值,而结点指标均不适合与LST max建立联系;在各分析网格下,4项道路指标均与NDVI mean呈极显著负相关,表明道路绿地建设规模还不足以对NDVI的强度及分布产生较大影响。     

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。     

基于城市土地利用类型的地表温度与植被指数的关系

以沈阳市三环作为研究区域,基于QuickBird、Landsat/TM遥感影像和GIS空间分析技术,获取城市土地利用信息,陆地表面温度(LST)以及归一化植被指数(NDVI),定量分析了LST与NDVI在不同城市土地利用类型之间的差异及空间关系.结果表明:LST和NDVI具有明显相反的变化趋势,城市不同土地利用类型的LST与NDVI平均值也具有显著的差异性;多重比较发现,LST和NDVI在两两土地利用类型之间的差异不同;LST与NDVI相关性的显著程度受空间尺度的影响,LST与NDVI的相关性随空间尺度变化呈现出先增加后降低再逐渐增加的趋势.研究结果可为城市规划以及城市绿地系统规划中缓解城市热岛效应提供科学依据.     

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.     

北京城区不同水质水体可培养细菌数量的季节动态变化

2008年8月-2009年7月,利用平板菌落计数方法,研究了北京不同水质等级(Ⅱ-Ⅴ) 的团城湖、昆明湖、紫竹园湖、玉渊潭湖、陶然亭湖、龙潭湖、北海、通惠河等8个水体可培养细菌数量的季节动态变化。结果表明:温度最低的2月份可培养细菌数最低(4.72±6.37),而温度最高的8月份可培养细菌数最高(8.04±3.72);总平均可培养细菌数由高到低的顺序为夏季(6-8月)>秋季(9-11月)>冬季(12-2月)>春季(3-5月),而且夏季、秋季显著高于春季;相关性分析表明可培养细菌数与温度显著正相关。可培养细菌数量随水质等级的增加而升高,其中Ⅴ级水体可培养细菌数量显著高于Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级水体,而Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级水体之间的可培养细菌数量没有显著差异;相关性分析表明可培养细菌数与水质等级显著正相关。不同污染等级水体可培养细菌数的季节变化不同,低污染水体(团城湖、昆明湖、玉渊潭湖、北海)可培养细菌数在不同季节之间差异显著,夏、秋季显著高于冬、春季;而高污染水体(陶然亭湖、紫竹园湖、龙潭湖、通惠河)可培养细菌数的季节差异不显著。在不同水质等级中可培养细菌数与水温相关性存在明显差异,其中低污染的Ⅱ、Ⅲ级水体可培养细菌数与温度显著正相关,而高污染的Ⅳ、Ⅴ级水体可培养细菌数与温度相关性不显著。研究结果显示温度和水质等级是影响可培养细菌数的重要因素。     

面向城市热环境格局时空演变的多重分形模式——以郑州市为例

与单分形相比,多重分形模型赋予了更多描述客观世界中复杂现象和事物的参数和手段,为更加准确和精细地刻画自然界中普遍存在的非线性现象和过程提供了一种有效途径。以河南省郑州市为研究对象,选取三期Landsat5-TM影像反演城市地表温度,并采用多重分形的理论与方法定量地探讨和研究城市热环境场纹理结构及其在时空中的分布特征,以及在不同的标度区间内热环境场与NDVI之间的关系。研究结果表明:20年间郑州市热场景观的多重分形谱奇异性指数最大值与最小值之差"α由0.6716减小为0.6419,奇异性指数最小值αmin和最大值αmax分别由1.4644、2.136减小为1.4304和2.0723,背景场奇异值α(fmax)由2.0111减小为2.0083,纹理测度最大值与最小值的分维数f(αmin)和f(αmax)分别由0.2354、1.4877增大为0.3412和1.734,意味着随着近20年经济的发展和城镇化率的提高,研究区域的热场纹理信息量不断减少,结构趋于简单,而纹理测度最大值、最小值和研究区温度有增大的趋势。对于位于郑州市不同位置且由不同景观斑块类型构成的区域,市区区域纹理测度波动幅度最小,而水体区域最大;市区纹理测度最大值和最小值的分维数最大,不同等级纹理像元数量分布比较均匀,空间簇聚程度高,而水体则相反,另从市区样本的多重分形参数来看,新开发的区域比老市区具有更小的αmin值和D2值。区域温度均值与多重分形参数之间呈现较强的线性相关性,而区域标准差与多重分形参数之间的相关性更强,线性变化的顺序依次为水体、农业用地、城郊和市区。另外,还利用C-A(浓度-面积)模型把2011年热场图像纹理结构分割为3个标度不变性区间,在此基础上讨论了奇异性指数α对区域温度与NDVI(归一化植被指数)之间关系的影响,发现斑块边缘的地表温度对NDVI最为敏感,且奇异性指数对不同标度区间的地表温度的本底值贡献是正向的,这些结论对热环境场的尺度转换研究具有一定的参考意义。     

青藏高原植被生长对PDO响应的季节分异

利用卫星遥感观测的区域尺度归一化植被指数(NDVI)和格点气候数据,借助Spearman相关分析及基于多变量回归分析的结构方程模型,研究了1982—2015年青藏高原植被生长季节变化对太平洋10年际涛动(PDO)的响应格局及机理过程.结果表明:青藏高原生长季(4—10月)平均NDVI与PDO指数存在显著的负相关关系,但是PDO与不同季节NDVI之间的关系呈现出明显的季节分异,具体表现为PDO与秋季NDVI的负相关关系强于夏季,且冬季PDO显著影响次年青藏高原夏季植被生长.另外,PDO对青藏高原植被生长的调控过程在季节间存在明显分异,夏季表现为PDO对温度和降水的共同调控,而秋季则以对温度调控为主.     

基于水体型生态指数的无锡市城区生态质量时空变化分析

水体是构成生态质量的重要指标,传统的城市生态质量评价方法通常掩膜了水体区域,忽略了水对生态质量的影响。基于Google Earth Engine(GEE)平台提供的2013、2015、2017、2019、2021年的Landsat8-OLI影像数据,利用信息熵权重法耦合水体丰度(SPWI)、比率植被指数(RVI)、归一化潜热指数(NDLI)、干度(NDSI)、热度(LST)构建水体型生态指数(WBEI),对江苏省无锡市城区2013—2021年生态质量进行时空变化分析,并利用Moran指数计算无锡市城区生态质量的空间自相关性。结果表明：(1)WBEI融合了水体对生态指数的影响,弥补了传统方法无法反映水体区域生态质量的不足,能更好地反映包含水体区域在内的城市生态质量;(2)2013—2021年,无锡市城区平均WBEI分别为0.4808、0.4416、0.5068、0.4471、0.4682,城区生态质量呈波动变化,总体呈小幅下降的趋势;(3)无锡市城区生态质量极好等级的面积减少67.5251km²,良好与一般等级增加76.8633km²,生态质量...     

黄土高原植被覆盖时空变化及其对气候因子的响应

为研究黄土高原地区退耕还林(草)后,植被覆盖变化及其对水热条件的响应,利用1999—2013年SPOT VGT NDVI 1km/10d分辨率数据,采用最大合成法、一元线性回归法和偏相关分析法,系统分析了黄土高原地区NDVI(归一化植被指数)的时空分布及变化趋势,及其与气候因子的关系。结果表明:黄土高原1999—2013年年最大NDVI的平均值为0.31,NDVI较高的区域位于黄土高原南部,而西北部植被覆盖度较低;自1999年开始,黄土高原地区NDVI呈极显著(P0.01)增加趋势,年最大NDVI的变化斜率为0.0099;不同季节(春、夏、秋、冬)和生长季的植被状况均呈现良性发展趋势;1998—2013年间,黄土高原地区气候呈现不显著的"冷湿化"特征;NDVI年际(及生长季和季节)变化与降雨和温度的相关性不显著,而在月时间尺度上,呈显著的相关性,并且月NDVI与当月降雨量的相关性要强于与当月温度的相关性;植被生长对温度的响应存在一个月的滞后期,而对降雨的响应无滞后效应。