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。     

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。     

沿海河谷盆地城市热岛时空特征及驱动机制

针对以往热岛研究中缺少自然-人文多维因子组合作用的成因分析,基于landsat TM/OLI遥感影像反演福州市1991、2000及2013年河谷盆地亮温热场,并利用主成分多元回归方法探讨DMSP/OLS夜间灯光、交通密度、地表非渗透面、地面高程、地表植被、水体等多维因素对城市热岛的综合影响及联动关系。研究发现:11991—2013年盆地热岛辐射范围不断蔓延,老城区成为热岛核心区,呈中心向外辐射并沿江扩展态势,盆地"溢出"现象显著;2盆地内平原-山地温差达10—14℃,热岛面积出现两极分化,23年间热岛面积共增加226.9km~2,其中高温区面积增长四倍,年增长率最大(7.50%);3夜间灯光、交通路网密度、地表非渗透面、地表植被、地面高程及水体每变化1个单位,温度将分别变化0.430、0.418、0.103、-0.031、-0.469及-0.096;4人文促进作用大于自然抑制作用,综合作用下盆地升温0.35个单位;5相比地表非渗透面,夜间灯光与交通密度对热岛的增温贡献更为显著;地面高程主导降温作用,其次为水体与地表植被,后两者作用之和仅为地面高程的27%。福州盆地当前的生态环境并不足以缓解城市未来进一步发展而导致的热岛加剧,当保持城市现有发展规模且自然作用进一步增加60%时,降温抑制作用才会明显。     

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...     

全球四大湾区生态环境综合评价研究

全球四大湾区既是经济发达区,也是生态环境脆弱区,对全球可持续发展至关重要。粤港澳大湾区的生态环境问题正在限制其可持续发展,有碍于全面建成国际一流湾区目标的实现。然而,过去的研究对生态环境方面关注较少,缺少湾区生态环境综合评价体系的构建。通过综合国内外统计和遥感多源数据,建立四大湾区生态环境评价数据库;围绕生态质量,环境质量和资源利用效率建立指标体系,构建湾区生态环境综合评价指数。结果表明：2015年,生态环境综合评价,东京湾区 > 旧金山湾区 > 纽约湾区 > 粤港澳大湾区;生态质量,纽约湾区 > 旧金山湾区 > 粤港澳大湾区 > 东京湾区;环境质量,旧金山湾区 > 东京湾区 > 纽约湾区 > 粤港澳大湾区;资源利用效率,东京湾区 > 旧金山湾区 > 纽约湾区 > 粤港澳大湾区。2005-2015年,粤港澳大湾区环境质量增速缓慢,在生态质量和资源利用效率增幅排名首位。旧金山湾区和纽约湾区优势在生态和环境质量,短板在资源利用效率;东京湾区在资源利用效率方面优势明显,短板在生态质量;综合来看,粤港澳大湾区与其他湾区都存在差距。研究建议粤港澳大湾区从生态空间、生态环境治理和资源利用方面,吸取发达国家湾区的经验。     

粤港澳大湾区海岸带生态系统修复框架

粤港澳大湾区是全球四大湾区之一,也是我国重要的战略发展区,具有极强的开放性、经济性、生态性、社会性、海洋性和系统性特征,具有重要的理论和实践研究价值。海岸带生态系统是粤港澳大湾区重要的生态系统类型之一。受快速城市化的影响,粤港澳大湾区海岸带生态系统存在诸多问题,这些问题已成为影响陆海生态安全的重要因素。海岸带生态系统修复是国土空间生态修复的重要组成部分之一。为加快促进粤港澳大湾区海岸带修复,在分析粤港澳大湾区海岸带主要类型与特征基础上,通过剖析其现状海岸带生态修复存在的主要问题,依托山水林田湖草海生命共同体和陆海统筹等系统理念,提出粤港澳大湾区海岸带生态系统修复框架设计思路。基于粤港澳大湾区海岸带生态系统受植被、湿地、水文地质、人类活动、经济发展水平、产业发展特征、香港和澳门特别行政区等影响因素,构建了粤港澳大湾区海岸带生态系统分区、分类、分级修复框架,形成了由珠三角核心区、粤港澳大湾区、珠三角滨海城市群、珠江流域构成的粤港澳大湾区"一核一区一群一流域"海岸带生态系统修复新格局。在此基础上提出了粤港澳大湾区海岸带生态系统修复"十条"。以流域作为生态修复治理的基本单元,将影响海岸带生态系统平衡的多种因素进行分类整理,从生态系统整体性和流域系统性出发,坚持水陆联动、陆海统筹,实施以水为核心的山水林田湖草海一体化修复,从而实现粤港澳大湾区海岸带生态系统修复新目标。通过优化湾区海岸带生态环境,维护湾区海岸带生态平衡,提高湾区海岸带生态安全格局,进而促进粤港澳大湾区的可持续发展和生态文明建设。     

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.     

气溶胶光学厚度和不透水地表覆盖度对城市热岛强度的影响——以关中地区为例

城市热岛效应（UHI）是人们最为关注的城市生态环境热点问题之一,城市热岛及其影响因子的研究对生态城市建设具有重要意义。利用城市热岛足迹（UHI FP）、局部G^*指数、Pearson相关系数以及气溶胶定量归因分析法研究了气溶胶光学厚度（AOD）和不透水地表覆盖度（ISP）对城市热岛的影响。研究结果表明：在2000-2018年间,关中地区西安及咸阳（西咸）城区的白天/夜晚城市热岛足迹均有显著增加,城市热岛效应逐年增强。西咸白天/夜晚城市热岛足迹范围比宝鸡市大,城市热岛现象更为明显。西咸城区夜晚热岛足迹范围内被地表温度（LST）高值所占据,夜晚城市热岛效应比白天更明显。宝鸡市虽然热岛足迹范围增减幅度不大,但足迹内白天/夜晚LST次热区面积逐渐增大,城市热岛效应日趋增强。西咸、宝鸡市城区的夜晚城市热岛强度（ΔT）与不透水地表覆盖度呈显著正相关关系,与城乡气溶胶光学厚度之差（ΔAOD）呈明显负相关性。西咸城乡ΔAOD为负,对城市热岛强度的平均贡献度为（0.41±0.14）℃;宝鸡市城乡ΔAOD为正,其平均贡献度为（-0.26±0.25）℃。综上所述,城市不透水地表面积的扩张会使城市热岛效应进一步加剧,西咸与宝鸡市城区气溶胶浓度的增加会抑制城市热岛的形成,但综合其他因子的影响作用,西咸与宝鸡市城市热岛强度仍在逐年增加。     

基于景观格局的常熟市地表热环境季节变化特征

随着城市化进程的加快,城市热岛越来越受到人们的关注,但多数研究集中在超大和大型城市,而对中小城市的研究较少。随着城镇化发展,中小城市的生态环境问题也逐渐成为关注的焦点。本文以长江三角洲地区常熟市为研究对象,利用Landsat-8数据分析了城市热岛的季节变化特征,并结合同年份的土地利用类型数据,从景观格局角度分析不同用地类型对城市热岛的影响。结果表明:水体、湿地、林地等用地对城市热岛的影响存在阈值,超过该阈值后影响不再显著。城市热岛的季节变化分析表明,常熟市冬季热岛强度最大,水田、旱地的暖岛效果明显;而夏季热岛强度最小,水体的冷岛效果明显,表明常熟地表热环境较佳。利用地理探测器方法对建设用地温度的影响因子分析表明,不同土地利用类型交互作用影响建设用地的地表温度,其中夏季水体的影响最大,而冬季旱地的影响最大。研究结果可为常熟市生态环境建设提供重要的参考依据。     

2003-2011年夏季北京城市热景观变化特征

自北京城市总体规划(2004—2020年)以来,城市化快速发展,强烈的人类活动改变了城市的热环境。基于2003年、2007年和2011年夏季同时期的TM遥感卫星影像,采用遥感反演地温的方法,运用RS、GIS以及景观分析工具,对北京城市六环内的热场和热岛变化特征进行了分析。分析结果表明,2003—2011年北京城市六环内的热场分布特征发生了很大变化,2003年城市各环线内的植被覆盖度最低,但是夏季城市的地表辐射亮温分布差异相对较小,热岛特征也并不十分明显,随着城市建设规模扩大和用能的增加,到2011年,尽管城市植被覆盖度提高很快,但城市和城郊的温差达到最大,城市热岛在不断增强,热场向城市中心集聚趋势明显。通过城市热岛等级类型的景观指数分析表明,2011年的高等级的热岛斑块分布范围和强度都明显提高,而且城市五环内高等级的热岛范围基本连成一片。由于城市人类活动的加剧各热岛等级斑块的形状更加复杂。在景观水平上的分析显示,2007年的热景观斑块类型多,在六环内的分布均匀,破碎化程度高,至2011年,景观斑块的蔓延度逐渐下降,低等级的热岛斑块优势度逐渐降低。研究结论可以为城市管理决策部门制定有效的热岛效应缓解措施提供理论依据。