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.     

石家庄地区气温变化和热岛效应分析

选用石家庄地区17个气象观测站40年(1961-2000年)的平均气温资料,应用气候学、气候统计中的数学方法,对该地区的气温变化状况和城市热岛效应特征进行了分析.结果表明:40年里石家庄地区气温呈上升趋势,1981年是气温升高的显著跃变点;石家庄城市热岛效应明显,40年里热岛强度平均为0.59 ℃;其平均增温率为0.006 6 ℃/a,尤其是20世纪80年代以后,热岛强度增加趋势明显,1981-2000年热岛强度平均值较1961-1980年平均值升高了0.10 ℃;石家庄市热岛强度的增加与市区已建成区面积扩大有密切的关系.      

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。     

瑞安市气温历史演变特征及城市热岛强度研究

为了解瑞安市近40a气温变化特征及城市热岛效应,首先对1980—2017年瑞安气象站年平均气温、年高温日数等物理量进行统计、对比分析,然后分别采用气象站实测资料与LANDSAT-TM遥感资料对瑞安城市热岛效应进行分析验证,研究结果表明:①瑞安站近38a来气温整体呈明显上升趋势,以2000年为界,近18a较前20a平均气温上升0.7℃,极端最高温度、最高平均温度上升1.2℃,年高温日数增幅达160%;近10a城区代表站年平均气温也呈上升趋势;②利用气象站实测资料直接计算,近10a瑞安市热岛强度有所增强,以2017年为例,热岛强度在6—8月有明显的增强现象;③利用LANDSAT-TM遥感资料反演得到城市地表温度的连续变化后,获得的城市热岛强度与气象站直接计算空间分布趋势一致;④遥感监测结果表明,近40a来瑞安市主城区热岛强度明显增强,强热岛区主要集中在人口较为聚集、建筑较多的中心街道、工业园区等地,山区、水体、绿地呈现冷岛。可见,人类活动及工业生产与城市气温升高密切相关,而水体和山区植被可以有效地降低其附近地温和缓解热岛,是城市气候的调节器。     

西北中等城市热岛效应变化特征——以天水市为例

为探索西北部中等城市的城市热岛效应规律,利用2004—2010年天水市城、郊自动气象站资料,对天水市城、郊温度差异进行了系统分析。结果表明:天水市城区热岛效应比较显著;冬季是热岛现象最强的季节,夏季是热岛现象最弱的季节;城区热岛现象持续时间为18:00—10:00,占全天的2/3,最大强度达1.5℃;城区凉岛持续时间为11:00—17:00,占全天的1/3,最大强度为0.3℃;地面温度城、郊差比气温更大,40cm以下城区地温全年大于郊区;降雪日及连阴雨天气的中后期,城区基本上维持凉岛;强降温天气下,城、郊气温变化基本一致,差别不大。     

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.      

工矿城市地面热场的遥感调查及其对大气污染的影响

以山西省晋城市为例,采用航空热红外扫描方法获取冬季清晨（５：３０－６：３０）和中午（１３：３０－１４：３０）２个时相的图象信息,以地面同步辐射温度数据作为温度定标,进行图象的量化、几何纠正、热场分类等数字图象处理,求取该市的地面热场强度,从而得出清晨整个城市的热岛效应十分明显,而中午热岛现象不明显,地面辐射温度差２个时相均为１０℃左右。根据低空气温和下垫面辐射温度,建立了２省之间的线性关系,并由此     

深圳西部地区城市热岛景观格局季节演变特征分析

文章以深圳西部地区为研究对象,利用2004年4景Landsat5 TM影像数据对不同季节的地表温度进行定量反演和分级,在此基础上应用景观格局指数对城市热岛景观格局的季节演变规律进行分析。结果表明:深圳西部地区热岛景观斑块的强度等级、规模、形态随季节产生明显变化,从高等级(4、5、6级)热岛景观斑块规模来看,热岛强度冬季最大、春夏次之、秋季最弱;在冬季至秋季期间,高等级热岛斑块破碎化程度降低呈团聚分布趋势,从而使得整体景观层面上大型斑块增多、景观结构渐趋于简单、景观总体异质性下降;在景观类型转化方面,冬季至秋季期间各级热岛斑块均存在较大程度的转移,主要表现为高等级热岛景观向低等级(1、2、3级)热岛景观转化。上述研究成果可以为城市热污染源调查、制定有效的热岛效应缓解措施提供参考依据。     

发展中城市地表热环境与下垫面关系研究

快速发展的中小城市具有与发达城市不同的热环境特征,对其研究有助于理解热岛形成的过程阶段。以2009年、2014年的Landsat影像,通过单窗算法反演快速发展的滨城区的地表温度并提取NDVI、NDBI、MNDWI指数,对城市热岛、冷岛效应及其与下垫面关系进行定性、定量分析,结果表明:滨城区夏季热岛效应明显,地表温度建筑用地耕地林地水体,冬季呈现冷岛效应,地表温度耕地林地建筑用地水体;作为下垫面重要表征组分的植被、水体对改善城市热岛效应有积极作用,不透水面增加会加剧热岛效应,且温度影响效果建筑用地植被水体。城市环境中的气候因素、人为因素和下垫面特性都是热岛、冷岛形成的重要原因,随城市发展,热岛增强,冷岛减弱。     

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.      

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.     

利用气象卫星诊断沈阳地区的城市热岛

本文应用美国TIROS——N/NOAA极轨气象卫星资料,诊断沈阳地区的下垫面温度场,诊断结果表明晴空条件下城市的地表温度均高于郊区,存在着明显的城市热岛现象;热岛的强度与城市内部土地使用状况有关,河流水域在夏、秋季对城市热岛有较强的缓解作用;热岛的强度和范围随季节变化.     

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landsat8数据京沪穗地表热环境评估研究

为了揭示快速城市化地区热环境的特点,以京沪穗为研究区,利用landsat8和GDEM数据,分别对3个城市的热环境进行分析,并对北京市进行下垫面分类,分析了不同下垫面对地表温度的影响,研究了北京市DEM和归一化植被指数与地表温度的关系。结果表明:地表温度与归一化植被指数和海拔高度均表现为明显的负相关关系,R2分别为0.651和0.580。北京、上海和广州均存在不同程度的热岛效应,热岛主要存在于城市建成区,并由市辖区向外辐散。上海市强热岛面积比例最大,广州市强热岛面积比例最小,热环境优劣顺序为广州、北京、上海。     

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。     

珠江三角洲城市群城市碳平衡仿真模拟分析

碳平衡目标的实现,有利于国家新型城镇化建设,推进我国生态文明建设和可持续发展战略。基于珠江三角洲城市群中9个城市2009—2012年化石燃料消耗量和植被面积数据,利用系统动力学模型模拟计算珠三角城市群各城市碳排放量和碳吸收量,并分析各城市碳平衡的演化规律;采用灰色预测DMG(1,1)模型构建城市碳平衡预测模型,利用AnyLogic软件仿真模拟了2009—2018年珠三角城市群各城市碳平衡的变化规律。结果表明:珠三角城市群各城市的碳排放量增长迅速,而碳吸收量增长缓慢;各城市碳平衡值将处于零值以下,其中中山市碳平衡值最高,广州市碳平衡值最低;各城市碳平衡值将逐年下降,其中惠州市、珠海市降幅最大;邻近城市间的碳平衡值的演化轨迹相似。针对珠三角城市群各城市碳平衡的发展趋势及其存在的问题,提出了提升各城市碳平衡水平的可行性对策与建议。     

风速及风向对城市热岛强度的影响研究

为研究气象参数风对城市热岛效应影响,利用2008—2013年长沙气象局提供的相关气象数据,采用统计方法,首次研究了风速和风向对热岛强度分布规律的影响。结果表明:长沙热岛效应主要发生在晚间;热岛强度值随风速的增大而降低;处于顺风方向上的南北方向,两者热岛强度的差值随风速的增大而逐渐减少;处于与风向垂直方向上的东西方向,两者热岛强度的差值不受风速大小的影响。气象参数风对城市热岛强度和空间分布影响显著。     

人为热对广州高温天气影响的数值模拟个例分析

基于广州市2009,2000和1990年工业、交通、生活能源统计数据,通过能源清单法估算出广州市对应年份的人为热排放量,再通过在WRF模式中引入2009,2000和1990年的下垫面数据和人为热排放方案,对2005,2012和2017年广州市的3次持续高温过程进行模拟,从而评估不同年代人为热排放水平对广州市极端高温天气的影响.结果表明,模拟的2m气温较为准确,能合理模拟出城市地区的热岛效应,但对极端高温的模拟略有偏低,而引入人为热有助于改善模拟结果.在case2012中,2009,2000和1990年3种人为热排放水平使广州城市下垫面的平均气温分别上升0.53,0.44和0.13℃,热岛强度增强0.43,0.38和0.13℃.3个模拟个例的结果均表明,日间的人为热排放比夜间大,但夜间气温及热岛强度的变化比日间要明显.     

沈阳市热岛动态及其影响因子分析

对沈阳市1960-2006年的热岛效应及其驱动机制分析表明：沈阳市热岛强度表现为春季最大,夏、冬季次之,秋季最小。春、夏、秋、冬季热岛强度的年均值分别为1.0℃,0.8℃,0.6℃和0.7℃,其热岛强度增幅分别为0.23℃/10 a、0.33℃/10 a、0.30℃/10 a和0.23℃/10 a。沈阳市热岛强度的年均值达0.84℃,增幅为0.27℃/10 a。驱动沈阳市热岛强度的主要因素为城市人口数量（相关系数r=0.88）和城市绿地覆盖率。当城市绿地覆盖率超过30%时,城市热岛强度与城市绿地面积呈负相关,相关系数r=-0.74。