巢湖流域地表热环境与景观变化相关分析及其尺度效应

基于Landsat ETM+/TIRS影像数据,采用大气校正法反演巢湖流域地表温度,分析2000~2013年的流域地表热环境效应演变规律,通过5个尺度的网格化采样,在不同幅度水平上定量分析LST与下垫面景观的相关性及其尺度效应.结果表明:2000~2013年,巢湖流域LST高强度区域主要以合肥市区为集聚中心并向城市周边蔓延,低强度区域逐渐缩小,流域地表热环境效应增强.LST与下垫面景观结构相关关系分析表明,建设用地景观是流域热环境效应的主要原因,而水体、林地景观可有效抑制地表温度;景观格局对热环境效应影响显著,建设用地与农地景观的破碎度、分离度指数与LST呈极显著负相关,而林地、水体景观的破碎度和分离度与LST呈极显著正相关;LST对景观优势度的影响最敏感,建设用地优势度与LST呈极显著正相关,而林地、水体优势度增加则能有效降低地表温度.探索性空间数据分析(ESDA)及尺度效应分析表明:巢湖流域地表热环境具有显著的空间聚集性,且LST空间格局具有明显的尺度效应,巢湖流域地表热环境效应相关研究的适宜幅度域为2~4km.通过规划合理配置林地和水体景观类型资源,加强建设用地增长调控,优化景观格局是抑制流域地表热环境效应的主要对策.     

1989~2015年海口城市热环境与景观格局的时空演变及其相互关系

利用1989,1999,2007和2015年的4期Landsat 5TM/8OLI-TIRS遥感数据,综合应用遥感、地理信息系统、景观生态学和统计分析相结合的方法,探讨海口城市热环境与景观格局的时空演变关系.结果显示,1989~2015年间,海口城市陆地表面温度（LST）总体呈逐步上升的趋势.城市热岛面积逐步扩大,空间质心向西南方向转移,且在2007年以后转移速率明显加快;冷岛质心则向东部生态核心区转移.城市LST较高的区域往往与不透水表面分布一致,较低的LST与绿地或水体分布一致.4期绿地的平均LST比不透水表面低4.17℃,其中2015年绿地景观类型百分比（PLAND）每增加10%导致LST下降0.57℃;不透水表面每增加10%,LST则上升0.78℃.不同时期绿地和不透水表面的平均LST与PLAND、最大斑块指数（LPI）、聚集度指数（AI）均表现为一致的极显著相关关系,且相关性逐年增强,其中绿地为负相关,不透水表面为正相关;景观斑块的大小和聚集程度对城市LST有较大影响.研究结果可以拓展对城市热环境与景观格局时空演变关系的认识,为城市规划和决策者提供参考.     

基于多层感知器模型的MODIS地表温度降尺度研究

LST（land surface temperature,地表温度）是一个极为重要的自然地理参数,能够表征地球表层系统的多个自然地理过程,同时与人类生产生活密切关联.为解决LST获取中时空分辨率不能自动互补的问题,以北京市为研究案例区,构建MLP（multilayer perceptron,多层感知器）模型,对MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）1 km LST数据进行降尺度研究.结果表明:预测白天LST的MLP模型的训练、测试和整体决定系数分别为0.810、0.796和0.807,预测夜间LST的MLP模型的训练、测试和整体决定系数分别为0.702、0.705和0.701,预测残差值均服从正态分布,构建的模型可靠性较高.与回归模型和支撑向量机等模型相比,MLP模型具有拟合优度高、误差小等优点,此外,MLP模型测试数据集的拟合度也较高,说明模型的泛化推广能力较强.MLP模型的LST降尺度结果能够清晰地反映下垫面地表热环境的空间异质性和昼夜差异.平原地区的建设用地区为LST的高值区,山区远郊县为LST的低值区,白天LST显著高于夜间LST.将TM影像反演的LST的空间分辨率聚合到250 m,使之与MLP模型的LST降尺度结果的空间分辨率相同,并通过随机采50 000个样点比较TM影像反演的LST和MLP模型的LST降尺度结果.检验结果表明,尽管二者在具体数值上有些差异,但其空间结构高度相似,协方差为正,相关系数可达0.730,误差呈现正态分布.研究显示,人工神经网络模型在LST降尺度方面具有较大的应用前景.      

关中平原城市群夏季城市热岛特征及驱动力

以2001~2017年夏季长时间序列的MODIS地温产品及相关数据为基础,使用Mann-Kendall非参数检验与Sen’s斜率分析法揭示了关中平原城市群地表热环境的时空变化趋势,利用主成分分析法构建城市热环境指数（UTEI）来表征地区热环境的优劣,借助地理探测器对影响地表温度（LST）的主要因子进行驱动力分析.结果表明,关中平原城市群2001~2017年间夏季白天平均LST为29.3℃,夜晚为18.3℃,白天和夜晚LST的变化率分别为-0.053和0.026℃/a,白天的降温幅度略高于夜间的增温幅度.地表热岛强度（SUHII）在17a间呈上升趋势,白天的增长速率大于夜间,老城区的SUHII大于新建城区.UTEI与LST之间存在显著的负相关,白天（P<0.05,R²=0.850）和夜晚（P<0.05,R²=0.624）都表现为二次曲线关系.因子探测分析表明,地表干度指数（NDBSI）、高程（DEM）与增强植被指数（EVI）是白天LST空间分异的主控因子（q>0.6）,夜晚LST受夜间灯光、DEM与气溶胶光学厚度（AOD）的影响更大（q>0.4）.交互探测结果显示,DEM与NDBSI之间的交互效果在白天最好,DEM与夜间灯光之间的交互作用在夜间最大,任意双因子之间的交互作用优于单一因子的作用效果.本研究对于加强关中平原城市群地表热环境的监测与评价具有重要指导意义.     

不同尺度土地利用方式对鄱阳湖湿地水质的影响

基于鄱阳湖湿地30个采样点的实测水质数据,分析鄱阳湖湿地水质的现状及其与周边不同尺度土地利用方式的相关性.结果表明,鄱阳湖湿地水质介于Ⅲ类至Ⅴ类之间,平均处于Ⅳ类的状态.湿地水体主要污染物是总氮（TN）和总磷（TP）,叶绿素a（Chl-a）质量浓度和高锰酸盐指数值相对较低.不同尺度的土地利用方式与水质参数之间均存在显著的关联性,500 m缓冲区内的土地利用方式对高锰酸盐指数空间分异的解释度最大,而1 km缓冲区对Chl-a、TN、TP及总体水质空间分异的解释度最大.缓冲区尺度的土地利用方式对水质的解释度要高于小流域尺度.居民用地与所有水质参数呈显著正相关,耕地与TN、TP呈显著正相关.200 m缓冲区内的河流与TN、TP呈显著正相关,表明河流入湖口附近采样点的氮磷质量浓度较高,河流输入可能是鄱阳湖氮磷的重要来源.湖泊与Chl-a、TN和TP之间呈显著负相关,表明相对于鄱阳湖的主湖区,周边湿地起着污染物"源"的作用.该研究表明,控制小尺度（≤ 1 km）的土地利用格局、特别是居民用地和耕地的面积占比及河流污染物输入对于鄱阳湖的水质保护十分重要.     

昆明市不透水表面扩张与PM2.5质量浓度变化相关性分析

为分析城市化进程导致的城市生态环境问题，采用不透水表面覆盖率（impervious surface coverage，ISC）作为宏观地理指标表征昆明市城市化水平，以ρ（PM_2.5）反映城市化进程带来的大气环境问题，基于不同空间尺度和空间数理统计研究了ISC与ρ（PM_2.5）的对应关系.结果表明:2000-2015年，昆明ISC从9.36%增至16.37%，ρ（PM_2.5）年均值从17.12μg/m3增至28.63μg/m3，并且二者空间分布总体一致.从乡镇尺度分析，乡镇ρ（PM_2.5）和ISC具有显著空间自相关性，二者2015年Moran's I指数分别为0.58和0.29（P < 0.001），具有显著正相关性（R2=0.803，P < 0.001）.当乡镇ISC>5%时，有58.14%（25/43）的乡镇已污染[ρ（PM_2.5）>25μg/m3]；当乡镇ISC>10%时，有71.43%（25/35）的乡镇已污染；当乡镇ISC>25%时，有100%（26/26）的乡镇处于污染状态；但当乡镇ISC < 5%时，所有乡镇的ρ（PM_2.5）都低于25μg/m3.从站点尺度分析，所有站点旱季比雨季污染严重；主城区站点（ISC高）比城郊区站点（ISC低）污染严重，其中前者季节变化为冬天>春天>秋天>夏天，后者为春天>冬天>夏天>秋天；站点缓冲区ISC与ρ（PM_2.5）的相关性显著（R2=0.893，P < 0.001）.研究显示，未来中国新型城市化建设中应当考虑城市不透水表面比例和空间分布，保证新型城市拥有足够的绿色空间，建设生态城市.      

城市尺度污染贡献敏感性三维空间分布研究

利用空气质量模型CAMx的源识别模块,建立了城市尺度污染贡献敏感性三维空间分布方法. 以重工业城市唐山为例,设置9 km网格分辨率的基线情景及4层网格（地面,70,130和200 m）且逐层递增1 000 t/a二氧化硫排放量的情景,对2006年1月区域贡献敏感性矩阵进行数值模拟分析,得出小时分辨率的各层网格对全局（整个唐山市）及局部（唐山市市区）控制区域的污染贡献系数矩阵,并利用统计分析及GIS可视化技术,对城市尺度污染贡献的敏感性进行了三维空间演变分析. 结果表明,基于CAMx的城市尺度三维污染贡献敏感性方法可以在空间上定量不同高度网格对整个唐山市的垂直污染贡献差异,并实现了对模拟结果的直观显示,为城市尺度的空气环境规划与管理提供了依据.      

城市空间格局与热环境响应关系：以合肥市区为例

随着城市不断扩张,区域的地表覆盖类型发生转变,大量自然景观被人造景观所替代,环境温度随之上升.研究城市空间格局与热环境之间的响应关系,对于改善生态环境、优化城市空间布局有一定的指导意义.基于合肥市区2020年的Landsat 8系列遥感影像数据及ENVI和ARCGIS等分析平台,采用皮尔逊相关性与剖面线反映两者之间的关联性,再选取关联性最大的3个空间格局组成要素构建多元回归函数,以探究城市空间格局对城市热环境的影响及其作用机制.结果表明：(1) 2013～2020年间,随着时间推进,合肥市高温区明显增加.对于不同的季节,热岛效应呈现出夏季>秋季>春季>冬季.(2)中心城区内,建筑占比、建筑高度、不透水占比和人口密度明显高于郊区,而植被覆盖度呈现出郊区高于城区,且在城区主要呈现出点状分布,水体呈不规则分布.(3)城市高温区主要分布在城区各类开发区内,而城区内其他地方则以中高温及以上温度分区为主,郊区以中低温为主.(4)各要素的空间格局与热环境之间的皮尔逊系数为正相关的有建筑占比(0.395)、不透水面占比(0.333)、人口密度(0.481)和建筑高度(0.188),负...     

天津市热环境时空演变及影响因素分析

随着城市化进程加快,城市热环境发生显著变化,对人类活动造成很大影响。为探究天津市城市热环境时空变化及其影响因素,基于2005—2020年四期Landsat遥感数据,利用辐射传输方程法反演地表温度,计算城市热岛比例指数,用标准差椭圆法分析城市热环境发展和布局,利用地表温度并结合土地利用分类研究城市地物覆盖类型与地表温度的响应关系,并采用地理探测器探究高程、绿地、建筑用地和水体对地表温度变化的影响差异。结果表明：天津市热岛足迹沿主干道由市内六区向环城四区发展,天津城市热环境呈现先增高后降低的趋势;由标准差椭圆分析可知,城市热岛呈现发展主轴维持在东北—西南方向,整体空间格局呈现放射状分布;天津市中心城区建筑用地面积占比逐年增加,水体面积占比逐年降低,各类型地物平均温度排序为：建筑用地＞绿地＞水体;地理探测器分析表明：NDBI和NDVI是影响地表温度变化的主要因子,NDVI和MNDWI对LST交互作用最强,是城市热环境驱动作用最强的因子组合。     

密云水库上游白河地表水质对不同空间尺度景观格局特征的响应

基于密云水库上游北京境内白河段9个监测断面的水质数据,利用多元统计分析方法分析不同空间尺度（100、200、300、500和1000 m）河岸带缓冲区土地利用景观格局特征与水质总氮（TN）和总磷（TP）的关联性,识别水质对景观特征响应的最佳缓冲区尺度.结果表明,密云水库上游北京境内白河周边土地利用景观格局对水质的影响随着河岸缓冲区不同宽度的变化而不同,在河岸小尺度缓冲区表现得更明显,对水质TN和TP空间分异解释的最佳尺度分别为300 m和100 m河岸缓冲区.300 m缓冲区尺度,耕地斑块密度和草地聚集指数是影响河流TN的主要指数.100 m缓冲区尺度,城乡居民点面积比例对河流TP影响显著.该研究表明,优化河岸缓冲区300 m宽度范围内的景观格局,特别是耕地和林草地的合理配置提高农业景观的连通性和聚集度以及岸边城乡居民点面积与污染物排放控制,对于改善北京境内白河段河流水质的生态功能和保障密云水库饮用水安全十分重要.     

景观格局类型对热岛效应的影响——以福州市中心城区为例

以“火炉”城市之一福州市为例,运用RS与GIS技术、半变异函数分析等方法,以2009年、2018年Landsat TM/OLI系列影像为数据源,从城市尺度分析了景观格局与城市热岛的关系,从景观格局特征尺度分析了景观格局类型对热岛效应的影响.结果表明：从2009年、2018年9个景观格局指数计算结果显示福州市中心城区景观格局破碎化程度增加;2009年与2018年的景观格局特征尺度分别为3600m,2500m,表明后者的景观格局更为丰富;虽然主城区的热岛效应得到了一定缓解,但城市热岛的范围逐渐扩大,八个新城分别成为了新的热岛中心;不同景观格局类型的热岛效应的严重情况依次为：纯人工本底格局 > 人工本底的散布格局 > 人工本底的指状、网络格局 > 自然本底的指状、网络格局 > 自然本底的散布格局 > 纯自然本底格局.研究以期通过细化景观格局研究尺度,为具有热岛降温作用的景观格局提出优化的方向.     

城市景观格局时空特征的热环境效应研究——以广州市花都区为例

1999-2009 年,广州市花都区经历了经济腾飞的10 a,不断变迁的城市景观格局时刻影响着热环境的分布.论文基于Landsat TM/ETM+遥感数据,获得地温反演图和土地利用类型图.采用均值-标准差法划分热力等级以分析热力重心变化,并与建设用地重心变化作对比.通过移动窗口得出可视化的景观指数,指数刻画包括景观多样性和建设用地密度、形状和分布状况,进而分析景观指数与地温间的相关性.研究结果表明:区内南部受人类活动影响最为剧烈;土地利用类型并非是影响地温分布的唯一因素;区内城市景观格局多样性与地温虽存在正相关关系,但随着多样性程度加剧且各组合面积比例均匀,降低了两者相关程度;建设用地面积比例、分离度与地温的相关关系较为稳定,且比例较高或分离度较低的所在区域通常为高温区;建设用地平均分维指数与地温的相关性随着其形状的复杂性加剧和分布范围扩大而降低,即影响了高温形成的程度.     

景观格局对河流水质影响的尺度效应Meta分析

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4 041条研究数据,采用Meta分析法定量分析了不同尺度下景观格局对河流水质的作用特征,识别了影响河流水质的关键时间和空间尺度以及景观指数.结果表明,相对于降水事件、平水期和年际尺度,丰水期下景观格局对河流水质的影响最大;相对于流域尺度,缓冲区尺度的景观格局对河流水质的影响更大;丰水期-缓冲区尺度是景观格局影响河流水质的关键时空耦合尺度.与耕地、水域、草地以及流域整体景观相比,林地和城镇用地的景观格局对河流水质的影响更大;破碎度是影响河流水质最重要的景观格局因子.在河流水质治理中,应重点考虑缓冲区的景观配置,增加缓冲区林地面积、减少林地和水域的斑块密度和减少城镇用地的面积占比和聚集度,以有效保护河流水质.     

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.      

景观生态学在国土空间治理中的应用

鉴于当前国土空间治理面临复杂的人类活动与自然环境相互作用而产生的生态风险与空间利用问题,基于景观生态学学科特质与生态文明建设要求,对当前国土空间治理工作进行梳理,归纳了明确的生态系统服务定位、高效的建成空间结构、适宜且多样的产业发展支撑、多等级的生态系统服务与安全保障等国土空间治理需求。同时,整合区域时空信息的理论基础与分析手段,提出景观生态学在国土空间治理中应落脚于：（1）识别并统一不同空间尺度的治理单元;（2）辨析并评估景观功能的空间分异;（3）构建基于生态风险防范的区域景观格局; （4）识别集约高效的城乡协调发展格局;（5）提出尺度联系的绿色发展架构;（6）明晰多级多样的生态保障方案。     

鲁东山区流域景观格局与面源污染关联关系

基于实地监测和3S技术,以鲁东低山丘陵地区栖霞市为研究区,采用Spearman相关、非约束性PCA、对应典范分析（CCA）等方法,研究不同流域尺度下景观格局与面源污染的关联关系。结果表明：（1）研究区景观格局空间分异明显,在特征尺度下农用地和建设用地斑块较为破碎,林地、园地斑块聚集性强。（2）研究区河流面源污染物主要以TN为主,EC、COD污染次之,主河道出水口为污染较为严重的区域。（3）景观格局对水质的影响丰水期要大于平水期,TN和EC对土地利用类型面积比例和景观格局指数的变化最为敏感。（4）平水期河岸带尺度下景观格局对TN影响最大的为斑块密度,EC受景观边缘密度影响最大,小流域尺度TN受景观蔓延度影响最大,COD与景观多样性关系密切;丰水期河岸带尺度景观多样性对TN影响最大,EC受斑块聚合度影响最大,小流域尺度影响TN最大的因素与平水期一致,EC与景观蔓延度关系密切。（5）小流域景观类型水平下,TN主要受林地斑块密度影响,TP与耕地散布与并列指数关系密切;丰水期TN受林地散布与并列指数影响显著,TP对林地平均分维数变化敏感,EC受草地聚集性影响最大。本文分析了研究区景观格局与面源污染空间分布特征,探讨了两者在不同尺度下的相关性,可为栖霞市水土资源可持续利用提供科学依据。     

基于最优粒度的城市热环境与景观特征耦合分析

综合Landsat和国产高分2号遥感影像反演地表温度、划分地表覆被类型,通过划分100m×100m~1000m×1000m等多个网格单元,分析北京市五环内热环境影响因素的粒度效应;并基于最优粒度分析城市景观组分和构型特征与热环境特征的相互关系.结果表明：随粒度增加,网格单元内平均地表温度和不透水地表（IS）、植被水体（GWS）面积比的相关系数先减小后逐渐上升,相关系数在600m×600m处趋于平缓,说明北京市五环内热环境对景观的响应特征在此粒度下最敏感;基于最优粒度的1796个网格中,温度平均值（T_m）与不透水地表面积比（0.723）、植被水体面积比（-0.715）显著相关,温度标准差（T_s）与不透水地表面积比（-0.051）、水体面积比（0.054）显著相关;网格内主导景观类型占比达到一定程度后,其占比增加或减少会导致热环境迅速变化;基于IS和GWS景观格局与热环境的相关分析显示,T_m与不透水最大斑块指数（LPI_IS）（0.665）、植被水体结合度指数（COHENSION_GWS）（-0.547）相关性最显著,当网格内GWS占比大于40%时,植被水体斑块面积越大、空间连通性越高,越有利于改善热环境.     

城市空间结构对城市热场的影响—— 以济南市夏季为例

建筑是城市空间结构的主要构成要素,其在空间上的立体拓展,不但改变着城市下垫面,也影响着城市空间的能量平衡和空气流动,进而对城市热场的分布产生影响.文章以济南市中心城区为研究区域,基于Landsat 8遥感影像数据,首先使用大气校正法反演城市地表温度,以此表示城市热场,并基于建筑、绿地和水体构建多维城市空间结构指标体系;...     

浑太河流域多尺度土地利用/景观格局与水质响应关系初步分析

选取浑太河流域为研究对象,采用GIS、相关性分析、多元线性回归分析等多种数理统计分析技术,从子流域和河岸缓冲区尺度分析了土地利用、景观格局对河流水质的影响。结果表明:农业用地面积比例在子流域和1000m河岸缓冲区尺度与NH4+-N、TN、BOD5和COND呈正相关;林地用地面积比例在子流域尺度和河岸缓冲区尺度均与CODMn呈负相关,在300m、400m、1000m河岸缓冲区尺度与TN呈负相关,在1000m河岸缓冲区尺度与COND呈负相关,在子流域与1000m河岸缓冲区尺度与NO3-呈正相关;草地在子流域尺度与NH4+-N、TN、TP、Chl、CODMn呈正相关;建设用地面积比例在子流域尺度与BOD5、COND、TN呈正相关。CONTAG在河岸带缓冲区尺度与COND、TN呈正相关,在子流域和河岸缓冲区尺度与均CODMn均呈正相关,在河岸缓冲区尺度与NO3-呈负相关;PD在子流域尺度上与TN呈正相关,ED在子流域尺度上与NO3-呈正相关,与NH4+呈负相关;SHDI在子流域与河岸缓冲区尺度与NO3-均呈负相关。相对于河岸缓冲区尺度,土地利用类型在子流域尺度上对水质的影响更为显著,表现在调整判定系数Adjusted R2更大。而景观格局指数中对水质影响最大的是CONTAG,相对于子流域尺度,CONTAG在缓冲区尺度上影响更为显著。