上海地表热环境演变趋势城乡分异及其对城市更新的响应

快速而广泛的城市化过程对城市热环境产生了深刻影响，全面了解城市化进程如何影响城市热环境演变及其趋势差异对于城市生态安全、环境质量及居民健康等具有重要意义。本研究基于MODIS Aqua卫星2002—2020年夏季逐日白天地表温度产品，结合遥感植被指数和不透水面覆盖信息，使用归一化地表温度和热岛比例系数作为地表热环境衡量指标，利用M-K趋势检验和解释度分析，探究上海市城市化进程中夏季地表热环境演变趋势的城乡差异及其对城市空间更新的响应。结果表明：2002—2020年，上海市地表温度线性增长率为0.09℃·a^-1,热岛比例系数呈先上升(2002—2010年)后下降(2010—2020年)的变化趋势。上海市夏季平均地表温度总体呈现中心城区>新城区>农郊区的特征。2002—2020年，1.6%的区域表现出显著降温趋势，其中54.0%分布在中心城区；39.5%的区域表现为显著增温趋势，其中77.6%分布在新城区。上海高度城市化的中心城区出现集中的显著降温区域，而在其他区域尤其是新城区表现为显著增温趋势。上海从城市扩张向城市空间更新的转变是中心城区出现集中显著降温...     

基于GEE的长江经济带城市群热岛特征及影响因素

遥感技术能够客观、定量地评价地表城市热岛强度的时空变化，分析城市热岛的影响因素，为城市生态建设提供有效的科学参考。本研究基于GEE(Google Earth Engine)平台，以长时间序列的MODIS卫星资料为基础数据源，使用城乡二分法估算长江经济带2003—2019年的城市地表热岛强度，再利用城市热场变异指数评价生态环境，并利用地理探测器进行城市热岛成因分析。结果表明：长江经济带5个城市群2003—2019年全年平均气温为22.78℃,白天为23.91℃,夜间为7.59℃,平均温度整体上均呈上升趋势，分别为0.02、0.02和0.006℃·a^-1。长江经济带5个城市群17年无热岛占比最高，弱热岛和弱冷岛占比次之，强热岛占比最少，且城市热岛全年、白天和夜间都呈现下降趋势。长江经济带整体的生态评价为优。地理探测器因子探测表明，DEM、土地覆盖类型、O₃是长三角城市群热岛效应的主控因子；蒸散发量、紫外线气溶胶吸收指数、人口密度是长江中游城市群热岛效应的主控因子；归一化植被指数、夜间灯光指数、土地覆盖类型是成渝城市群热岛效应的主控因子；归一化植被...     

珠三角城市群地表热环境与生态系统服务价值解耦的时空特征

珠三角城市群是我国城市化高度发展的区域,城市化气候效应尤其是热岛效应对城市生态系统及其生境产生重大影响。本研究基于2000、2005、2010、2015和2019年MODIS地表温度(LST)数据和土地覆被数据,定量测度地表热环境和生态系统服务价值(ESV),并借助解耦分析模型,分析珠三角城市群2000—2019年LST与ESV之间的解耦状态,揭示两者之间的权衡关系,进而对城市群内部LST与ESV之间协同状态的时空分异进行分析。结果表明: 2000—2019年,珠三角城市群地表热环境空间格局时序变化相对稳定,但呈现出核心区高位波动、外围区低位波动的空间分异;珠三角城市群ESV呈现空间分布稳定而时间序列下降的趋势,城市群区域内9座城市ESV降幅均超过9%;珠三角城市群地表热环境与总体ESV,以及与供给、调节、支持服务价值之间呈现的解耦状态以弱负解耦和强负解耦为主,显示出较为明显的权衡关系,表明珠三角城市群生态系统仍然受到城市化环境特征的显著影响,解耦状态的时空分异与城市化水平在城市群内部的空间分异有关。珠三角城市群未来生态政策的制定须考虑城市群内部城市化水平差异以及城市化环境特征与生态系统之间的权衡状态的分异,精准制定生态管控和修复方案,提高生态规划效率和实施效果。     

成渝城市群城镇化的热岛效应

热岛效应是城镇化对生态环境的重要影响之一,科学评价城镇化过程中热岛效应的时空变化对于新型城镇建设具有重要意义。成渝城市群位于中国西部,是由成都-重庆2个特大城市,以及14个大、中、小城市组成的城市群,近年来城镇化的快速发展,使得热岛效应日益突出。本研究利用MODIS/Terra卫星2000—2010年的逐月地表温度数据,计算成渝城市群内16个城市城区和城市郊区的平均温度之差,进而分析城市群的热岛效应。结果表明:(1)成渝城市群存在较为明显的四季和昼夜的热岛强度差异;(2)特大城市重庆市和成都市的热岛效应明显强于其他大、中、小型城市,城市群内建成区规模与城市日间热岛强度呈显著的相关性;(3)2000—2010年所有城市的热岛效应呈减弱趋势,10年间热岛强度下降0.3℃。老城区热岛强度10年间平均上升0.21℃,其中日间热岛强度变化较小,夜间热岛强度呈显著上升趋势。     

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。     

京津冀城市群热岛定量评估

在采用城乡二分法估算区域范围内多个城市地表热岛强度(Surface Urban Heat Island,SUHI)时,如何选择城镇化影响最小的周边乡村背景是一个技术难点,提出了一种基于地形、土地利用、植被覆盖和城市夜间灯光指数来确定乡村背景的SUHI估算方法,并建立了基于SUHI和热岛比例指数(Urban Heat Island Proportion Index,UHPI)的城市热岛强度定量评估方法。利用上述方法,基于长时间序列MODIS和NOAA卫星资料,开展了京津冀城市群11个平原城市热岛时空变化分析与评估,并开展了社会经济驱动因子对城市热岛大小的影响评估研究,同时结合未来京津冀一体化发展提出相应参考建议。研究结果表明:(1)建立的SUHI估算方法能有效监测城市群热岛年/季和昼/夜变化,近5年(2010—2014)年均SUHI≥3℃的热岛总面积1926km~2,但在热岛最强的夏季白天可达7386 km~2(占行政区域面积的5.8%);排名前四的分别是北京(2351 km~2)、天津(1883km~2)、唐山(889 km~2)和石家庄(611 km~2),显示出超大、特大城市及资源性城市贡献了大部分城市群热岛面积;各中心城区平均SUHI和UHPI分别为3.0℃和0.61,热岛评估达到较严重等级以上的城市占到73%,表明当前城市群整体热岛处于严峻现状;(2)1994、2004年和2014年夏季白天城市群强热岛面积分别为190、1975、4539 km~2,各中心城区平均SUHI分别为1.2、2.6、3.2℃,UHPI分别为0.29、0.58和0.69,热岛评估等级分别为"一般"、"较严重"和"严重"等级,反映了20年来京津冀城市群热岛迅速增强增大事实;(3)各城市年均热岛面积增加2—86 km~2/a,强热岛面积增加主要发生在超大城市,北京、天津强热岛区之间的最短空间距离从1994年的94 km逐步缩减到2014年的52 km,未来存在形成"京津区域热岛群"的可能,建议在京津之间建立"绿色生态屏障"来消除这种可能性;(4)城镇人口数、国内生产总值和用电量都极大地影响着京津冀城市热岛大小,拟合模型决定系数R2分别为0.9097、0.912和0.9661,意味着在未来京津冀一体化城市发展中可采取控制城市人口规模、减少能源消耗等措施减缓热岛效应。     

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。     

福州主城区绿色空间演化的热环境效应差异

以福州主城区为研究对象,从时间和空间尺度两方面,基于Landsat遥感数据提取了土地利用类型,并在此基础上反演了地表温度,分析了城市化进程中城市绿色空间演化所引起的地表热环境效应特征。结果表明:1993—2013年,福州市的土地利用/覆盖发生显著变化,城市绿色空间(林/草地、水体和湿地)面积减少,建设用地面积大幅度增加;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正贡献,绿色空间表现为负贡献;不同绿色空间类型的降温差异明显,表现为水体湿地林/草地;不同绿色空间的演化过程产生了多样化的温度效应格局,绿色空间损失区引起的温差最为显著,交换区和扩张区引起的温差略高于不变区域;通过温度植被指数的模型构建,定量评估了不同绿色空间类型的演化方向与演化效应的关系。研究结果可加深对不同绿色空间类型对城市热岛效应缓解作用的认识,为河流沿岸城市不同的绿色空间保育提供有益借鉴。     

京津冀城市群土地利用变化对地表径流的影响

城市化的显著特征之一是地表景观格局被人为改变,大量硬化地表覆盖、取代了原本自然或半自然的土地覆盖类型,极大地干扰了区域水文循环过程。其中,最直接的体现是对地表径流过程的影响。城市群作为当前我国城市化的重要模式,其聚集连片的扩张模式,对区域地表径流过程的干扰尤为严重。以京津冀特大城市群为研究区域,应用长期水文影响评价模型(L-THIA),以1980、1990、2000、2010、2015年5期土地利用数据、土壤数据以及1950—2015年逐日降雨数据为输入,模拟计算了不同土地利用/覆被格局对多年平均地表径流量的影响。结果表明,(1)经过率定的L-THIA模型能够较为准确地模拟京津冀城市群地区的地表径流分布特征,模型模拟误差在±10%内;(2)1980—2015年,京津冀城市群地区不透水地表面积急剧增加,其净增长值为12690.14 km~2。北京与天津等超大城市不透水地表面积增加最明显;(3)随着土地利用格局的变化,京津冀地区地表径流量呈逐年增长趋势。1980—2015年,京津冀城市群地区地表径流量的绝对增长值为17.84亿m~3,增幅11.83%。其中,1990—2000年及2010—2015年期间地表径流年均增长率较大,分别为0.36%与0.46%。对地表径流贡献较大的土地利用类型为耕地和不透水地表,其5期土地利用情景下的平均产流占比分别为35.38%、22.71%;(4)城市尺度上,不同城市的标准化年均径流深(NAARD)存在较大差异。天津、石家庄的产流能力较强,承德、衡水等城市的产流能力较弱,北京市的标准化年均径流深处于中等水平。另一方面,不同城市标准化年均径流深增长规律也存在较大差异。1980—2015年,天津市的NAARD增长最多,承德市增长最少,北京市的NAARD增长处于中等水平。本文对于京津冀城市群水文过程的时空演变研究以及国土空间优化指导具有参考意义。     

基于城市控制性详细规划的热岛效应评价

随着城市规划法律地位的提升,控制性详细规划在指导土地出让、规范城市建设空间结构方面发挥着越来越重要的作用.在控规单元尺度上理解各项控制指标的热岛效应,在控规地块尺度上进一步揭示控制指标组合的“热环境绩效”,对于定量评价控规的热环境效应、提出缓减热岛的控制措施具有重要意义.本文利用遥感Landsat8 TIRS热红外遥感数据反演的地表温度来表征热岛效应,结合统计分析与GIS空间分析技术,定量评价城市控制性详细规划主要技术经济指标及其配置结构的热岛效应.结果表明: 绿地率、地块面积、建筑密度、建筑高度在控规单元尺度上对地表温度具有显著影响.通过构建三维模型发现,控规地块对热环境影响最小的组合为绿地率30%,容积率2.5～3.5.研究结果为城市控制性详细规划的优化提供了新的视角.     

Ecology and urban planning

Urban areas harbour diverse nature ranging from semi-natural habitats to wastelands, parks and other highly human-influenced biotopes with their associated species assemblages. Maintenance of this urban biodiversity for the residents and for its intrinsic value in the face of increasing population and expanding cities requires that ecological knowledge should be better integrated into urban planning. To achieve this goal understanding of ecological patterns and processes in urban ecosystems is needed. The first step in the necessary urban ecological research is to find out what kind of nature exists in cities. Second, knowledge about ecological processes important in urban nature is required. Although ecological processes in cities are the same as in rural areas, some of them, such as invasion by alien species, are more prevalent in urban than in rural conditions. Third, based on ecological knowledge, management schemes maintaining the diversity of urban nature should be designed. These procedures should also include protection of urban nature, e.g. in urban national parks. Finally, as ecology alone cannot provide the complex information about human influence on urban ecosystems, interdisciplinary research involving natural and social sciences is imperative for a holistic approach to integrating ecology into the process of urban planning.     

长三角城市群碳排放与城市用地增长及形态的关系

城市是一种重要的碳源,城市扩张过程中的用地面积增长和空间特征变化均会影响城市碳排放。分析1995—2015年长三角城市群碳排放重心转移,查明碳排放和城市用地增长的脱钩状态时空变化,并通过构建面板数据模型探究城市形态对碳排放的影响,得出以下结论:(1) 1995—2015年长三角城市群碳排放重心经历了西南向-西北向-东南向-西北向的转移过程,这种转移过程与其相应时期内部分城市的工业发展与产业结构调整有关;(2) 1995—2015年,长三角城市群碳排放与城市用地增长的脱钩状态存在着显著的时空异质性。研究区由以扩张负脱钩为主变化为以弱脱钩为主,2005年以后,区域之间的脱钩差异开始缩小,总体来看研究区脱钩状态趋向于同质。至2015年,近70%的城市已达到了脱钩,其中上海等城市实现了强脱钩;(3)连续完整的地块在区域内的主导程度会对城市碳排放产生负向的影响,而城市用地斑块的破碎化程度和聚集程度对碳排放有着正向的影响,且相对而言,聚集程度的正向影响更为显著。     

城市露水及其生态效应研究进展

城市露水是一种不可忽视的凝结水资源和湿度来源,其生态效应研究具有重要意义。本文就近年来城市露水及其生态效应研究进展进行了综述,并着重论述了在城市生态环境影响下城市露水量、城市露水化学生态、城市露水研究模型构建、城市露水生态模拟、城市露水收集方法等方面的研究状况。城市露水的形成明显受城市大气环境的影响,表现为城市露水量减少,城市露水中的一些离子浓度偏高,其化学成分与城市大气环境相关等。城市露水生态过程的模型构建和露水的生态模拟工作已经开展,但非常有限。另外．文章指出了城市露水及其生态效应研究存在的问题。提出了今后城市露水及其生态效应的研究方向。     

近20年城市遥感研究现状及其发展趋势

随着城市化进程的不断加速,城市遥感研究已成为地理学、生态学、城市规划学等学科领域主要发展方向之一。城市化使人口与经济增长的同时,也使得城市原有的生态环境状况发生改变,从而引起了一系列城市生态环境问题。城市遥感是一门多学科交叉研究领域,近年来已经取得了一系列显著的研究成果。对近年来城市遥感研究涉及的城市地表温度、边界扩张、不透水表面、景观格局以及生态安全5个方面的理论、研究方法、应用动态以及发展方向进行了较为详细的总结与探讨。主要得出如下结论：（1）数据源从单个遥感数据研究走向多源遥感数据融合发展,多源遥感数据尤其是结合高分辨率数据越来越多的被应用到城市研究的各个领域中;（2）城市遥感的研究目标不断扩展、深化和聚焦;（3）城市遥感研究已开始从二维空间向三维空间拓展;（4）城市遥感涉及的研究对象之间相互作用,相互影响在深入解读城市遥感研究理论意义和潜在挑战的基础上,结合最新研究对本文所涉及的主题进行了补充和完善,为城市典型生态环境问题的解决提供新的思路;今后应按照城市形态与构成、城市关键要素、生态环境响应、生态环境评价以及城市扩展与环境预测的体系结构进行综合分析。     

中国城市森林研究现状及发展趋势

工业的发展与人口剧增使城市环境不断恶化 ,引起人们对生活空间质量日益关注与重视。城市森林作为解决城市环境问题的有效途径而得到广泛研究。为推进城市森林的进一步研究 ,本文阐明了城市森林的概念、性质、分类及范围 ,并从城市森林的研究方法、结构、功能、维护管理与规划建设等几方面 ,对我国城市森林的研究现状、存在的问题及发展趋势进行了探讨。     

From the urban metabolism to the urban immune system

Urban areas face mounting risks from many sources. Cities pursue myriad tactics to resist, recover from and adapt to shocks and stresses, but little is known about how these approaches relate across the scales of a city nor how cities compare in their abilities. Part of the challenge in addressing these gaps is that the risk to cities is typically studied with an emphasis on one or a few hazards or through the lens of a singular sector. This paper proposes a framework, dubbed the Urban Immune System (UIS) to coalesce and expand industrial ecology research on urban risk management. In the same way that Urban Metabolism (UM) is a unifying framework for urban environmental sustainability, UIS can be a unifying framework for urban resilience, especially related to climate change. Herein, UIS is defined, its many capabilities are dissected and linked to disparate studies; and opportunities for application of the concept are provided. The paper concludes by examining the relationship between UIS and climate change and by identifying those attributes of the UIS that are expected to be of increasing importance under climate change.     

辽宁中部城市群城市增长时空格局及其驱动力

基于1988、1992、1997、2000和2004年5期Landsat TM卫星遥感影像数据,采用GIS空间分析和景观格局分析的方法,分析了辽宁中部城市群城市增长的时空格局特征,并对其驱动力进行了探讨.结果表明: 1988-2004年间,辽宁中部城市群城市面积持续增加,增长强度逐渐增强, 城市面积由812.55 km²增至1345.86km², 平均增长速率为32-96 km²·a^-1;1997年以后,城市增长强度迅速增大,以1997-2000年的城市扩展强度最大;辽宁中部城市群的城市增长主要集中在中部城镇密集带.1988-1997年,研究区城市面积的增长速度较慢,空间结构紧凑,以边缘增长和填充增长为主;1997-2004年,城市面积增长较快,表现为扩散的城市增长格局和复杂的城市斑块形状,以开发区的飞地式增长和扩散增长为主.非农业人口增长、经济增长、城市群城市空间的相互吸引、工业发展与开发区建设政策等因素是辽宁中部城市群城市空间快速增长的主要驱动力.     

北京城区医院绿地林木树冠覆盖与城市森林结构分析

城市森林对人体健康的促进作用已经得到广泛的证实,医院是城市人流最聚集,生态健康需求最迫切的地区之一,急需加强对医院城市森林现状以及建设潜力的研究工作。利用2013年7-9月份0.5m分辨率的World View 2遥感影像以及基于面向对象解译平台eCognition软件解译得到的2013年北京市城区树冠覆盖栅格与矢量图,并结合实地调查,对北京城区医院绿地林木树冠覆盖与城市森林结构进行分析。结果显示：医院总体林木树冠覆盖率为18.59%,潜在树冠覆盖率为1.55%;无论是现实还是潜在林木树冠覆盖率,三级医院均高于二级医院;各环路现实树冠覆盖率表现为：五环-六环外1km（19.15%） > 三环-四环（13.03%） > 二环-三环（11.64%） > 四环-五环（11.18%） > 二环内（8.16%）,潜在树冠覆盖率表现为五环-六环外1km（0.03%） > 四环-五环（0.01%）,其他各环路均为0;六个行政区间现实树冠覆盖率表现为：石景山区（24.49%） > 海淀区（21.67%） > 朝阳区（20.11%） > 丰台区（19.43%） > 西城区（13.52%） > 东城区（10.55%）,各行政区潜在林木树冠覆盖率值几乎均为0;本次调研共记录到植物62种,分属于33科54属,其中乔木层树种中雪松（Cedrus deodara）、紫玉兰（Magnolia liliflora）、银杏（Ginkgo biloba）的重要值以及应用频度较高;灌木层树种中榆叶梅（Amygdalus triloba）、石榴（Punica granatum）、金银木（Lonicera maackii）等观花观果树种重要值以及应用频度较高;医院城市森林群落的平均密度为55株/hm²,平均胸高断面积为2.23m²/hm²;平均胸径、冠幅、树高分别为17.69cm、4.65m、6.60m,树种规格整体较小。     

景感生态学在城市生态系统服务中的应用研究——以城市公园景观设计为例

城市生态系统服务和可持续发展是当前城市生态学研究的热点问题。景感生态学作为联系生态系统服务和可持续发展的桥梁,可作为研究城市生态系服务和可持续发展的一种有效途径。随着社会发展所伴随的人们经济生活的生活压力增大,城市居民的亚健康状态日益突出。城市公园作为城市生态系统的重要构成,其设计目的应考虑应对城市居民健康问题和促进人类精神文明建设方面的作用。以城市公园景观设计为例,从园路、建筑、植物、水体景观和小品等方面探讨景感生态学在城市公园景观设计中的应用价值。景感生态学作为探索城市公园景观设计的新思路,以实现生态效益和居民福祉的提升,丰富和提升城市公园的生态系统服务功能,从而有利于促进为人类当代和后代提供可持续的福祉,以期驱使人类行为和言行规律朝着对生态系统有益的方向演化,自觉维护和改善生态系统服务,从而可持续地保障城市生态系统服务。     

城市生态学自然模拟实验研究进展

自然模拟实验,通过适当控制影响因素研究自然状态下生态系统变化,已经越来越受到生态学家的欢迎。新兴的快速发展的城市生态学越来越多的采用自然模拟实验方法。研究从城市生态学的实验设计方法(如人工梯度、自然梯度和城市建设实验)、环境因子(如空气污染、热岛、灯光和地表硬化)生态效应和生态系统(如社区、绿地、绿化屋顶和集水区)响应等方面,分析了国内外大量城市生态学自然模拟实验的研究案例,并总结了城市生态学自然模拟实验的特点,指出了城市生态学模拟实验应该考虑的主要问题,并提出未来主要发展方向：(1)多种环境因子复合影响模拟实验研究,(2)生态系统结构和功能响应模拟实验研究,(3)近自然的长期模拟实验研究,(4)大范围的联网模拟实验研究和(5)面向城市生态恢复和建设的模拟实验研究。希望研究能够为推进我国城市生态学的实验研究起到抛砖引玉作用。