基于RS和GIS的长沙城市热岛效应与TSP污染耦合关系

城市热岛效应反映了城市化发展对城市环境的影响,是影响城市生态环境的一个重要因素。文章以长沙市为例,利用3S技术与传统技术相结合对大气中总悬浮颗粒物(TSP)在城市热岛中的作用与贡献进行了研究。结果表明,长沙城市热岛效应与TSP污染在空间与时间分布上都具有耦合关系。采用RS和GIS技术可以从空间上对TSP在城市热岛中的贡献进行研究。长沙市TSP污染的分布特征和热岛强度分布状况基本一致,都是由市中心往外逐渐减轻。TSP高值区,城区呈高温区;TSP低值区,城区呈低温区。采用长沙市TSP高值区、TSP低值区的两个监测点2002年逐月TSP监测数据及相应气象统计数据,从时间上对TSP污染与城市热岛效应进行了相关性研究,长沙市TSP污染与热岛强度在年度分布上存在正相关关系。随着长沙城市建设和城市化速度的加快,城市热岛强度有逐年增强的趋势。3S技术与传统技术相结合,使科学研究更客观、准确。3S技术用于中尺度的区域环境质量调查,可实现空间区域的定量表达,而传统技术获取的环境背景数据,则从微观上对空间数据的准确性进行验证。     

广州市城市热岛时间变化特征及与大气总悬浮颗粒物关系的研究(英文)

文章研究了1985-2005年期间广州市城市热岛强度时间变化及与大气总悬浮颗粒物浓度的关系.结果表明.由于经济的快速增长和城市化进程不断加快,广州市城市热岛效应十分明显,年平均热岛强度在0.20～2.10℃之间波动.受季风等大范围气候背景及降雨的影响,月平均热岛强度具有明显的季节变化特征,总体上呈"U"字形变化,其中7月份热岛强度最低,11月份最高.不同时次(02:00,08:00,14:00和20:00)的热岛强度以08:00时最高,而以14:00最低.最低温度下的热岛强度呈现出稳定增长的趋势(平均值为1.09℃),显示出广州近地面平均气温上升以最低温度最为明显.自1994年之后广州市大气总悬浮颗粒物水平呈现出明显的下降趋势,然而1982年到1998年期间仍然超过了国家大气质量二级标准所规定的浓度限值0.200 mg/m3.研究还表明,广州城市年平均热岛强度与年平均大气总悬浮颗粒物浓度之间存在显著的负相关,负相关系数为-0.676.尽管市区大气总悬浮颗粒物可以反射太阳辐射,降低日照时间,最终产生致冷效应,但是广州城市热岛效应是全球气候变暖下的大气增温和悬浮颗粒物降温之间平衡作用的结果.     

城市生态气象监测评估初步研究与实践——以北京为例

气象条件作为影响生态系统最活跃、最直接的驱动因子,影响着生态系统的质量和人类生存的环境,关系着生态保护和建设的成果,而城市生态系统具有与其他系统不一样的气候特征,目前还未形成一套有关城市的生态气象监测评估方法。基于生态气象学理论,分别从城市气候环境、与气候相关的陆表环境、大气环境、人居环境以及城市高影响天气气候事件等5个方面选择不同的要素和指标开展了城市生态气象监测评估初步研究,并以北京为例,利用2018年国家和区域自动气象站资料、大气成分观测资料、2002—2018年MODIS卫星资料、Landsat及环境一号卫星资料,开展了2018年北京城市生态气象监测评估。监测评估显示,(1)2018年北京城市“热岛”和“干岛”气候特征明显,并在北京二环与五环之间存在一个“冂”形风速低值区。(2)2018年北京陆表生态环境、大气环境、人居环境进一步好转:其中植被覆盖度达61.6%,创2002年以来新高,气象条件贡献率达50%,生态涵养区植被生态质量处于正常偏好的面积比例达93.2%;中心城区陆表温度为2011年以来最低值;重要水源地密云水库、官厅水库水体面积均为2000年以来最大值;气溶胶光学厚度、霾日数、大气静稳指数分别较过去4年平均值下降14%、31%和8%,大气扩散条件偏好,对霾日减少贡献率达21%,外地污染传输对PM2.5贡献达到53%;城市生态冷源较2013年明显增加,城市“热岛”得到缓解。(3)历史罕见的夏季高温闷热、冬季阶段低温、极端强降水以及持续无降水等高影响天气气候事件给城市安全运行和生态环境带来不利影响。综合评估表明2018年北京气象条件总体利于陆表生态环境改善,有利的气候条件提高了生态环境的质量,但城市生态质量仍面临着极端天气气候事件、城市热岛、低风速以及外来大气污染输送等风险。     

城市的低空气温分布特征及其对大气污染物扩散的影响

本文从城市热岛和城市逆温两个相互联系的不同侧面，分析城市低空气温的分布特征，并结合城市实际污染分布特征，讨论这种局地城市小气候效应对城市大气污染的形成以及对大气污染物扩散的影响，认为热岛效应以及由此引起的对低空温度层结和局地风场影响等的小气候效应是形成城市大气污染分布特征的主要气象原因。     

天津地区大气污染对能见度的影响

对以燃煤为主的城市大气污染对于大气能见度的影响作了研究,各种大气污染物以硫酸盐对大气能见度的影响最大。大气相对湿度大于70％时,显出它对大气能见度的重要性。指出在城市中由于燃煤形成的硫酸盐污染和相对湿度较大可能是产生煤炭型烟雾事件的原因。在城市中低空分散排放燃煤烟气的污染大气中,硫酸盐的浓度与二氧化硫浓度和颗粒物浓度都有较密切的关系,气温和相对湿度对转化速率常数有一定的影响。估计了二氧化硫的迁移距离,指出硫酸盐的迁移距离比二氧化硫的迁移距离更长,污染范围更广,会影响无污染源区的大气能见度。     

城市热岛的遥感研究

随着城市建设事业的发展以及人为热释放的增多，城市热岛效应呈现不断增强趋势。将遥感技术与常规城市热岛监测方法结合起来，才能深入进行城市热岛监测研究。通过回归分析建立一定模式，将遥感手段获得的辐射温度（亮温）转换为常规方法所用的空气温度（气温）是城市热岛遥感研究的主要思路和方法。以武汉市城市热岛分析为例，本文探讨了城市覆盖层与边界层的热岛形成因子，城市热岛效应直接或间接对城市其他气候要素产生多种影响，并对城市居民生产生活和健康带来有利和不利的因素。     

小气候对临汾市空气污染的影响机制探讨

通过研究临汾市的地形结构、气候特点,本文得出该地区小气候主要为山谷风、地形逆温和城市热岛。系统分析这些小气候的成因及特点,初步探讨小气候对临汾市空气污染的影响机制。研究显示:三种小气候均在不同程度上加剧了临汾市空气污染的广度和深度。其中山谷风加剧了临汾市区、矿区和郊区的空气污染重叠,使污染物不停地聚集到上层大气,造成多次污染;地形逆温则阻碍了空气的垂直对流运动,妨碍了烟尘、污染物、水汽凝结物的扩散;热岛环流产生堆积效应,使得郊区产生的污染通过环流进一步影响城市。此外,本文给出了改善城市小气候的若干建议。     

城市公园对夏季热环境的影响——以上海市中心城区为例

上海是我国城市化程度最高的城市之一,快速城市化导致了城市热岛效应显著增强,影响着城市生态环境。了解城市公园对热环境的影响,对指导本市绿地公园的规划与建设,缓解城市热岛效益具有实用价值和参考意义,对国内其他城市的相关研究也有一定参考价值。基于Landsat遥感影像和航空遥感影像,采用RS和GIS技术,定量分析了上海市建成区内的绿地公园对热环境的影响。结果表明:(1)研究区域内高温区域分布广泛,同时有低温区域分散分布,中环和内环的低温区域主要零星分布在河流及绿地公园等地,形成明显的热岛空洞,显示出绿地公园对城市热环境的降温效应;(2)绿地公园对周围区域降温作用明显,平均降温幅度为1.55 K,但降温作用存在明显差异,降温作用随距离增加而减弱,对周围200m区域范围内降温效果较为明显;(3)绿地公园对周围环境的降温作用与其本身结构特征等因素息息相关,降温幅度与公园内人工表面比重、水域比重、公园形状和面积存在较强的相关性,与景观聚集程度和植被分布的相关性相对较弱。     

陆地碳平衡对大气CO_2升高的响应及其机制

研究陆地碳平衡对大气CO2浓度升高的响应,能为揭示碳失汇之迷提供有力证据,为制定缓解全球变化的合理政策措施提供理论依据.综述了陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应及其町能的机制,由于陆地生态系统的复杂性,以及不同的研究在具体的对象、时间、地点、方法和角度的差异,目前有关陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应还存在很大的分歧.陆地碳库主要可分为植被碳库和土壤碳库,大气CO2浓度升高主要是通过影响光合作用、土壤养分、水分供应、光照条件、群落组成、光合产物分配等方式影响植被碳库;而土壤碳库的响应机理主要包括光合产物向土壤的输入量、脱落物质量、养分循环、光合产物分配、根系周转期、微生物活性等的响应.关于陆地碳平衡对全球大气CO2升高的响应今后应该主要集中在:(1)不同生态系统影响全球植被碳库变化的主导因子;(2)大气CO2浓度升高与其他环境因子的互作效应;(3)大气CO2浓度升高对植物光合作用的促进效应与光合作用适应性间的关系;(4)地上碳库与地下碳库间的相关性,及其对大气CO2浓度升高的分别响应;(5)克服目前实验方法存在的局限性.     

广州市热岛效应与城市露水相互关系研究

关于城市热岛效应的研究较多,而关于城市露水的研究较少,尤其是城市热岛作用下的城市露水研究则更少。探清城市露水与城市热岛的关系对增进城市露水凝结,改善城市水分平衡具有重要意义。为研究两者的相互关系,采用布片法(Cloth-plate Method)分别在广州的露水高发季节(8—11月,含秋季代表月份10月)和其他几个代表季节的1月(冬季)、4月(春季)、7月(夏季)进行了露水收集;采用常用的城郊平均温差表示热岛的统计方法对热岛进行统计分析;露水收集和热岛监测的4个点位分别选在广州的工业区、商业区、居住区、森林公园,为了比较分析也增设了郊区对照点位。结果显示,无论白天、夜间还是日平均热岛频率,其与城市露水均不存在显著的相关关系,即使城市地区存在高频率的热岛效应,也难以完全阻碍露水事件发生,无露水发生的天气其热岛频率比有露水发生时高10%左右。不论是白天、夜间还是日平均热岛强度,它们都与城市夜间露水量呈极显著负相关,城市各功能区露水量差异与该功能区内热岛强弱不无关系。城市热岛与城市露水的相互关系受多种因素的影响,热岛可能通过影响相对湿度、蒸发量来影响露水形成。结果表明,无热岛效应可能更有利于露水发生,热岛强度变化将直接影响露水凝结量的大小。     

基于TM影像的兰州市热岛效应及预测分析

近些年来随着城市建设的高速发展,热岛效应越来越被人们所重视。采用2007年的TM遥感影像,分析了兰州市热岛效应热场强度的分布规律,并应用灰色模型对其未来发展趋势进行了预测。研究发现：兰州市热岛效应明显且稳定存在,热岛中心主要分布在城关区、七里河区人口密度大以及西固区工业聚集的地方;植被和水体有减弱热岛效应的作用。灰色关联度分析表明：人为因素对兰州城市热岛强度效应的影响相对突出;其次,在气象因子中,风速对城市热岛效应的形成和加重也起到重要的作用。灰色预测结果表明：兰州市热岛强度将会持续波动上升,2012年将达到3.826℃。     

热岛效应季节动态随城市化进程演变的遥感监测

作为城市特有的一种环境问题,热岛效应动态发展变化的规律是城市热岛研究的基础工作.遥感技术在城市热岛动态变化监测方面的有用性已经得到了证实.然而当前城市热岛遥感研究基本都取少数几景进行对比分析,这使得遥感在城市热岛时空动态监测方面不能充分发挥作用.采用50景长时间序列Landsat TM和ETM+SLC-on/off影像,采取定性和定量分析相结合的方法,使用热岛强度、热岛范围等指标和热岛显著区的概念对厦门市1987-2008年20年间热岛季节动态随城市化进程演变的趋势进行分析,结果表明:厦门城市热岛在2003、2004年之后已由春夏秋扩展到冬季,且冬季热岛的高等级斑块在数量、个体面积和总面积上均有明显增长趋势.引起这种变化的原因还需要进一步研究和分析.     

城市生态系统的格局和过程

城市生态系统是人类活动影响下的复合生态系统。人为的开发利用活动和局地的生物物理条件形成了城市特有的景观格局。城市发展改变了自然的生物栖息环境,从根本上改变了生态系统的结构、过程、功能,以及所提供的各种服务。这种改变最终又会影响人类自身的健康生存。文章综述了国内外有关城市景观格局和和重要生态过程之间相互作用机制的研究进展。通过研究发现,在大尺度上,净初级生产力是衡量城市发展对区域物流、能流影响的有效指标;在小尺度上,城市物流、能流过程和城市内部的景观结构、格局有很强的相关性。城市发展显著的改变了自然的栖息地及生物生长过程,本地植被种类减少,外来种增加,外来种的数量和人口数量有显著的相关性;而城市动物群落主要由一些小型哺乳动物、无脊椎动物、鸟类、两栖爬行类动物组成,其中,鸟类是研究城市化过程的有效指示物种。城市生态系统特有的景观格局及生态等过程显著的改了局部区域的微气候和水文过程,城市气温增加,风速降低,云、雾量增加,地表径流增加,流速加大,污染负荷增强等。因此,控制人类活动,优化土地利用的结构和空间格局,是改善城市生态系统结构和过程,保证可持续发展的基本出发点。但是,目前有关城市-格局-过程之间的影响机制还不十分清楚,尤其是定量研究较少。因此,结合传统的城市生态学,景观生态学的理论和其他相关学科领域的发展,为深入分析城市格局-过程之间的关系提供了重要的研究前景。     

基于Ward系统聚类的京津冀城市群空气质量时空变化特征与成因分析

京津冀城市群是中国空气污染最严重的区域之一,探明该地区空气质量的时空变化特征和影响因素对空气污染防治具有重要意义。利用2014—2018年空气实时监测数据,运用系统聚类与空间分析方法,研究京津冀城市群空气质量的时空变化特征和关键影响因素,结果表明:2014—2018年京津冀城市群空气质量改善趋势明显,SO₂、PM_2.5、PM₁₀与CO浓度均有显著下降,O₃浓度逐年升高;以PM_2.5、PM₁₀、NO₂与O₃四项污染物浓度指标为依据,可将区域空气质量状况分为“低-低-低-低”(Ⅰ类),“中低-中低-高-中低”(Ⅱ类),“中高-中高-中低-高”(Ⅲ类)与“高-高-中高-中高”(Ⅳ类)4个区域,区间城市的地理点具有空间上的连续性,区内城市则具有空间上的聚集性;空气质量指数(AQI)呈“秋冬高,春夏低”的变化特点,5—9月O3污染突出,10月至次年4月颗粒物污染突出,四类分区内的特征污染物和变化规律各异;污染“热点”始终保持在保定西部-石家庄-邢台-邯郸一带,区域春夏季AQI的差异表现为东西向,秋冬季则表现为南北向;政策影响对污染物减排作用明显,是整个地区空气质量改善的根本原因。太阳辐射、空气湿度、季风等气象因素是张家口与承德夏季臭氧污染的关键因子,污染物排放变化是第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类城市空气质量改善的主要原因,风速,降雨等气象因子具有局部调节作用。在微观区域分析中,第二产业比重对PM_2.5和O₃的影响以北京-廊坊-天津为核心由内而外逐渐减小,汽车拥有量的影响逆向增加。     

大气沉降对土壤重金属累积的影响

选择大气污染严重的太原市为研究区，通过定点监测，分析了不同类型区大气TSP和降尘的污染状况及周年内的月变化趋势，测定了大气干湿沉降中Hg、Cd、Pb三种重金属元素的含量，并计算出大气干湿沉降对土壤系统重金属的年输入量分别为Hg4.48g/(hm2×a)，Cd6.34g/(hm2×a)，Pb349.4g/(hm2×a)；不同类型区大气污染状况与大气沉降输入土壤中重金属累积顺序一致均为工矿区＞城区和近郊区＞风景区＞远郊区。     

城市化对北京夏季极端高温影响的数值研究

利用一个耦合了城市冠层模式（UCM）的区域数值模拟系统（WRF／NCAR）,引入由LandsatTM提取的京津冀区域30m分辨率下垫面GIS数据集代替美国USGS地表分类数据,对2009年6月24—25日出现在北京地区的一次超过40℃极端高温天气过程进行了高分辨率数值模拟,用以考察WRF／UCM系统对北京“城市热岛”及城市高温天气的模拟效果,并分析了城市化对北京地区城市高温和地表能量平衡的影响及其日变化特征。结果表明：采用精细化下垫面分类数据集后能更好地模拟出主要高温区的分布特征,并能较好再现夜间的“城市热岛”效应。城市化发展对近地层气温的影响主要表现在会促使城区及其下风向近郊区气温的升高,增幅可达0．5～2℃,这与城市热岛及其下游效应有关。城市下垫面的高粗糙度对近地层风速表现出明显的阻挡效应,表现在模拟的10m风场减弱明显。考虑了城市下垫面属性的敏感性试验更好地再现了城区温度的日变化,其模拟的日间最高温度与实际观测值更为接近,也较好地模拟出了城区具有较高最低温度的特征。通过城区与郊区能量平衡过程差异的分析表明,城市化可以显著改变能量平衡中各项所占的比重。地表对近地层大气热量输送过程的变化表明随着城市下垫面的日愈扩大,会显著增强白天地表对大气的向上感热输送,增大城区日间出现高温的可能。夜间,模式反映出地表能量收入来自土壤热通量的向上输送,同样由于城区的潜热通量小,收入的能量仍主要以感热形式加热大气,夜间城区具有较高的最低温度并表现出较强的热岛特征,主要与夜间感热加热的持续相关。     

人工封闭对城市土壤功能的影响研究进展

随着全球城市化的快速发展,城市生态系统研究已受到人们的广泛关注。土壤作为城市生态系统的一个重要组成单位与功能载体,其功能与质量已受到城市化的冲击和影响。由人类活动（如房屋建筑、道路建设等）引起的土壤封闭是城市土壤的一个重要特征。与自然土壤封闭相比,人工封闭土壤严重地阻碍了城市土壤与外界环境的物质能量交换,限制了土壤功能的实现,成为导致土壤质量退化的重要因素。研究人工封闭对城市土壤功能的影响有利于更全面认识城市化的生态环境效应。本文介绍了城市土壤人工封闭的概念、主要特点及其与传统自然土壤封闭的异同;综述了人工封闭对城市土壤水分运动、土壤与环境间气体与能量交换、生物多样性与行为以及粮食安全影响等方面取得的研究进展。目前城市封闭土壤研究仍处于起步阶段,仅在个别城市开展过相关研究,且主要围绕人工封闭对城市环境与土壤的表观影响,对封闭后土壤性质的变化及其机制研究仍很缺乏。未来仍需在更多城市开展系统调查以获取基础数据,需着重研究城市封闭土壤中污染物的赋存、迁移、转化,封闭后土壤碳氮固持能力的变化,以及土壤微生物性质的变化,同时要创新研究方式和研究方法,为加强城市生态系统研究、实现城市可持续发展提供科学依据。     

城市空气花粉污染评价

以贵阳市为例 ,提出了空气花粉污染评价的 3种方法 :空气花粉种类和含量直接评价法、花粉污染指数评价法和花粉症发病率评价法。采用这 3种方法对贵阳市空气花粉污染状况进行评价 ,其评价结果是相对一致的 ,其中后 2种方法评价效果较好。