基于遥感的植被覆盖变化景观分析——以北京海淀区为例

提出了基于土地利用分类的植被覆盖度计算的亚象元模型,针对不同的植被覆盖类型,综合利用“等密度模型“和“变密度模型“计算植被覆盖度,使其能有效地从遥感数据中提取植被覆盖信息。在GIS的支持下,应用该模型对北京海淀区1975年、1991年和1999年5月份植被覆盖度进行计算,并着重对其景观变化过程进行了分析。研究结果表明：1975至1999年来,海淀区植被覆盖整体表现为增加趋势,但空间格局分布不均衡,全植被覆盖区和高植被覆盖区过分集中在西北部狭长地带,东南部则多为低植被覆盖区,反映出北京海淀区土地利用的结构特征。     

2000-2011年黄土高原植被景观格局变化

在RS和GIS技术的支持下,利用遥感数据MODIS NDVI提取植被覆盖度,运用景观生态学的分析方法,对黄土高原近12年不同时段(2000-2003年、2004-2007年和2008-2011年)以及夏季不同时期(初夏、盛夏和暮夏)的植被景观格局变化进行研究.结果表明:(1)近12年黄土高原的植被覆盖度在景观水平上,破碎度和复杂度在初夏时期呈先增后减的趋势;而在盛夏和暮夏时期整体趋于复杂化,景观优势度、最大斑块的聚集度降低,多样性先增后减,景观连通性无明显变化.(2)在类型水平上,年际变化主要表现为中低度、中度覆盖向中高度、高度覆盖类型的转化,而低度覆盖呈先增后减的变化趋势,变化幅度较小,约为3％～5％;季节内变化主要表现为低度覆盖持续减小,中度、高度覆盖类型在盛夏明显增大,最大增幅为9.76％,中低度覆盖类型在盛夏减小幅度最高,达13.77％,其他类型无明显变化趋势.研究结果揭示了黄土高原植被覆盖情况和景观格局变化规律,可为当地植被建设和生态环境保护提供参考.     

北京城市景观格局时空变化及驱动力

2004—2020年城市总体规划以来,北京经历了快速的城市化发展期,城市景观格局发生了很大变化。采用TM遥感影像为信息源,通过RS解译建立了2003、2007和2011年北京市土地利用覆盖空间数据,利用Fragstats对景观格局特征指数进行了计算和分析,分别从全市域和六环内城市化典型地区两个尺度研究了北京市城市景观格局时空变化特征,结合社会经济、城市总体规划和城市发展政策因素,分析了北京城市景观格局变化的驱动力因素。研究结果表明,过去近10年,市域景观特征发生了深刻变化,建设用地保持较快的增长速度,其比例由15.0%上升至18.0%,相反耕地面积比例由21.3%下降至18.8%。林地一直是市域的优势景观类型,比例维持在51%以上。而六环内城市化典型地区的景观变化更加明显,建设用地比例增加近10%,是六环地区的优势景观类型,耕地比例相应减少10%。建设用地的增长主要以耕地占用为主。景观格局指数的分析表明,大尺度和小尺度的景观格局变化表现出不同的特征,市域大尺度建设用地斑块破碎化程度高,景观蔓延度、聚合度下降,景观多样性增加;而小尺度六环内的建设用地斑块破碎化趋势降低,景观蔓延度和聚合度上升,但景观多样性下降迅速。大小两个尺度的景观空间形态均表现出复杂性增加的趋势。通过景观格局变化的驱动因素分析,人口规模的增加、产业结构调整、城市总体规划的实施以及城市发展政策的变化是导致景观格局变化的主要因素。     

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。     

1982-2012年中国植被覆盖时空变化特征

利用GIMMS NDVI、MODIS NDVI和气象数据,辅以趋势分析、分段回归以及相关分析等方法,分析了1982—2012年我国植被NDVI时空变化特征及其驱动因素。结果表明:(1)近30年我国植被NDVI呈缓慢增加趋势,增速为0.2%/10a;植被覆盖变化阶段性特征明显:即1982—1997年和1997—2012年植被覆盖均呈显著增加趋势,增速分别为1.2%/10a和0.6%/10a,均通过显著水平0.05的检验。(2)空间上,我国陕北黄土高原、西藏中西部以及新疆准格尔盆地等地区植被NDVI呈显著增加趋势;而东北地区的大、小兴安岭和长白山、新疆北部的天山和阿尔泰山以及黄河源和秦巴山区等地区植被NDVI呈显著下降趋势,其中东北地区和新疆北部山区下降尤为显著,说明近年来我国中高纬度山区植被活动呈下降趋势。(3)不同区域植被对气温和降水的响应存在差异,我国北方地区植被对气温具有较长的响应持续时间;而除云南外,南方地区植被对降水的响应时间存在1—3个月的响应时间,且随着滞后时间的延长,相关性逐渐增大。(4)我国植被覆盖增加是气候变化和人类活动共同驱动的结果,尤其是1999年之后人类活动影响逐渐加强。而我国东北地区和新疆北部山区植被覆盖的下降可能是由于该区降水减少所致,东南沿海地区植被退化则受城市化影响显著。     

1982-2003年贵州省植被覆盖变化及其对气候变化的响应

为了揭示贵州植被变化的基本特征及其对气候变化的响应,利用1982-2003年美国国家航天航空局(NASA)的全球植被指数变化研究数据(GIMMS NDVI)和相应的气候资料,通过对逐像元信息的提取和分析,运用回归和相关性分析的方法,研究了近22年来贵州植被覆盖变化及其与主要气候因子的关系.结果表明:1)研究区NDVI、温度和降水量均呈增加趋势,线性倾向率分别为0.001(10a)-1、0.302℃·10a-1、12.776 mm·10a-1;2)月平均植被NDVI随温度呈线性上升趋势;与月平均降水量呈显著的抛物线关系,降水量对植被NDVI的作用存在一个阚值;3)温度与NDVI的年际变化趋势较为相似,具有同步性,年降水量与NDVI的年际变化存在一定的滞后性;4)贵州省不同植被类型对气候变化有不同的响应特征,同时,气温变化较降水量变化对植被变化有更为显著的影响.     

深圳市福田区三维城市景观格局变化特征

城市景观是景观变化最快的类型之一,建成景观与绿地景观格局和功能的相互影响及空间配置是城市景观优化的核心。在紧凑型城市快速发展过程中,城市垂直方向增长成为主要扩展方式。如何定量分析三维城市景观格局变化,为城市景观优化提供科学依据还有待深入。选取深圳市福田区,以高分辨率遥感数据和建筑普查数据为基础,运用景观格局指数和景观连通性等方法定量分析建筑景观和绿地景观变化及空间影响。研究结果表明:(1)2003—2016年,福田区建筑景观主要表现为垂直向的立体扩展模式,新增建筑主要为高层和超高层建筑,建筑平均高度增加6.53 m,立体空间体积增加135.58×10~6 m~3,建筑密度仅增加2.42%,建筑景观高度差异逐渐增大,呈现出明显的三维空间异质性。(2)2003—2016年,建筑景观格局由"阶梯式"转变为"金字塔"形,受益于建筑景观的垂向增长,建成景观与绿地景观比例由1.20∶1调整为0.99∶1,建成景观减少4.03 km~2,绿地景观增加2.80 km~2。(3)建成景观的三维立体化释放了绿地景观用地空间,同时也限制了绿地景观的外部连通性,绿地景观连通性较低,大型绿地斑块间缺乏廊道连通,呈现孤岛化。研究可为城市景观空间优化和国土规划等实践提供科学依据。     

1980-2010年鄱阳湖地区土地覆盖与景观格局变化

以1980、2005和2010年鄱阳湖地区的土地覆盖数据为基础,采用GIS、RS及景观生态学的方法,分析1980-2010年该区土地覆盖及景观格局变化情况,并定量分析了土地覆盖类型变化度、斑块面积指数、斑块形状指数、边缘密度指数以及多样性指数等指标.结果表明：1980-2010年,研究区水田、内陆水体、常绿阔叶林和城镇建设用地不仅是该区域的主要土地覆盖类型,而且变化最强烈.总体上,内陆水体、城镇建设用地面积显著增加,水田和旱地面积有所减少.从景观格局变化来看,虽然鄱阳湖地区受到人口增长和经济发展的影响,其景观破碎度变化和景观多样性指数略呈下降趋势,但变化并不大,这反映出前期环境管理对于区域环境保护已经发挥重要作用,但仍然面临长期挑战.     

1980-2010年鄱阳湖地区土地覆盖与景观格局变化

以1980、2005和2010年鄱阳湖地区的土地覆盖数据为基础,采用GIS、RS及景观生态学的方法,分析1980-2010年该区土地覆盖及景观格局变化情况,并定量分析了土地覆盖类型变化度、斑块面积指数、斑块形状指数、边缘密度指数以及多样性指数等指标,结果表明:1980-2010年,研究区水田、内陆水体、常绿阔叶林和城镇建设用地不仅是该区域的主要土地覆盖类型,而且变化最强烈.总体上,内陆水体、城镇建设用地面积显著增加,水田和旱地面积有所减少.从景观格局变化来看,虽然鄱阳湖地区受到人口增长和经济发展的影响,其景观破碎度变化和景观多样性指数略呈下降趋势,但变化并不大,这反映出前期环境管理对于区域环境保护已经发挥重要作用,但仍然面临长期挑战.     

城市“源-汇”热景观变化及其空间作用强度特征——以深圳西部地区为例

城市热岛作为一种整体涌现性的地球表层系统环境问题受到地理学和景观生态学的广泛关注,基于空间异质性对城市冷热岛影响方面的研究初步揭示了城市热环境的形成机制,然而城市冷热岛在空间上是否存在相互影响及相互作用强度还有待研究。以深圳市西部城市区为例,应用地表温度和景观分类数据,通过构建二维矩阵识别"源-汇"热景观,并采用"源-汇"热贡献指数和空间引力模型等方法定量分析了城市"源-汇"热景观的演变过程,"源-汇"热贡献程度的时空分异特征,以及两者在空间上的整体相互作用强度及演变特征。结果表明：（1）1988-2019年,城市热源、汇在空间上呈现由包围到反包围的变化,热源景观呈现基质化,其面积增长210.45%;热汇景观则表现为破碎化趋势,其面积减少48.07%。与之对应的热汇景观地表温度与区域的平均温度的温差逐渐增大,从1988年的0.49℃上升到2019年的1.91℃。（2）源、汇对热环境的贡献规模呈增长趋势,热源景观的贡献程度会随着热岛规模从零星状向区域化的转变过程中提升,形成温度聚集效果;而热汇景观的贡献程度会随着冷岛规模的破碎化过程中被抑制。（3）1988-2019年"源-汇"热景观的作用对基本保持稳定,但总作用强度发生了显著的变化,30年间增长了8倍。从热汇景观一对多影响热源景观转变为热源景观一对多影响热汇景观,且作用强度也越来越强。研究发现城市热"源-汇"的空间相互作用强度与"源-汇"热景观的贡献程度有密切关联,因此控制热源景观规模和维护热汇景观规模对调控城市热环境,对提升城市居民生活质量有重要意义。     

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MOD1...     

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.     

粒度变化对城市热岛空间格局分析的影响

尺度是景观格局和生态过程研究中的关键问题。综合目前城市热岛效应研究来看,景观格局指数的引入极大推进了热岛格局的定量研究,然而其尺度效应仍未得到重视。由于热岛空间格局与形成过程的复杂性和人类认识的局限性,对其尺度问题有待深入讨论。基于Landsat TM影像反演地表温度,采用均值-标准差分类方法划分热力等级,对珠三角城市热岛格局特征的粒度效应进行了研究。结果显示:随粒度增加,弱势热力斑块类型下降,向相邻斑块转移;景观指数在类型水平和景观水平均受空间粒度影响明显,"临界粒度"现象明显;总体而言,粒度150 m是城市热岛格局特征的临界粒度,对热岛格局进行景观指数计算的适宜粒度范围为30—150 m;不同景观指数粒度效应曲线有所差异,其中斑块密度和平均分维数在两个水平指数上都有较强的规律性;根据各景观指数变化特征,研究区尺度域主要在(30 m,150 m),表明在该尺度范围内构建的热岛效应预测模型可经简单推绎后使用。分析热岛格局随空间粒度变化特征对了解热岛格局的形成机制及进行尺度推绎具有重要意义。     

热岛效应对植物生长的影响以及叶片形态构成的适应性

热岛效应是一种由于地表覆盖改变及人类活动导致的热量在城区空间范围内聚集的现象,是城市气候最明显的特征之一,随着越来越多的人口涌入城市以及伴随而生的超大城市的出现,城市热岛效应将更加凸显,这种环境温度的升高必将影响到各种景观园林植物的生理状态乃至形态结构。选取以生长在热岛点和有大量绿植覆盖的低温点的两种典型园林植物大叶黄杨和丁香作为实验材料,研究了这两种植物叶在城市热岛效应影响下,在热岛点和低温点中的形态特征。结果表明,在热岛点环境温度和二氧化碳浓度显著高于低温点,但其他环境要素差异并不显著。热岛点的大叶黄杨和丁香叶生物量分别是低温点的1.6倍和1.4倍。进一步研究表明,相较于低温点,在热岛点生长的植物叶表现出较低的比叶面积、单位重量和单位面积叶氮含量。生物量在向各部分组织分配时,热岛点的植物叶倾向于将更多的生物量分配给叶肉部分,而减少了对叶柄的生物量投入。     

辽宁省城市热岛强度特征及等级划分

根据气象站资料累积时间、资料连续性、站点位置、城郊站间距离、站点数量、迁站情况,对辽宁省61个气象站进行筛选,并利用选出的城郊代表站的月和年气温数据,分析了辽宁省热岛强度的变化范围及幅度,确定了热岛强度等级.结果表明:辽宁省铁岭站、大连站、鞍山站、朝阳站、丹东站、锦州站6个气象站可作为城市气温的代表站,台安站等18个气象站可作为郊区气温的代表站;1980-2009年,辽宁省6个代表城市的热岛强度年变化不同,除铁岭为微弱下降外,其他5市均表现为上升趋势,铁岭年热岛强度较强,大连年热岛强度较弱;6个代表城市的月热岛强度变化也不同,丹东、锦州、铁岭的月热岛强度呈明显的“U”型分布,6市最大热岛强度均出现在1月,最小热岛强度均出现在5-8月,具有冬季强、夏季弱的特点.6市热岛强度的年、月变化范围分别为0.57～2.15℃和-0.70～4.60℃,年和月热岛强度分别有97.8％和72.3％集中在0.5～2.0℃.辽宁省热岛强度可划分为无、弱、强和极强4个等级.     

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。     

成都市城市森林格局与热岛效应的关系

城市森林对城市热岛效应有显著的缓解作用,其景观格局对热岛的分布有巨大的影响.以成都市为研究对象,采用该地区2003年的spot、landsat-7卫星影像资料,在对成都市进行城市森林景观格局的定量分析和热量反演算的基础上,结合土地利用分类图、气象观测资料、绿地统计资料,建立动态监测和空间分析模式,对城市热岛的热力分布特征和城市森林格局对热岛效应的缓解作用进行综合分析.研究结果表明: (1)成都市热量分布呈现东南多西北少的格局,这与成都市城市森林西北多东南少的格局成负相关;(2) 城市绿化覆盖率越高,降温效应越明显;(3) 在绿化覆盖率相当的情况下,大面积集中的绿地的降温效应明显高于面积小的绿地.基于研究结果,建议成都市在合理规划城市森林布局的同时,适当增加大面积城市森林公园的建设.     

Heat island effects in urban life cycle assessment: Novel insights to include the effects of the urban heat island and UHI‐mitigation measures in LCA for effective policy making

Urbanization often entails a surge in urban temperature compared to the rural surroundings: the Urban Heat Island (UHI) effect. Such a temperature increase triggers the formation of pollutants worsening the urban air quality. Jointly, bad air quality and UHI affect ecosystems and human health. To alleviate the impacts on the population and the environment, it is crucial to design effective UHI‐mitigation measures. Life Cycle Assessment (LCA) is an assessment tool able to capture the complexity of urban settlements and quantify their impact. Yet, as currently implemented, LCA neglects the interactions between the built environment and the local climate, omitting the resulting impacts. This study reviews the existing literature, showing the lack of studies that organically include interactions between the built environment and local climate in LCA. This forms the basis to identify the unsuitability of the current LCA framework for comprehensively capturing the impact of urban settlements. To overcome this limitation, this research offers a pathway to expand the LCA methodology, indicating the necessity to (a) couple the LCA methodology with climate models or physical relations that quantify the interactions between the local climate and the built environment; (b) include novel impact categories in LCA to address such interactions; and (c) use existing or ad hoc developed characterization factors to assess the impacts related to the UHI effect. The LCA community can build on the frame of reference offered by this research to overcome the current limitations of LCA and enable its use for a comprehensive assessment of the impacts of UHI and its mitigation measures.     

植物物候对重庆主城区热岛效应的响应

为探究植物物候对山地城市内部热岛效应的响应特征,于2016年1月—2017年1月对重庆市主城区80种木本植物进行地面物候观测,同时利用Landsat 8热红外数据反演研究区地表温度,结合同时期地面实测气温,对研究区热岛强度等级进行划分,进而比较城市内部不同热岛强度等级下植物物候变化特征。结果表明,热岛过渡区与热岛区植物展叶期较凉岛区分别提前了5.1 d和8.1 d,初花期分别提前了4.0 d和20.8 d,终花期分别提前了4.8 d和11.6 d,而落叶期分别推迟了8.5 d和18.9 d,即城市内部热岛増温使植物春季物候提前,秋季物候推迟,生长季延长,且物候变化幅度随热岛强度等级增大而增大。不同功能型植物物候对热岛増温的响应存在差异,灌木、常绿植物和引种植物物候比乔木、落叶植物和本土植物更加敏感。本研究在一定程度上填补了我国西南山区物候研究的空缺,可为预测城市植物物候对未来山地城市小气候变化乃至全球气候变暖趋势的响应提供早期预警。