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。     

赣西三市热环境时空演变特征及影响因素

以赣西三市为研究区域, 采用2002、2016年2个时段的TM/OLI/TIRS影像数据, 获得辐射亮度温度和土地利用/覆被分类数据, 借此分析热环境时空演变特征、热力景观格局指数变化以及影响热环境演变的因素, 旨在为改善赣西城市热环境问题提供科学的依据。结果表明: 随着城市化发展, 近15年(2002—2016年)来, 赣西三市热岛效应明显增强, 但不同区域发展程度有所不同, 热岛效应强度总体增加的趋势为: 萍乡 > 宜春 > 新余; 从热环境分布来看, 三市南部地区低温与次低温面积范围相对较多, 且呈现扩大趋势; 从热环境景观格局演变来看, 三市的中温区斑块优势度降低明显, 破碎化程度加强, 宜春和新余市区次低温与次高温斑块优势增多并且有形成大斑块的趋势; 从热环境贡献指数来看, 建设用地对热环境贡献最大, 水体和林地则对城市热岛效应有显著的抑制作用。     

珠江三角洲城市群热环境空间格局动态

以广州为中心的珠江三角洲城市群发展十分迅速，区域内热岛强度与规模日益加剧，受研究方法和技术的限制，热岛空间格局及其动态研究不深入。因此，研究城市特别是城市群热环境空间格局的日变化特征具有重要的现实意义和理论意义。采用遥感反演和中尺度模式MM5模拟的结果研究城市热力景观及其日变化规律，其中MM5模拟采用四重嵌套网格，最高分辨率为1km，遥感数据采用ETM＋的热红外波段。结果表明该区域热岛具有多中心的特征，两种方法得到的热岛空间分布特征一致，其精度均较高，但遥感反演结果更为细致。两者的空间格局与自相关性较接近，数值模拟结果的空间自相关程度呈近似余弦曲线变化；热力景观格局指数白天波动明显、夜间波动较小，且斑块数和景观形状指数白天大于夜晚，并在5：00出现小波峰；景观水平上的景观指数11：00～14：00出现最大值，夜间较小，其中景观分离度和面积一周长分维数在5：00出现小波峰，21：00出现拐点；下垫面性质、地表热量交换、局地环流等对热力景观格局影响较大。以数值模拟为基础，借助3S技术能较好研究城市热力景观空间格局的日变化特征。     

长沙市热力景观空间格局演变分析

城市热环境是城市生态环境效应研究的热点之一,其演变规律的研究为缓解城市热岛带来的负效应、促进城市可持续发展提供依据。以2004年和2010年Landsat7 ETM+遥感影像数据和土地利用现状数据为数据源,在地表亮度温度反演的基础上,运用景观指数并结合GIS空间分析技术,采用移动窗口和梯度分析结合的方法,分析2004—2010年长沙市中心城区热环境的空间格局动态变化,通过分区统计法分析了不同热力景观等级下不同城市景观的空间格局变化,从景观尺度上阐明城市景观类型组成和空间格局与地表温度空间分异之间的关系。研究结果表明:2010年热岛区域扩大且更加分散,面积比2004年增加15.01km2,新增区域主要分布在金霞、岳麓和星沙的新兴工业园区;中心城区热力景观格局在景观水平上具有明显的空间分异特征,在从中心位置到偏北、偏东和偏南方向上,热力景观从市区向周边郊区呈现破碎化、多样性递增、形状复杂化,而从中心位置到偏西方向上与之相反;景观类型组成和空间布局对地表热环境产生不同影响,耕地、林地在热力景观内的优势度越大、分布越集中,地表降温效果越显著;反之,建设用地斑块越大、凝聚程度越高、形状越规整,地表温度越高,热岛效应显著。     

绿洲景观中居民地空间分布特征及其影响因子分析

以张掖绿洲居民地为研究对象,用景观格局分析软件FRAGSTATS计算了5个景观格局指标,用GIS计算了形状指数、景观类型空间邻接比例、最邻近指数、最近距离以及居民地的耕作半径,借鉴聚落地理学中的居民地分布研究方法,分析了居民地的空间格局特征及其影响因子。结果表明：①耕地是张掖绿洲内的景观基质,居民地是绿洲内分布最广、斑块数最多的景观类型;居民地的平均斑块面积小、形状简单、聚集度高,与耕地的空间邻接长度和数目均最高,其空间分布类型存在空间差异;②耕地是影响居民地分布格局的重要因子。缓冲区分析方法可以从理论上确定居民地的耕作半径,耕作半径与居民地的空间分布类型紧密相关;③居民地到渠系的平均最临近距离为215m,75．6％的居民地中有渠系穿过;④居民地分布受中心城市——张掖市的影响程度极其明显,两者呈指数相关;⑤景观格局分析、居民地分布研究方法和GIS空间分析方法的有效结合,可以较好的反映居民地的空间分布特征及其影响因子的相关性;⑥借鉴聚落地理学的最近邻点指数具有明确的生态含义,可以作为量化景观聚集度的指标。     

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.     

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.     

农业景观步甲多样性时间格局及其与景观结构的关系

于2009年5-9月在北京密云县采用陷阱法对玉米地、花生地、果园和林地4种生境中步甲群落进行取样,并采用逐步线性回归分析了景观中优势生境类型——玉米地中步甲群落及其捕食性步甲功能群多样性的季节分布,及其与周围100、250和500 m半径范围内景观格局指数的关系.结果表明:不同生境下,8月步甲群落、捕食性步甲类群的个体数和物种数均达到最大;5月玉米地中步甲群落的物种数与取样点100 m半径范围内的景观连接度呈正相关,8月步甲群落个体数和500 m半径范围内的景观连接度呈负相关;5月玉米地中捕食性步甲群落不论是个体数还是物种数均与取样点100 m半径范围内景观连接度呈正相关,而8月捕食性步甲的物种数则与100 m尺度范围内的半自然生境的类型数呈负相关.可见,景观连接度、半自然生境的类型数对步甲及其中捕食性步甲群落动态的关键季节的多样性状况有显著影响,合理规划农田半自然用地类型组成、增加景观连接度可促进步甲群落多样性保护及其害虫生物控制功能的发挥.     

焦作市景观生态规划研究

运用景观生态学原理,借助于地理信息系统技术,根据焦作市实际情况,将其景观构成要素分为耕地、园地、林地、居民点及工矿用地、水域和其它用地6个景观类型,采用景观多样性、景观优势度、景观破碎度和景观分离度等指标进行定量分析,归纳焦作市景观空间格局特征,提出焦作市景观生态规划的方案.焦作市的景观总体布局模式为：市域保留4~5个大型自然植被斑块,市区规划小型绿地斑块,生态廊道将大小绿地斑块联系起来,维持城市生态系统良性循环;适当合并居民点,形成以市区为中心,其外侧有博爱区、沁阳市等7个市、区的组团式城市群,通过快速干道相连,形成相对独立、相互依存、有机联系、协调发展的网络城市格局;城镇斑块镶嵌于以耕地、林地为背景的基质之中,以道路廊道、绿地廊道、水系廊道相连接,有利于保持物种多样性和景观异质性,改善城市生态环境.     

南四湖湿地景观格局脆弱度的时空分异特征

选取南四湖湿地1985、2000年Landsat 5 TM及2015年Landsat 8 OLI遥感影像为数据源,利用敏感度指数和适应度指数构建景观脆弱度指数,结合半变异函数和空间自相关等空间统计学方法,探究南四湖湿地景观格局脆弱度的适宜研究尺度及该尺度下脆弱度的时空分异特征.结果表明:1 km"1 km等间距网格能消除随机因素对各景观指数值的影响,为适宜研究尺度.1985—2015年,南四湖湿地整体景观格局脆弱度呈恶化趋势,较高、高脆弱度范围随时间显著扩张.脆弱度空间异质性上升,受非结构性因素的影响增强,由空间自相关引起的空间变异略有减弱.脆弱度全局空间正相关性较强,呈空间集聚模式,且集聚现象日趋明显;局域自相关以空间局部聚集为主,高-高区的显著性水平最强,低-低区的显著性随时间增强.气温、降水等自然因素影响湖区景观格局脆弱度的空间分布,社会经济活动、政策体制等人为因素是脆弱度恶化的主要原因.     

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.     

基于光纤测温技术的城市地表温度精细化分析

城市景观空间构型与热岛效应关联性较强,研究高时空分辨率的城市不同下垫面地表温度变化,可以更加精细地掌握城市热环境的时空特征。光纤温度传感系统具有实时在线、测温精度高和不受电磁干扰等优点,具备实时、在线、连续开展城市地表温度在线监测的能力。在北京市通州某园区内,选择有太阳辐射的4个时段,对多种类型下垫面的地表温度进行了时间间隔为1 min、空间间隔为1 m的连续4 h、总长度为100 m的实时在线监测。通过对监测时间段内不同类型下垫面地表温度的变化分析,发现这种分布式光纤测温系统能够有效辨识小尺度下地表温度的时间变化性和空间变化性,能有效区分透水和不透水地面,并监测和评估沥青马路地表温度的升温速率以及遮荫效果对地表温度的降温作用。同时,这种监测模式获取的数据能够对地表温度空间序列开展自相关分析,进一步验证了地表温度空间序列在较小尺度上仍然具有自相关性,且距离越近,相关性越大。研究同时表明,光纤测温技术能直接地获取城市热环境的现场真实数据,可以有效应用于小尺度城市热环境的观测与研究。     

北京平原造林后景观格局与热场环境的耦合分析

在人类积极的土地利用调控下(植树造林),研究景观格局变化对城乡热场环境的影响,可为今后的城市造林工程建设与优化提供参考,并为未来景观格局与热场环境的相关研究提供新视角.本研究以北京平原区百万亩造林项目为背景,运用遥感技术和地理信息系统,利用矩阵转移及耦合分析,评估平原造林对城市热场环境的实际作用,探究因城市造林工程引起的景观格局变化与城市地表温度变化的相关关系.结果表明: 北京平原造林工程后,森林和公园的面积比例分别增加了7.6%和0.5%;平原区有19.2%区域热场强度降低,其中,城郊有23.3%区域的热场强度减弱,但仍有23.5%的城市区域存在热场增强的情况;在城乡尺度上,森林和公园面积比例、森林和湿地的平均斑块面积(MPS)与地表亮温(LST)变化呈显著负相关;在城市市区,森林的面积加权平均形状指数(AWMSI)与LST变化呈显著正相关;在城郊区域,森林的MPS和AWMST与LST变化均呈显著负相关,而公园则相反.北京实施平原造林工程后,增加的城市森林和公园对城市热场的缓解有一定作用,但范围有限,主要集中在城郊区的造林点周围,且森林与湿地越集中,越有利于热场的缓解;受研究粒度、时相、地形、人类活动等因素影响,土地利用结构调控引起的景观格局变化与地表温度变化之间存在非线性相关.     

基于MSPA模型的新型城市热景观连通性分析

基于土地利用景观格局对城市热岛效应的影响研究较多,但准确识别对城市热岛效应具有重要影响的关键斑块和节点方面的研究亟待开展。以新型中小城市株洲云龙示范区为例,以城市热岛网络构建为切入点,应用形态学空间格局分析(Morphological Spatial Pattern Analysis, MSPA)与景观连通性模型识别城市发展进程中核心热景观斑块和关键节点,并分析其时空演变特征。研究结果表明：(1)2007—2018年云龙示范区热岛斑块趋于集中,热岛面积较研究初期有明显增加,从地表温度空间分布上体现为城区与周边农村的温度对比更加鲜明,表明城市化进程中建设用地呈聚集扩散趋势。(2)研究期间热岛核心区占热景观面积比最大,且比例有明显上升趋势。而边缘、支线、孤岛、桥接、环线以及孔隙形态类型面积占比均呈现出不同程度的下降趋势,表明热岛斑块之间聚集程度不断提高。(3)识别出景观连通度重要性值较高的前20热景观斑块,其中前3斑块的重要性值和面积占比较大,属于极重要与重要两个热岛核心斑块重要性等级,值得重点关注与优化。(4)对重要性值高的热岛核心区域可优先采取降温措施,可以打断节点之间连接减缓整个区域...