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.     

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。     

基于遥感技术的昆明主城区地表温度与土地覆盖关系研究

以Landsat 8两期昆明市主城区影像为数据源,通过计算归一化植被指数(NDVI)、改进的归一化水体指数(MNDWI)、不透水面指数(ISA)以及热场变异指数反映不同季节热岛效应的变化情况。结果显示:(1)利用改进的单窗算法反演地表温度(LST)是有效的;(2)热岛效应存在时空差异性,5月的强效应等级比2月更明显,分布也更集中,热岛效应等级与土地利用类型关系密切,强热岛效应分布于建筑用地在2月和5月均较大,而水体所占比例最小,在大的水域滇池则无热岛效应,其他地类在不同季节的强度存在差异;(3)LST与地表参数的相关性在2月和5月表现出相同的趋势,与ISA具有显著的正相关关系,与NDVI和MNDWI具有显著的负相关关系,LST与NDVI、ISA的相关性5月高于2月,而与MNDWI的负相关性2月高于5月;(4)城市的绿地和水体对其地表温度起到降温作用,保护好滇池和适度增加植被覆盖对抑制城市热岛效应具有积极作用。     

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。     

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.     

基于遥感信息的常州市热岛效应

以常州市区为研究区域,运用“单窗算法”对TM卫星第6波段进行解译,得到卫星过境时常州市区的地表温度(LST)分布图。结果表明：2006年9月18日卫星过境时常州市城区地表平均温度的热岛强度为3.81 K;常州热岛效应的空间分布特征为“一个片区结合多个组团”,与城市的发展格局基本一致,表明城市化引起的土地利用/土地覆盖变化是形成热岛效应的主要原因;城市工业用地的地表平均温度极显著高于城区,表明工业生产消耗大量能源而产生的人为热对常州市热岛效应的形成以及热岛强度的增强具有显著影响。     

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.     

喀斯特山地城市内山体绿地对城市热岛的减温效应——以安顺市西秀区为例

山体绿地是喀斯特山地城市内典型的城市绿地景观类型,其对于改善城市生态环境、提升喀斯特山地城市生态服务功能具有重要作用。以黔中典型喀斯特山地城市安顺市为研究对象,运用2011年和2016年两期热红外遥感影像和城市景观结构空间数据,在反演分析城市热岛效应及其强度时空分布特征的基础上,运用冷热点分析剖析了山体绿地与城市热岛效应冷点分布区的关系,揭示山体绿地对城市热岛的减温效应。结果表明:基于Landsat热红外遥感数据反演地表温度结果显示,2011—2016年,安顺市西秀区平均反演地表温度升高约4℃;主城区一带热岛效应呈现加剧趋势,但总体热岛面积呈下降趋势,绿岛区多分布于水体和山体绿地中,且山体绿地对热岛效应减缓作用逐年增大;热/冷聚集面积呈现上升趋势,约40%~50%的冷聚集区由山体绿地贡献,热聚集区主要由建筑用地和其他用地构成;500 m格网尺度下,山体绿地面积与地表温度呈显著负相关,表现为山体绿地面积占格网比例每增加10%,地表温度将降低0.17~0.27℃。研究结果可为喀斯特山地城市山体绿地管理、城市绿地空间规划和城市热环境缓解提供科学依据。     

西安市景观格局与城市热岛效应的耦合关系

基于西安市2000、2006和2015年3期遥感数据,进行景观分类和温度反演,建立两者的回归模型,探讨景观格局对城市热岛效应的影响及预测作用.结果表明:不同尺度上的景观格局指数与温度具有不同的相关性,在景观尺度上,景观形状指数(LSI)、景观分割指数(DIVISION)和Shannon多样性指数(SHDI)与温度显著相关;在类型尺度上,CA₁、PD₁、LSI₁、AI₁、LPI₂、AI₂、CA₃、DIVISION₃、LPI₃、AI₄ (其中,1代表建设用地、2代表耕地、3代表林地、4代表草地;CA指斑块类型面积,PD指斑块密度,LSI指景观形状指数,AI指聚集指数,DIVISION指景观分割指数,LPI指最大斑块指数)与温度显著相关.景观格局是影响热岛效应的主要因子,对城市热岛效应响应明显.部分景观指数可以表征地表温度,合理的景观配置对缓解城市热岛效应具有长远意义.通过不同尺度上建立的多元线性回归模型预测,2030年的热岛效应同比2015年有所回落,但减幅不明显,依旧强于2006年的热岛状况.热岛效应先由主城区蔓延,以点向面扩展,随后主城区呈现减弱趋势,而周围区(县)热岛出现明显增幅.     

基于MODIS数据的重庆市城市热岛效应时空分析

随着全球城市化的加速发展,城市热岛现象愈发突出。在重庆市城市化进程中遭遇特大高温灾害的背景下,基于MODIS数据和气象数据,得到重庆市热场强度和强度指数时间序列数据。采用定性和定量分析手段,分析重庆市城市热岛效应的时空变化特征,揭示地表温度与下垫面之间的关系。结果表明:重庆市1951—2016年的年平均气温呈显著上升趋势(P0.01);重庆市主城区2001—2016年城市热岛面积和强度呈显著增大趋势;城市热岛与环境要素关系密切,归一化植被指数与地表温度呈显著负相关,这说明植被对热场具有调节作用,地表温度与平均气温呈正相关,说明地表对大气具有加热的作用;城市用地、水体、裸地或无植被区域的平均地表温度高于其他下垫面。本研究结果可为重庆市城市规划和生态城市建设提供依据。     

兰州中心城区用地扩展及其热岛响应的遥感分析

以兰州中心城区为研究区,以1978、1993、2001和2010年的Landsat MSS/TM/ETM+影像为数据源,采用NDBI-SAVI指数相结合的方法,提取建设用地信息,利用热红外波段的单窗算法反演城市地表温度.结合城市热岛比例指数和地表温度分级,定量研究城镇用地扩张对城市热环境的影响.结果表明:兰州中心城区建设用地在1978-2010年的30余年间面积由87.47 km2增加到172.61 km2,增幅近l倍.城市扩展与热岛扩展趋势具有空间一致性,在城市扩张的同时,城区地表温度逐渐上升,城市热岛面积不断扩大.     

兰州市热环境时空特征及影响因素研究

基于Landsat数据,运用辐射方程传输法获取兰州市2005年、2015年和2018年夏季地表温度作为基础数据,分析兰州市热环境时空分布特征及其影响因素,为缓解该市城市热岛效应提供指导依据.结果表明:(1)兰州市热岛效应呈现增强趋势,空间分布呈现"树杈状"特征.非主城区地区成为主要热岛效应区域,其中,以永登县与皋兰县为...     

城市绿地对热岛效应缓解作用研究——以保定市中心城区为例

随着中国城镇化建设的进行,城市热岛效应逐渐成为城市发展的显著问题之一,而城市绿地能有效地缓解城市热岛效应,在城市规划中,可以通过对城市绿地进行合理布局,从而减缓城市热岛效应的影响。本文采用遥感数据反演的方法,综合应用地理信息系统（GIS）和遥感（RS）技术,得到不同时期保定市中心城区地表温度和植被覆盖度的时空演变图,分析近10年的时空演变规律,并用网格法对植被覆盖度与地表温度之间的耦合关系进行研究,得出研究区内的植被覆盖度每增加10%,其地表的平均温度可减少0.9℃~1.3℃。选取研究区域内的8个城市绿地,利用缓冲区分析的方法,定量研究城市绿地面积与其降温范围之间的关系,结合保定市热岛效应集中区域及周边土地利用现状,提出增加城市绿地的可能位置,为城市绿地布局提供科学依据。     

广州市城区公园对周边环境的降温效应

城市化的快速发展使得大量的人造建筑物取代了自然地表,极大的改变了城市的热环境,加速了城市的"热岛效应",给人类的身体健康、生活环境带来许多危害。以公园为主体的城市绿地通过植被的光合作用、蒸腾以及蒸散作用降低温度、增加湿度,是缓解城市热岛效应的有效途径之一。选取广州市城区17个公园作为研究对象,使用TM遥感影像反演公园周边温度,分析了公园周边温度的分布情况。研究表明,在一定范围内,公园周边温度与公园边界点温度的温差随着其远离公园边界距离的增大而增加,且增长趋势逐渐减缓,近似于一条过原点的三次多项式;公园的平均降温范围与公园绿地面积存在显著的正相关关系,拟合曲线近似于一种对数形式增加;水体面积比例较大的公园,比同等条件下水体面积较小的公园降温效果好;而长宽比较大(≥2)的公园,即使公园面积较小,降温效果也较明显。首次对广州市城区公园周边温度分布规律进行了定量研究,研究结果对像广州这样的大城市生态规划尤其是公园规划设计具有实质性的指导意义,也可为世界其他类似地区、城市进行公园规划设计提供重要的理论依据和参考价值。     

基于Landsat-8影像的沿海城市公园冷岛效应——以厦门为例

城市公园主要由水体和绿色植被等景观构成,其形成的公园冷岛（Park cool island,PCI）已成为减缓城市热岛效应的重要途径之一。采用景感生态学中的景感营造理念规划设计城市公园或优化公园空间结构有助于增强公园冷岛效应,进一步改善局地城市热环境。选择沿海城市——厦门市为研究对象,基于2013年8月的Landsat-8 OLI/TIRS遥感影像和Google Earth高分影像数据,首先提取了研究区15个公园的土地利用信息,采用改进的地表温度单通道算法,获取了城市公园地表温度数据,并采用缓冲区分析、景观格局指数和多元统计等方法定量分析公园内部平均地表温度、城市公园冷岛强度（即降温幅度）、公园冷岛影响距离（即对周边区域的降温范围）三者的主要影响因子,并利用景感生态学原理初步剖析了城市公园景感营造的原则。结果显示：（1）公园面积和公园建设用地面积是影响公园平均温度的关键因子（R²=0.915）,这两个因子与公园平均温度均呈显著非线性相关;公园面积存在阈值55 hm²左右;（2）公园冷岛PCI强度由公园绿地面积、公园建筑面积和面积-周长形状指数（P/A）三个因子决定（R²=0.911）;公园冷岛PCI强度与公园绿地面积呈显著非线性正相关,与公园建筑面积呈显著非线性负相关,与面积-周长形状指数（P/A）呈显著线性负相关;在确保公园绿地面积达到一定阈值时,应该尽量降低公园建筑面积,增加公园形状复杂度,有利于其PCI强度的增加,缓解城市热岛效应;（3）公园冷岛影响距离由公园面积和公园水体面积比例决定（R²=0.719）,公园冷岛影响距离与两者呈显著正相关;绿地公园中提高公园水体的面积比例,有助于增大公园冷岛的影响距离;（4）城市公园的规划与设计,需要运用景感生态学的原理,从缓解城市热岛效应的角度,充分考虑公园大小、形状、土地利用类型组成比例及空间配置等因素。     

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。     

北京市植物物候对热岛效应的响应

都市的快速发展致使城市热岛效应日渐加剧。城市绿化对缓解热岛效应有一定的作用,但同时其物候也受到了影响。本文基于遥感影像数据,通过对照北京市热岛区与非热岛区、不同热岛强度等级的植物物候差别,研究热岛效应对植物物候的影响。采用Landsat 8影像对北京市地表温度进行反演,结合空间分析进行热岛效应分区分级识别;通过MOD13A1的归一化植被指数(NDVI)数据,采用Dallimer平均值法和动态阈值法提取植被生长季始期(SOG)、生长季末期(EOG)、生长季长度(LOG)等重要植被物候参数,研究植被物候在热岛区与非热岛区、不同热岛强度等级之间的差异。结果表明:北京市夏季与冬季相比,热岛效应更为显著;利用Dallimer平均值法提取的北京市热岛区SOG比非热岛区提前4 d,EOG延迟9 d,LOG延长13 d;利用动态阈值法提取的SOG提早10 d,EOG推迟4d,LOG延长14 d,动态阈值法提取的物候信息与观测的物候信息更为接近;随着热岛强度等级提高,SOG提前,EOG推迟,LOG延长。本研究丰富了我国华北地区植被物候对热岛效应的响应机制,同时对研究全球变暖对生态系统的影响具有一定价值。     

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。     

海绵城市建设缓解热岛的效应与机理——以浙江省嘉兴市为例

海绵城市建设缓解热岛效应已成为全球气候变化的重要议题之一。以国家首批海绵城市试点嘉兴市为例,利用2013、2015、2017和2018年的Landsat 8遥感影像反演三环内的地表温度,通过空间和时间两个维度评估海绵城市建设对嘉兴城市热岛的缓解作用,利用Pearson相关性分析、灰色综合关联分析和回归分析等方法研究海绵城市建设的结构性指标与相对热岛强度在中小尺度层面的关系。结果表明:海绵城市建设对嘉兴热岛效应有较为明显的缓解作用,且缓解作用随着建设的不断完善而增强;海绵城市建设的结构性指标对相对热岛强度的影响程度从大到小依次为:有效不透水面积比例、下沉式绿地比例、绿地面积比例和透水路面比例;综合考虑城市热岛缓解的有效性及工程的经济性,不同指标的阈值存在差异:有效不透水面积比例应低于0.45,绿地面积比例应高于0.35,透水路面比例控制在0.4左右,下沉式绿地的应用比例则越大越好。在此基础上,提出有效缓解城市热岛效应的策略建议。