定量遥感技术在城市热岛效应研究及其治理中的应用

以长春市为例,基于LandSat7 ETM 影像数据定量反演晴空状态下城市地表温度、地表反照率和NDVI(归一化植被指数),通过分析地表温度空间分布状况及其与地表反照率、NDVI的关系,研究城市热岛效应并提出治理对策.研究表明:长春市城区热岛效应显著,热岛中心主要分布在铁北工业园区、二道区北部和绿园区西南部;城区的地表反照率和NDVI始终小于郊区;城区地表温度随着地表反照率和NDVI的增加而降低.因此,在提高工业热源和能源的利用率,减少热量散失和排放的同时,提高城区植被覆盖率和地表反照率可以有效缓解城市热岛效应给城市生态环境带来的不良影响.     

基于遥感影像的近30年西宁市热岛效应时空变化

利用1987?—?2015年多个时相的Landsat卫星影像及同期气象和社会经济数据,结合多年建成区边界,利用单窗算法反演了地表温度,结合热场变异指数定量分析了西宁市城市建成区热岛强度时空演化特征,探讨了其与城市绿化程度、车辆数等要素的关系,提出了城市化进程中城市热岛效应的调控措施。研究结果显示:(1)西宁市夏季表现为"热岛"效应,冬季为"冷岛"效应;(2)西宁市热岛效应强度在时间序列有三个节点,2000年以前西宁市夏季和冬季白天各个热岛区面积变化不明显,2000年以后热岛区面积,尤其是较强热岛区面积和中热岛区面积都出现迅速增加的趋势,2003年热岛区面积达到最高,2003年以后热岛区面积渐渐回落,2011年以后又增强;(3)夏季"热岛"区面积变化趋势和冬季"冷岛"区面积变化趋势一致,且与建成区变化一致。     

石河子市热岛效应亮温反演特征及趋势预测

为探求石河子市热岛效应变化特征及其影响因子,文章以1989-2014年Landsat TM/ETM+遥感影像反演出同期石河子市亮度温度。通过对热岛效应影响因素分析,结果表明:(1)1989-2014年间,石河子市热岛强度逐年增强,热岛效应由散点状到片状的空间变化特征;(2)人口、经济、NDVI、城市城建成区面积等因素是热岛效应的主要因素,其中城市建成区面积、人口、经济与热岛强度成正比,NDVI与城市热岛效应呈负相关,适当增加城市绿地对于缓解城市热岛效应具有积极作用。(3)从石河子市的热岛效应综合发展指数来看,石河子市正处在高速发展中,热岛效应强度会不断提高,但速率会减缓。     

北极海冰面积创历史新低

美国科学家近日宣布,北冰洋地区的海冰面积8月26日下降到410万km2,创下自1979年开始进行卫星观测以来的最低值.上一次北极海冰面积最低纪录发生在2007年9月18日,约为417万km2,比1979~2000年的最低均值少240万km2,缩小的面积相当于英国的10倍.     

基于遥感技术的城市污水处理厂热岛效应研究

热岛效应已成为城市化发展中影响局地气候变化的重要因素之一.作为城市必要基础设施的一部分,城市污水处理厂对全球性气候变化的影响受到了广泛关注和研究,而对局地气候变化的影响却鲜有研究.文章首次尝试利用Landsat卫星遥感图像对1995年-2013年间苏州市11座城市污水处理厂进行了热岛效应研究,并对影响因素进行了初步分析.结果发现,11座城市污水处理厂热岛强度在18年间整体上增加了48％;从时间维度上来看,在污水处理厂施工建设或升级改造阶段,热岛强度都偏高.而根据回归分析发现,城市地表平均温度、污水处理厂的施工建设状态和主体处理工艺与WHII具有显著正相关性.     

近30年来高邮湖(含邵伯湖)自然水域面积变化及其影响因素

湖泊水域面积变化特征反映气候与人类活动对湖泊生态系统结构与功能的影响,对湖泊健康评价与水生态修复有重要指导价值.以1988-2015年8期Landsat TM/ETM+遥感影像为数据源,综合运用目视解译法与比值阈值法提取了研究区高邮湖（含邵伯湖）及其围网养殖区的边界信息,分析了研究区水域面积变化特征及其影响因素.结果表明:①1988-2015年研究区自然水域面积呈现前期持续缩小、近期部分恢复的阶段性变化趋势.其中,1988-2000年自然水域面积缓慢缩减,平均减小速率为4.08 km2/a;2000-2011年迅速缩减,平均减小速率为12 km2/a;2011-2015年迅速增长,自然水域面积增加108 km2;1988年自然水域面积最大（716 km2）,2011年最小（535 km2）,2015年部分恢复（643 km2）.②1988-2015年流域内年均降水量先减后增,年均气温逐渐升高.年均气温升高与自然水域面积变化具有相关性（R2=0.472）;年均降水量则与自然水域面积变化无明显关联（R2=0.118）.③1988年和1992年研究区内未见明显的围网养殖,2000年围网养殖区面积仅为45 km2,2011年最大,达199 km2.2000-2009年和2009-2015年围网养殖区面积平均增长速率分别为15.56和9.00 km2/a;北部湖区围网养殖集中,自然水域面积变化最为显著,东西湖区次之.研究显示,1988年以来,年均气温和围网养殖对高邮湖自然水域产生了显著影响,湖区北部湿地侵占严重,湿地生态屏障功能下降.      

我国东部沿海三大城市群热岛变化及其与城市群发展的关系

随着城市化进程的快速推进,城市群已经成为区域空间的重要组织形式.为揭示我国东部沿海京津唐、长三角和珠三角三大城市群热岛变化与城市群发展的关系,利用MODIS地表温度产品数据和DMSP/OLS夜间灯光数据,对2001-2013年这3个城市群的热岛效应与区域发展二者之间的关系进行研究.结果表明:2001-2013年,3个城市群的热岛斑块面积均有较大幅度的增加,并且在空间上逐渐相连接,形成热岛城市带;RHⅡ（区域热岛指数）不断升高,京津唐城市群、长三角城市群、珠三角城市群分别升高0.051、0.070、0.101,其热岛状况不断加剧.随着城市群的发展,城区对周边区域的辐射作用不断加强,建成区边缘的城郊过渡带是地表温度增加最为显著的区域.总体而言,城市群的扩展是其区域热岛效应的主要成因,表征城市扩展变化的夜间灯光亮度平均值差值与表征热岛变化的地表温度平均值差值之间存在对数关系,表现出先快后慢的趋势.      

中国84个主要城市大气热岛效应的时空变化特征及影响因子

日益加剧的城市化致使我国城市热岛效应日趋严重,进而严重影响区域环境和人类健康.目前有关我国城市热岛效应的研究多基于卫星遥感获取的辐射温度,有关大气热岛效应时空变化格局的认识相对薄弱.本文选取84个代表性城市,基于1960~2017年逐日气温观测数据,分析了我国大气城市热岛的地理分布特征及其昼夜、年内和年际变化趋势.结果表明,所有城市平均热岛强度为（0.9±1.1）℃,不同地区热岛强度差异明显,北部地区明显高于南部地区,华北地区最大,年均强度达（1.4±1.4）℃;不同时间和季节热岛强度差异大,尤其东北和西北地区,整体表现为夜晚[（1.2±1.1）℃]明显高于白天[（0.5±1.2）℃],白天夏季高于冬季,夜晚冬季高于夏季;从年际变化来看,大部分城市年平均热岛强度呈明显增加态势,平均增长速率达到0.040℃·（10 a）^-1,但在2009年后出现明显减弱趋势;通过分析热岛强度与局地气候和不透水面的关系,结果发现大气热岛强度空间分布受气候背景和气象站点位置影响较大,而长期变化受不透水面比例影响较大.本研究将深化对我国大气热岛效应变化规律的认识,为制定缓解高温热浪的城市土地利用策略提供参考.     

基于Landsat TM/ETM+的天津城区及滨海新区热岛效应时空变化研究

利用1987年、1998年、2004年和2008年4景Landsat TM/ETM+数据的热红外波段数据反演天津市地表亮温,并对绝对亮温值进行归一化处理得到相对亮温。通过对相对亮温分布图进行时空分析可知,自1987年到2008年,天津市热岛效应主要发生在中心城区、滨海新区以及道路沿线等区域。热岛范围在加大,强度也在增加。中心城区热岛效应不断加剧,滨海新区的热岛效应则从无到有,从弱到强,变化十分明显。并分析了热岛现象产生和异常的原因,有降水变化、农作物收割、公路建设和建成区增加。     

上海市城市热岛景观格局演变特征研究

城市热岛空间格局特征及其内在驱动机制的研究可为缓解城市热岛效应、城市规划与产业布局提供科学依据,目前这方面研究还比较少,相关机制并没有得到完全的揭示。该研究以上海市为研究对象,采用1987、1996、2002和2010年4景Landsat TM/ETM+遥感影像,对城市地表温度进行了反演与分级。借助景观格局指数,分析了上海市城市热岛景观格局时空演变特征。结果表明:随着1987-2010年上海市不断城市化,各级热岛景观类型斑块数量持续增加,高等级的城市热岛景观类型面积也持续增加,整个城市热岛景观趋于破碎化。热岛景观总体聚集度下降,连通性下降,但是低等级热岛景观向高等级热岛景观转移的面积逐渐增加,景观类型之间面积差异逐渐减小,景观均匀度和多样性增加。城市化过程中,人口数量的增加和经济的快速发展对城市热岛景观格局的形成和演变具有重要的影响。研究结果揭示了城市热岛格局随城市化进程的时空演变特征,可以为制定有效的热岛效应缓解措施提供参考依据。     

Remote sensing of the urban heat island and its changes in Xiamen City of SE China

World-wide urbanization has significantly modified the landscape, which has important climatic implications across all scales due to the simultaneous removal of natural land cover and introduction of urban materials. This resulted in a phenomenon known as an urban heat island(UHI). A study on the UHI in Xiamen of China was carried out using remote sensing technology. Satellite thermal infrared images were used to determine surface radiant temperatures. Thermal remote sensing data were obtained from band 6 of two Landsat TM/ETM^ images of 1989 and 2000 to observe the UHI changes over l l-year period. The thermal infrared bands were processed through several image enhancement technologies. This generated two 3-dimension-perspective images of Xiamen‘s urban heat island in 1989 and 2000, respectively, and revealed heat characteristics and spatial distribution features of the UHI. To find out the change of the UHI between 1989 and 2000, the two thermal images were first normalized and scaled to seven grades to reduce seasonal difference and then overlaid to produce a difference image by subtracting corresponding pixels. The difference image showed an evident development of the urban heat island in the 11 years. This change was due largely to the urban expansion with a consequent alteration in the ratio of sensible heat flux to latent heat flux. To quantitatively compare UHI, an index called Urban-Heat-Island Ratio Index(URI) was created. It can reveal the intensity of the UHI within the urban area. The calculation of the index was based on the ratio of UHI area to urban area. The greater the index, the more intense the UHI was. The calculation of the index for the Xiamen City indicated that the ratio of UHI area to urban area in 2000 was less than that in 1989. High temperatures in several areas in 1989 were reduced or just disappeared, such as those in old downtown area and Gulangyu lsland. For the potential mitigation of the UHI in Xiamen, a long-term heat island reduction strategy of planting shade trees and using light-colored, highly reflective roof and paving materials should be included in the plans of the city planers, environmental managers and other decision-makers to improve the overall urban environment in the future.     

1980-2007年喜马拉雅东段洛扎地区冰湖变化遥感研究

利用1980年地形图、1988/1990年Landsat TM、2000年Landsat ETM+、2007年ALOS AVNIR-2遥感资料和近42 a (1967-2008年)的气温、降水量资料对喜马拉雅东段洛扎地区的冰湖变化特征及其原因进行了研究。 结果表明:①1980年到2007年,53个冰湖(1980年面积大于0.02 km²)的总面积由1980年的9.97 km²增加至2007年的13.05 km²,增加了3.08 km²,增加的比例为30.9%。通过与非冰川补给湖的对比发现,1980年的冰湖面积比非冰川补给湖的面积大,分布的规模等级和海拔梯度更为广泛;1980-2007年冰湖面积扩张是非冰川补给湖面积扩张的102.7倍,远大于后者。可见,冰川补给对于冰湖的分布和变化有重要的影响。②1980-2007年,错那站的年平均气温呈波动上升趋势,与全球变暖的趋势一致;年降水量在波动变化中略有上升。温度升高引起的冰川融水的增加和降水的增加共同决定了研究区内冰湖面积的增长。本区冰川变化和冰湖变化主要是由温度升高引起的,但降水增加也有一定贡献。③对研究区2007年面积大于0.1 km²的32个可辨识冰湖的溃决危险性评价表明,错嘎龙浦、加朗卡、昂格错、白朗错几个冰湖的溃决危险程度最大。     

西南地区秋绵雨变化趋势与周期性特征的区域差异

利用西南地区338 个气象站点1961-2009 年9-11 月的逐日降水资料,采用REOF对秋绵雨进行气候分区,运用线性趋势、滑动t 检验、Yamamoto 检验、Mann-Kendall 检验、复Morlet 小波等数学方法,分析各分区秋绵雨日数的变化趋势、突变特征、周期性特点,结果发现：西南地区秋绵雨东多西少,四川东南部、重庆西南部和贵州北部秋绵雨最多,年发生率在80%以上,年均日数在10 d 以上;西南地区秋绵雨可分为4 个气候区,即四川盆地东部区、黔南区、四川盆地西部区和滇东北区;其中四川盆地东部区、黔南区、四川盆地西部区秋绵雨日数有减少趋势,滇东北区有增加趋势,但均不显著;黔南区秋绵雨日数在1988 年发生了由多到少的突变,滇东北区秋绵雨日数则在1985 年和1995 年发生了两次相反的突变;各分区秋绵雨日数的年代际振荡周期差异较大,从10 a 到27 a 不等,年际振荡周期四川盆地东部区和黔南区为2～5 a尺度,四川盆地西部区和滇东北区为2～3 a尺度。     

基于CALIPSO对中国春季一次沙尘暴的研究

文章利用CALIPSO卫星观测资料,结合气溶胶模式模拟,分析了2013年入春以来发生的第1次强沙尘天气过程中的沙尘气溶胶垂直分布特征及输送特性.结果表明:此次沙尘事件有两个源区,南疆盆地(源区一),沙尘先后输送影响我国内蒙古西南部、甘肃、宁夏等地区.2月27日沙尘在甘肃西部河西走廊附近,沙尘气溶胶分布在2~5 km,退偏振比在0.1~0.5之间,色比在0.4~0.8之间;28日新疆地区沙尘气溶胶分布在4~12 km,退偏振比在0.3~0.5,色比在0.5~1.0之间.蒙古国西南部地区(源区二),沙尘先后影响我国内蒙古中西部地区、甘肃、山西北部、陕西北部、河北北部和东北西南部地区,2月28日内蒙古沙尘气溶胶分布在4~11 km,退偏振比在0.2~0.5之间,色比在0.5~1.2之间.     

基于植被指数和地表反照率影响的北京城市热岛变化

利用TERRA/MODIS遥感反演的地表温度资料,对2000-2006年北京城市热岛季节变化特征进行了研究,结合同期降水量、植被指数和地表反照率变化,分析了该地夏季城市热岛的年际变化成因.结果表明:北京多年四季热岛分布主要以城区为中心向周边郊区延伸,其中夏季城市热岛最强,春、秋和冬季较弱,这种热岛强度的季节性差异主要与太阳辐射强度、地表植被覆盖状况和城市人为热释放等的季节性变化密切相关.北京夏季城市热岛的年际变化特征为:2005和2006年最显著,热岛中心强度分别为10.54和9.61℃;2002和2004年城市热岛最弱,热岛中心强度分别为6.54和7.39℃.2000-2006年北京市夏季城市热岛具有明显增强趋势,热岛强度增温率为0.326℃/a.北京夏季降水对城区地表温度影响大于郊区,降水主要通过影响城区地表温度来影响城市热岛变化;夏季地表植被和地表反照率变化对地表温度和城市热岛也均有较大影响.2000年以来,北京郊区夏季地表植被指数增加率远高于城区,受地表植被和地表反照率变化的影响,郊区降温率明显大于城区,致使城郊温差增大,热岛效应加强.     

基于水下光场结构的巢湖初级生产力评价

根据2009年6月巢湖32个样点的实测数据以及归一化PAR强度数据,探讨巢湖水体的水下光场结构,并计算该水域的真光层深度,在此基础上结合叶绿素a浓度评价其初级生产力.结果表明,巢湖水体水下光强随着深度的增加呈现出指数衰减趋势,水深1 m处光强只有表层光强的0.07%～15.17%;且不同水深处的光场分布总体呈现出西部湖...     

福州主城区绿色空间不同演化模式对地表温度扰动的影响

为系统总结并量化城市绿色空间的演化模式及其与地表温度扰动的关系,以福州主城区为研究对象,基于Landsat系列遥感数据影像,综合运用遥感反演、空间分析、地统计学分析等方法,研究福州主城区绿色空间演化对地表温度扰动的影响.结果表明:①1993-2013年,福州主城区建设用地显著增加,绿色空间总面积减少了37.60 km2;绿色空间演化由慢转快,而后保持相对平稳.②大面积连片的绿色空间对周边环境具有显著的降温作用.不同类型绿色空间的单位面积变化对其内部地表温度扰动的影响不尽相同,变化幅度为湿地（-1.97℃/km2）>水体（-0.72℃/km2）>林/草地（-0.42℃/km2）.③不同绿色空间演化模式对地表温度扰动的影响大小表现为填充式>边缘式>飞地式.④绿色空间分布随着高程与坡度的变化而有所不同,导致地表温度也呈显著差异.高程为0~30 m和坡度为0~5°区域受人类活动干扰显著,绿色空间分布较少,平均地表温度相对较高.研究显示,城市绿色空间演化的不同模式对地表温度的扰动影响不尽相同,科学梳理城市绿色空间演化规律,合理规划其空间布局,有利于缓解城市热岛效应,使城市向健康、可持续方向发展.      

基于生态系统服务多情景权衡的生态安全格局构建——以大连市瓦房店为例

以辽宁省瓦房店市为研究单元,在评估2000年与2014年的食物供给、NPP、产水量及土壤保持四种典型生态系统服务基础上,引入OWA模型,模拟出研究区2014年生态系统服务优先保护区作为生态源地;利用最小累积阻力模型识别生态廊道与缓冲区,构建研究区生态安全格局。研究表明:（1）2000-2014年,瓦房店市生态系统服务时空变化显著,除产水量外,其他生态系统服务均有所增强。（2）综合考虑生态系统服务保护效率（E_i>1）与权衡度（0.68）,选取情景5下的优先保护区作为瓦房店的生态源地。（3）瓦房店生态源地面积为564.92 km²;生态廊道总长度为642.62 km,一级廊道（220.76 km）纵贯南北,次级廊道（421.86 km）呈网状连通分布离散的生态源地。研究结果可为瓦房店市生态系统可持续管理和土地利用优化提供决策支持。