道路建设对成都市热岛效应的影响

热岛效应是城市气候最显著的特征之一。土地利用方式及土地覆盖的改变,如城市化和道路建设是导致热岛现象的重要原因之一。然而目前针对道路属性（道路密度及类型）对城市热岛效应的影响研究还较缺乏。本研究运用2012年成都市不同时次（冬夏季）的遥感数据及城市道路交通专题图,运用3S技术探讨道路密度对城市热岛效应的影响以及不同类型道路对城市热岛效应的热贡献。研究表明：（1）成都市热岛效应明显,市区地表平均温度显著高于郊区且热岛强度呈现夏强（3~4℃）冬弱（2.5~3℃）、夜强昼弱的特征。日间城市热岛效应呈现多热中心的分布模式,但冬夏季热岛中心位置不同。夏季日间热中心位于城市的西南部和中东北部,最高可达32.66℃,而冬季日间城市的西南部地表温度较高且热中心主要分布于城市边界地区,地表温度超过16℃。无论冬夏,夜间城市热岛效应均呈现环状分布特征,即从城市边缘到中心,地表温度逐渐升高,夏季城乡地表温差高达4.37℃而冬季达到2.82℃。（2）成都市区道路呈现“圈层型＋辐射型”分布模式,道路密度与道路的分布有关,城市南部及西南部的道路密度高于北部区域。（3）无论冬夏,道路密度与地表温度正相关,但两者相关性呈现昼弱夜强的特征,其中夜间相关系数达到0.5左右。对热效应贡献度指数、热单元权重指数、区域热单元权重指数3个指标的分析都表明无论冬夏、无论昼夜,市区分布面积最广的三级道路对城市热岛效应的热贡献最大,其热效应贡献度指数均在95%以上,其次是二级道路,各项热效应贡献度指数为45%~80%。本研究结果将有助于未来城市建设和道路规划,并为缓解城市热岛效应提供理论支持。     

基于多源卫星资料的京津唐城市群热环境研究

基于FY-3A/B、MODIS/Aqua、NOAA18/AVHRR等多源卫星资料,利用地表热岛强度、热岛比例指数开展了京津唐城市群热岛时空变化分析研究,并结合Landsat-TM卫星资料提取的地表参数、气候背景参数和社会经济参数等开展了地表热场的成因分析研究。研究结果表明:地表热岛强度指标能有效反映京津唐城市群热岛的时空变化,热岛强度的大小与高温强弱没有直接关系,而且地表热岛强度只有在夜晚才与气温观测具有一致性,即冬季最强,夏季最弱;而在白天则呈相反规律。热岛比例指数估算显示2012年京津唐城市群热岛强度排名前3的分布是天津市辖区(0.86)、北京市辖区(0.85)和朝阳区(0.74),唐山市辖区也达到了0.50。热场成因分析表明不透水盖度是城市热岛差异的最重要下垫面因子,遥感陆表温度较现有气象观测更能显示城市热岛的空间分布,城市热岛强弱与国民生产总值、人口数、用水量和用电量都有比较明显的线性正相关关系(线性回归模型决定系数R2分别为0.513 1、0.485 3、0.483 6和0.306),而与人为热有明显的对数正相关关系(模型决定系数R2为0.672 3)。不透水盖度、人均用水量和年平均气温构成了城市热环境差异的主要影响因子(模型决定系数R2为0.80),反映了城市下垫面参数、社会经济活动和气候背景因素对城市热岛空间差异的共同影响。     

城市扩张对热环境时空演变的影响——以哈尔滨为例

城市发展过程中土地利用类型及其景观格局的变化是影响城市地表温度的主要原因,为定量揭示城市扩张过程中土地利用景观格局的变化对夏季地表温度的影响及作用机制,以哈尔滨为例,基于1984—2015年Landsat数据,通过分析城市建筑用地和地表温度的时空演变特征,以及地表温度与建筑用地、植被和水体之间的关系,揭示哈尔滨城市扩张过程中夏季城市热岛格局的演变特征及影响因素,为政府部门制定城市热岛效应的缓解措施提供参考。结果表明,1984—2015年哈尔滨市建筑用地面积由187 km~2扩大到571 km~2,平均扩张速度为13 km~2·a~(-1),建筑用地重心向东南方向移动了1.01 km。与1984年相比,2015年哈尔滨市有44.84%区域地表相对温度升高,有10.63%区域地表相对温度下降;从空间分布看,2015年中心城区出现热岛效应减弱、热岛斑块面积减小的趋势,周边区域出现热岛效应加强、热岛斑块面积增大的趋势。城市建筑用地与地表温度之间存在正相关关系,水体和植被与地表温度之间存在负相关关系,建筑用地的增温效应远远大于水体和植被的降温效应。在城市热岛效应分析中,应用Shannon熵的研究结果与景观指数的研究结果具有很好的一致性。在城市建设中,减小集中连片的建筑用地,增加城市绿地面积,是缓解城市热岛效应的有效手段。     

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。     

西北地区昼夜增温的不对称性对植被动态的影响

全球变暖有很大的差异性,表现在昼夜增温速度和各个季节的温度增加的速率具有不一致性,夜间增温的速度要快于白天增温的速度,夜间气温的增温对植被变化的影响更为明显。文章利用34年逐月最高温、最低温以及降水量数据,用一元线性回归分析法、反距离权重插值以及二阶偏相关分析法,分析了西北地区白天和夜间气温的非对称时空变化和非对称增温趋势对植被动态的影响,结果表明:西北地区昼夜温度都呈现出上升的趋势,且上升趋势比较明显,白天增温的速度和夜间增温的速度呈现出不对称性,夜间温度升高的速率是白天温度升高速率的1.2倍,昼夜的温差呈现出减小的趋势;西北地区昼夜增温趋势存在不一致性,白天气温的增温速率在-0.02-0.11℃?a-1,夜间气温的增温速率在-0.06-0.2℃?a-1。tmax和tmin在绝大部分地区都呈现上升趋势,但在空间变化的区域上具有不对称性;西北地区植被生长对昼夜增温的响应具有明显的空间差异性,大部分地区的植被对昼夜增温表现为积极的响应,夜间增温对植被的影响要比白天增温对植被的影响是比较明显的;白天和夜间增温的不对称性影响着不同类型的植被,白天气温的升高有利于针叶林植被、草地和阔叶林植被的生长,而夜间气温的升高对灌丛和荒漠植被的生长有积极的影响。     

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。     

珠三角城市群热岛时空分布及定量评估研究

在利用卫星资料估算地表城市热岛(SUHI)时,选择具有代表性的乡村背景区域对于热岛评估结果的准确性与科学性具有重要意义。通过改进乡村背景选择算法建立一种在区域或全球尺度上相对简单合理的SUHI估算方法,并引入热岛面积、热岛比例指数等指标开展珠三角城市群热岛时空分布特征分析及定量评估。研究结果表明:(1)文章建立的SUHI估算方法能有效监测城市群热岛年/季和昼/夜变化,气候背景可能是城市群季节SUHI变化的一个决定性因子;(2)近5年(2010—2014)珠三角城市群已形成一个广州、佛山、中山、东莞和深圳等城市相连的巨大"区域热岛群",且白天和夜晚存在多个不同的热岛中心,年均SUHI3.0℃的热岛总面积为700 km~2,排名前3的城市分别为佛山(277 km~2)、东莞(228 km~2)和广州(110 km~2),其中心城区SUHI分别为3.1℃、1.9℃和1.5℃;(3)夜晚热岛强于白天,最强热岛出现在秋季夜晚,SUHI3.0℃的热岛总面积可达6 169 km2(占行政区域面积的11%),排名前3的城市分别是东莞(1 514 km2)、佛山(1 420km~2)和广州(1 280 km~2),且9个城市有8个中心城区热岛评估等级在4(严重)以上,显示珠三角大部分中心城区热岛都很严重,且经济结构在很大程度上影响着城市热岛强弱;(4)从1994—2014年,城市群SUHI I3.0℃的热岛总面积从6 km~2增加到4 812 km~2,中心城区平均SUHI从0.1℃增加到1.8℃,热岛评估等级从1级(轻微)上升到4级(严重),这种变化反映了珠三角城市群迅速扩展所导致的热岛强度增加和范围扩大的事实。     

桂林市典型园林绿地与水体的降温效应研究

随着城市化的快速发展,城市热岛现象也越来越突出。作为城市生态系统中两种重要的地物类型,园林绿地和水体对城市热岛均有明显的降温效应,因此对其进行定量研究具有重要意义。以桂林市建成区为研究对象,利用TM影像数据提取了区域的地表温度(LST)、植被覆盖度(FV)以及改进的归一化差异水体指数(MNDWI)等生物物理信息,同时借助空间统计和缓冲区分析方法,对区域典型园林绿地和水体地表温度的空间特征及其相关性进行了定量研究。结果表明:桂林市5城区的地表温度以低温区和中温区为主。高温区与极高温区也占有较大比例,两者占市区总面积27.8%,较全市平均地表温度高约2~4℃,整体上呈现显著的热岛效应。城市中园林绿地和水体的平均地表温度分别为26.76和24.86℃。相关性分析揭示,城市园林绿地和水体面积与其内部地表温度呈现极显著负相关关系(sig=0.001),园林绿地的FV、水体MNDWI则呈显著负相关关系(sig=0.015和sig=0.038),说明地表温度随着上述参数的增大而降低。除典型水体面积与地表温度的拟合曲线为对数函数之外,其他参数的最佳拟合效果均为线性。缓冲区分析说明,不论是城市园林绿地还是水体,都会对外围一定区域的热环境产生影响。伴随城市园林绿地与水体样区缓冲带距离的增大,外围区域的地表温度呈上升趋势,但这种趋势随距离变化在不断减弱,其有效影响范围在距样区边界120~240 m处。通过对比研究发现,城市中较大面积的公园绿地或水体其降温效应要比面积较小者显著,而水体对于周围热场的影响和敏感度要强于园林绿地。     

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。     

南京市四种下垫面气温日变化规律及城市热岛效应

为了监测城市热岛特征、热场空间分布及综合评价城市环境质量,探讨消减城市热岛效应对策,2005年7—9月期间,通过对南京市的中心城区夫子庙、城市湖泊玄武湖、城市森林紫金山、城市郊区浦口四个观测点选取水泥地、草地、林地和水体四种下垫面进行温度、湿度、风速等气象因子的24 h同步观测,结果表明,(1)四个观测点的四种下垫面白天气温呈林地<水体<草地<水泥地的变化趋势,夜晚则是相反,但草地的温度最低;与水泥地比较,其他3种下垫面白昼期有明显的降温效应,均幅度为0.2~2.9℃,而夜晚林地与水体有轻微的保暖效应,晴好无风天气时这种效应更明显。(2)南京市的热岛强度平均为0.5~3.5℃,凌晨3:00左右热岛强度较大且平稳,当日出后热岛强度减小,但在中午12:00左右有一个明显回升,然后下降,至傍晚18:00~21:00,热岛强度有个强烈提升的高峰。(3)利用各观测点温度的时间标准差、空间标准差及时空数据正规化的标准差定量与定性的揭示了城市景观与城市下垫面对城市热岛效应变化的影响机理。(4)不同观测点舒适度指数表明观测期间人们对温度、湿度和风速日变化的综合生理感觉是暑热到较舒适间的变化过程,紫金山和浦口有时给人舒适的感觉。基于实验观测数据,对南京市不同下垫面的温度日变化规律、热岛强度特征、舒适度指数以及相关成因机理进行了全面分析与探讨,为城市生态建设、城市规则、城市环境治理及城市绿化建设提供重要的理论参考。