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。