环境科学基础理论 环境气象学

X16200700051基于遥感的北京市城市化发展与城市热岛效应变化关系研究/王文杰(中科院地理科学与资源研究所)…∥环境科学研究/中国环科院.-2006,19(2).-44~48环图X-6下垫面改变、大量人为热排放及城市区域本身的温室气体排放是导致城市热岛产生的主要原因,城市规模则决定了城市     

济南城市热岛动态变化遥感定量监测及其驱动因素分析研究

城市热岛是城市发展过程中遇到的难题,对人居环境造成较大影响.定量分析研究城市时空演变特征,探究热岛驱动因素,有助于为城市热岛动态变化分析提供技术支撑.论文以济南市为研究对象,采用2000年-2009年间7-8月份MODIS LST数据,分析10年间热岛变化特征.结果表明,10年间,济南城区温度明显高于郊区,热岛效应显著,并且,热核区、特高温区等区域呈现周期性扩张与收缩规律;通过提取2000年及2009年济南市人工表面与植被面积,发现2009年比2000年人工表面面积扩张33.33％,植被减少6.76％,且人工表面扩张与植被减少的区域大部分重合,这对城市热岛形成产生了一定促进作用.另一方面,通过统计分析2000年与2009年人口数量、机动车保有量、烟尘排放量数据,分析济南城市热岛驱动因素,结合城市规划建设,为缓解济南城市热岛提出参考性建议.     

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.      

1993—2012年西安城区城市热岛效应强度变化趋势及影响因素分析

基于西安市及其郊区(县)7 个气象观测站1993—2012 年的气温资料,采用回归分析、Mann-Kendall 等方法分析了西安市过去20 a 城市气温、热岛强度的变化规律,从城市经济发展、城市人口增长、城市能源消费等几方面揭示其与城市热岛效应的密切联系;同时运用灰色理论分析了诸影响因素对热岛强度的相对贡献度,并对西安未来热岛强度变化趋势进行了模拟.结果表明:①西安城区和郊区(县)气温均呈现波动上升的变化趋势,城市热岛强度变化具有明显的阶段性特征,且在2000 年以后发生增强突变;②城市化的发展与城市热岛强度的变化具有密切关系,各要素相互之间呈现高度相关性,说明它们之间存在很强的传递作用;各要素与热岛强度呈现出极显著的相关关系,尤其是人口因素与热岛强度的关系最为密切,是影响热岛强度增强变化非常重要的一个综合性指标;从强度、密度和规模效应上来看,人口密度效应大于人口规模效应,经济密度效应稍大于经济规模效应,能耗强度效应大于能源规模效应;③各影响因素对热岛强度变化的贡献度存在明显差异,贡献程度最大的是常住人口数、常住人口密度和建成区面积,它们是影响热岛强度变化最为直接的因素;其余因素对热岛强度变化的贡献度相对较小,是间接的影响因素;④灰色建模显示,西安城市热岛强度在未来几年将继续呈现增强趋势.     

北京市混凝土搅拌站颗粒物排放特征研究

随着北京市经济发展和人口增长,城市建设规模及居民住房需求加大,全市施工面积不断上升,对商用混凝土的需求量也在逐年增加.混凝土生产过程中会排放大量颗粒物,对周边空气质量造成较大的影响,但目前对其污染物排放的时空特征还缺乏系统研究.本研究采用排放因子法,核算了1991~2012年北京市混凝土搅拌站颗粒物排放量,分析了污染物排放的时空分布特征,采用蒙特卡罗分析方法定量评估了颗粒物排放量不确定性范围,并基于相关经济和环境发展规划,预测了北京市2020年混凝土搅拌站颗粒物排放情况.结果表明:①北京市混凝土搅拌站颗粒物排放在时间变化上呈现"前高后低"趋势在2005年达到最大,此后随着环境管理水平的提高和绿色生产,搅拌站颗粒物排放增长势头得到一定的控制.②在空间分布上,污染排放仍集中在城区,主要为人口活动密集的六环以内,其中又以五环到六环之间最为集中.③通过情景设置和分析本研究认为要使2020年污染排放得到较好地削减,应实施更加严格的绿色生产标准和环境监管.     

投入产出技术在城市环境总体规划中的应用研究

城市环境总体规划不但要统筹城市内部环境要素,还要理清城市主体与外部区域、城市内部产业部门间的关系,避免孤立、静态地看待一个城市。环境投入产出技术能够追朔城市产业部门的体现资源消耗与污染排放（直接与间接）,特别是能够建立城市与外部区域、城市内产业部门的耦合关系,并实现动态变化过程驱动的结构解析。北京市1987年-2007年结构解析显示：1987年-2007年间,需求规模和直接能耗强度是北京市能源消费总量变动的主要影响因素,但需求规模的扩张对能耗增长的正向促进影响效果日趋强劲,而能量消耗强度负向效应却日益减弱。     

基于MSPA和电路理论的京津冀城市群热环境空间网络

快速城市化加剧了城市热环境系统复杂性,严重影响城市生态环境和人居健康.综合地理信息系统、遥感、形态学空间格局分析和电路理论等理论与技术,应用MODIS地表温度遥感数据,定量识别京津冀城市群热岛斑块时空分布特征,划分城市热岛斑块景观类型并分析其时空转移路径.在此基础上,揭示城市群热环境空间网络和关键廊道时空演变过程.结果表明,2020年城市热岛斑块面积为16 610 km²,占研究区面积比例为7.68%. 2005～2020年京津冀城市群热岛面积和斑块数量显著增加.城市热岛斑块类型由2005年孤岛型为主导转变为2020年以核心型为主导.其中,2020年核心型城市热岛斑块主要来源于2005年的非城市热岛斑块、核心型和边缘型城市热岛斑块. 2020年京津冀城市群热环境源地数量和廊道长度、密度及电流密度均高于2005年.通过城市热环境廊道等级分析发现,2020年京津冀城市群热环境敏感型廊道为主要类型. 2005～2020年敏感型廊道增加数量最多.同时,城市热环境廊道系数增加,表征京津冀城市群热环境廊道趋向稳定型发展.最终提出城市热环境空间网络模式并讨论城市热环境主动适应和...     

上海城市地表热环境多时期遥感研究

利用4个时期的上海地区Landsat TM/ETM+影像反演了地表温度.从时间尺度和空间分布两个方面,分析了上海陆域及各区近10年间的热场分布,并采用热岛效应比率进行定量化描述.研究表明,上海的高温区面积在近10年来呈现出逐渐减少的趋势,但在空间分布上具有明显的多中心特征.其中,中心城区、浦东新区、闵行区和宝山区是上海城市热岛的4个主中心,近郊地区则逐渐成为新的城市热中心.随着近10年来上海建成区的迅速拓展,研究区域城市热岛已呈现出明显的多中心化趋势,即多个热中心共同决定了上海的热场分布.因此,为了减缓上海城市热岛的发展,应大力开展这些区域前瞻性的生态建设规划.     

基于RS和GIS的都江堰市热岛效应研究

随着人类社会的发展,城市的规模也不断扩张。持续加速的城市化对城市气候及环境产生了深远的影响。本次研究采用遥感与GIS相结合的方法来分析都江堰市城市热环境的时空变化。根据1994和2007年两个时相的LandSatTM影像提取了研究区的土地覆盖、亮温信息和植被覆盖信息。通过统计分析和空间分析对这13年来都江堰的热岛时空变化及其与土地覆盖和植被覆盖变化的关系进行了深入研究。分析结果表明,城市热岛与城区的空间分布之间存在明显的一致性,与植被覆盖有较强的负相关关系。     

城市热岛缓解措施定量比较研究

城市热岛是城市气象及全球变化研究热点。本文对城市热岛形成机理进行了分析,并且在此基础上提出了缓解城市热岛的三种措施,即:减少人为热排放、增加反照率和城市绿化。本文采用城市陆面模式(Integrated urban land surface model,简称IUM)对不同措施下城市地表温度进行模拟。敏感性分析表明,三种措施都能够不同程度的缓解城市热岛尤其是白天城市热岛。     

Influence of new town development on the urban heat island - The case of the Bundang area

Five new towns have been developed around the Seoul metropolitan area since 1996. However, these new towns generate lots of traffic and related problems in the areas including those new towns and Seoul as a result of increases in population and a lack of ecological-self-sufficiency. Currently, construction of another new town is under deliberation, and what should be a major consider is the notion that the new town be located within a wide, green zone. Many studies have revealed that green space can play an important role in improving urban eco-meteorological capability and air quality. In order to analyze the urban heat island which will be created by the new urban development, and to investigate the local thermal environment and its negative effects caused by a change of land use type and urbanization, Landsat TM images were used for extraction of urban surface temperature according to changes of land use over the last 15 years. These data are analyzed together with digital land use and topographic information. As a study result, it was found the urban heat island of the study area from 198.5 to 1999 rapidly developed which showed a difference of mean temperature above 2.0. Before the Bundang new town construction the temperature of the residential area was the same as a forest, but during the new town construction in 1991 analysis revealed the creation of an urban heat island. The temperature of a forest whose size is over 50% of the investigation area was lowest, and thus the presence of a forest is believed to have a direct cooling effect on the urban environment and its surroundings. The mean temperature of the residential and commercial areas in the study was found to be 4.5 higher than the forest, and therefore this part of land use is believed to be the main factor causing the temperature increase of the urban heat island.     

城市化对青岛夏季海陆风环流影响的个例分析

基于分辨率为500 m的青岛地区下垫面土地利用资料,利用中尺度大气数值模式Weather Research& Forecast(WRF),模拟分析了不同城市下垫面情形下,2007年8月4-5日青岛地区的一次海陆风过程.控制试验和干农田下垫面及城市下垫面两个敏感性试验都模拟出了海陆风的转换过程及城市小风区和城市热岛现象.模拟分析结果表明,城市化进程下城市区域气温明显升高,增温幅度为1～2℃,高密度城市下垫面造成的城市热岛效应增大了海陆温差,加强了海风,青岛城市热岛环流受海陆风影响显著;干农田地貌与灌溉农田、林地下垫面相比,不利于局地降温,但与城市下垫面相比,有效地加强了近地面风速.     

基于TM数据的自贡市热岛时空变化研究

热岛效应是城市化对城市环境影响的一个重要特征.为了研究自贡市10年来城市化进程对热岛效应的影响,采用TM数据与GIS相结合的方法定量分析城市地表温度的时空变化.根据2000和2009年两个时相的LandsatTM影像本文提取了研究区的地表温度以及土地覆被信息,在此基础上对这10年来自贡地区的热岛时空变化及其与植被、建筑用地变化的关系进行研究.分析结果表明,研究区地表温度与植被、建筑用地之间存在明显的相关性.     

基于TM影像的城市地表湿度对城市热岛效应的调控机理研究

论文以探究城市热岛效应调控机理为研究目的,以徐州地区1985-2010 年夏季四期Landsat TM影像为研究数据,应用单窗算法、K-T变换、空间叠加分析以及缓冲区分析等研究方法,对徐州市城市热岛时空变化特征进行了反演,重点对徐州市城市热岛强度的调控机理进行了分析并提出了通过K-T变换提取表示城市建成区内部植被与水体覆盖程度的城市地表湿度(ULSW)这一新指标.研究结果显示:城市地表湿度显著区对城市热岛效应起到了有效的调控作用,并且随着城市地表湿度值的提高,区域内部以及周围环境的温度都会随之下降.城市地表湿度指标对于城市热岛效应的调控水平具有一定的代表意义.     

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.      

北京土地利用/覆盖变化机制研究

利用７０年代、８０年代和９０年代（ＳＰＯＴ）３个时段北京市土地利用资料进行土地利用／覆盖研究,分析其变化机制。北京土地利用变化的形式主要以轴向扩展、卫星城建设、工厂郊迁、郊区大型中价商城建设、郊外别墅区等为主,土地覆盖变化的主要形式有：①内城更新与改造;②商贸街的重建;③粗放型用地向集约型用地的转变。     

南通地区城镇用地扩展时空特征分析

以多时相LandsatTM/ETM卫星遥感影像为数据源,引入扩展速度、扩展强度、分维数、空间自相关指数等测度指标,分析了南通地区各类城镇的用地扩展过程、形态变化、结构分异及空间格局等时空特征。结果表明:①各类城镇用地扩展速度逐渐提高,扩展强度逐渐加大;②区域城镇用地扩展在1980年代以中心城市扩展为主,1990年代以后则以县(市)城和建制镇用地扩展为主;③因区域城市化进程加速和自然条件的影响,城镇用地分维数呈现逐渐增大的趋势,表明城镇用地的形态越来越不稳定;④城镇用地扩展主要以中、低速扩展类型为主;⑤城镇用地扩展速度、扩展强度的空间自相关性偏弱,但个别类型也呈现出集聚分布的趋势,如扩展速度的高值区域呈现出一定的临江和沿交通干线分布的特征,扩展强度的高值区围绕中心城市分布。     

近20年来重庆市主城区地表热岛的时空变化

为了揭示快速城市化地区热岛的时空变化特点,以重庆市主城区为例,利用1988─2009年共5个时期的TM/ETM+影像反演地表温度,分析了地表热岛和相对热岛强度的空间格局及其变化趋势. 结果表明:近20年来地表热岛的空间格局经历了集聚→较集聚→集聚的演变过程,热岛逐渐由重庆市老城区向外围城市组团转移;最大的相对热岛强度总体呈先增大后减小的变化趋势;老城区的相对热岛强度明显减弱,外围新兴城市组团相对热岛强度显著增加,沿长江和嘉陵江的开发建设导致滨江带相对热岛强度明显增强;相对热岛强度增强幅度与减弱幅度基本相当,大部分地区的相对热岛强度变化较平缓.相对热岛强度及其时空变化与重庆市扩张十分吻合,具有显著的城市组团式特点.      

上海市城市化进程中热环境响应的空间评价

利用Landsat TM/ETM+ 遥感数据解译与反演得到上海市1997~2009年的土地利用/覆盖类型图及热岛强度分布图,并分析其演变趋势,引入温度-植被指数(TVX)并采用TVX空间法定量研究了以建设用地扩张、生态用地减少为特点的城市化过程引起的热环境效应.研究表明,1997~2009年,上海市人口呈现从中心城至郊区的流动趋势;热岛强度分布与城市化建设密切相关,呈现“葫芦串-葡萄串-摊大饼型”的蔓延模式;以牺牲生态用地为代价的建设用地扩张造成研究区域地表温度的上升及植被覆盖度的下降,其中林地减少所引起的热环境效应最大.研究可为城市规划决策过程中不同城市化空间的拓展情景提供其可能的环境响应结果,从而完善气候变化适应性对策,推进城市生态系统的可持续发展.