城市环境中遥感技术的应用研究

对遥感技术在环境研究中的应用进行了探讨,明确了环境监控与遥感监测技术的关系,介绍了遥感技术在城市环境监测中的应用,对城市热岛效应调查情况、城市水体污染监测情况和对城市环境调查监测情况进行了分析;探讨了遥感技术在城市绿地的研究与应用,对绿地覆盖率调查及绿地的三维量估算、对城市绿地景观格局分析研究和城市绿地景观设计及管理问题进行了总结,给出了遥感技术在环境监测中的作用,为遥感技术在环境研究中的进一步应用提出建议.     

遥感技术在城市环境影响评价中的应用

从遥感技术应用入手，介绍遥感技术在城市结构、城市热环境、水污染、绿地调查、环境规划方面进行应用取得明显的效果。指出遥感与地理信息系统结合前景更广阔。     

京津冀城市群土地利用变化对热环境的影响研究

基于2000和2015年两期土地利用数据,运用WRF模式（Weather Research and Forecasting Model）模拟与数理统计方法,设计4组城市气温对比方案,定量模拟京津冀城市群土地利用时空格局变化对区域热环境的影响。结果表明： 1）2000—2015年城市群建设用地增加2 840 km²,94.37%由耕地转换而来; 2）北京土地利用变化对廊坊、天津和唐山气温变化的影响最为明显,天津的土地利用变化对廊坊气温变化的影响最为明显; 3）分季节来看,北京与天津的土地利用变化对城市群季均气温的影响排序为：秋季>夏季和春季>冬季; 4）其他地区土地利用变化使北京市年均气温增加0.07 ℃,且夏季降温作用明显,而该变化对天津市年均气温作用不明显,但秋季与冬季的增温区域形成了京津唐热环境连片发展的空间分布格局; 5）城市群土地利用变化对热环境影响表现出明显的“遥响应”特性,因而有必要从大尺度、泛区域的角度认识城市扩展对热环境的影响。     

城市建筑周边绿地景观格局优化方法研究

现有绿地景观格局优化方法,存在梯度变化不规律、边缘斑块密度不均等缺陷.针对该问题,提出基于窗口移动法的新型城市建筑周边绿地景观格局优化方法,通过确定研究区域与数据来源,以边缘斑块密度、梯度、绿地景观格局化指数为绿地景观格局化指数,确立研究方法.模拟研究环境设计实验结果表明,采用改进格局优化方法可改善城市建筑周边绿地景观格局梯度变化不规律问题;在特定空间分布状态下,还可避免边缘斑块密度不均的现象发生.     

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.     

基于数值模拟的城市绿地景观格局优化研究

该研究结合景观生态学原理,在沈阳市设计不同生态功能的绿楔、绿带、绿道、公园及其他类型的绿地,形成了"四带、三环、七楔、网络连接"的城市绿地网络空间结构优化方案。结合遥感(RS)与地理信息系统(GIS)空间分析技术,基于计算流体力学(CFD)数值模拟技术对夏季绿地景观优化格局影响下的大气环境效应进行分析,并提出相应的城市绿地规划优化策略。模拟结果表明:城市风速、SO_2以及温度的空间扩散与城市的空间布局密切相关;城市绿地优化空间布局能有效地缓解城市热岛效应,促进SO_2的空间扩散,更好地形成城市通风廊道,同时,随着高度的增加,城市风速、SO_2以及温度的空间扩散的阻力逐渐降低。基于CFD的城市绿地大气环境效应研究,能有效地对城市绿地系统规划的优化措施和概念性设计进行模拟研究和评估,也为城市绿地系统的量化规划提供了新思路。     

城市局部气候分区及其参数化条件下风环境模拟

在改善城市空气污染和城市热岛研究时,城市风环境研究受到人们关注。利用计算流体力学(CFD)的方法直接对城市尺度风环境进行模拟,将是一种高效的研究方法。本文对局部气候分区及其参数特征进行分析,针对中国城市化建筑高大化、密集化的特点以及多孔介质模型对城市下垫面参数化的要求,提出基于局部气候分区及其参数进行城市风环境数值模拟的方法,并以西安市西咸新区的沣西新城为例进行初步探讨。对沣西新城的模拟结果显示了本文方法的可行性,并对该区域通风廊道建设进行分析。     

无人机热红外支持下的城市微尺度热环境模拟

随着人们对生活舒适度、身体健康要求的进一步提高,微小尺度的热环境状况日益受到关注.地表温度场模拟是研究城市微小尺度热环境的关键,采用地面有限实测资料很难满足不同下垫面地表温度模拟的精度需求.针对这一问题,本研究利用无人机搭载热红外成像仪获取南京市江宁区某大学校园内典型区域夏秋两季的地表温度数据,通过ENVI-met和PALM-4U两个数值模拟模型模拟研究区地表温度,并结合实测数据对不同地表类型及阴影遮挡下的模拟精度进行误差分析.结果表明,数值模拟结果与真实结果较为接近,能够用于高空间精度的城市微热环境研究中;模型对人造地表的模拟效果均优于自然地表,对空旷处地表的模拟效果优于非空旷处地表;两个模型均能较好模拟存在建筑物遮挡下的地表温度,但在植被遮挡下PALM-4U则无法达到ENVI-met的效果,综合模拟结果显示ENVI-met在城市微热环境模拟上的适用性优于PLAM-4U.本研究可为城市微尺度热环境高分辨率遥感研究提供参考.     

基于多源数据的城市扩张中热环境演变及响应

改善城市热环境,提升人居环境质量是创建生态宜居城市的重要前提.目前对城市扩张与热环境关系的研究多基于遥感数据,多源数据应用较薄弱.选取西安都市圈核心区,基于2010年和2020年Landsat遥感影像测定城市扩张及热环境时空演变状况,利用兴趣点和百度热力指数等多源数据,通过地学统计分析方法对城市热环境响应机制进行多方面研究.结果表明：（1）研究区建设用地共扩张200.84 km²,面积和强度呈现“中心和外围较弱,两者之间较强”特征,扩张模式以边缘式和填充式为主.（2） 2010～2020年间,研究区整体热环境恶化,热岛区面积增加282.65 km²,热岛区蔓延与城市扩张方向一致,分布格局由“东南-西北”向“东北-西南”演变;但城市中心区平均温度下降1.09℃.（3）城市扩张与城市热环境恶化表现为强正相关;城市空间规模扩大对热环境恶化的贡献率为60.40%;各社会经济因素作用程度较弱,总体贡献率为39.60%,植被水体降温作用明显,多因素共同影响下,地表温度共增加0.241个单位.城市扩张过程中地表参数和城市二维形态变化依然是热环境变化的主要因...     

环境实验箱气流组织与围护结构耦合传热研究

目的研究环境实验箱在升、降温过程中气流组织与围护结构的耦合传热行为,为环境实验箱制冷/加热能力的确定提供精确的设计方法。方法首先利用UC240环境实验箱搭建实验平台,测量环境箱送风口速度分布,以及升、降温过程中室内及壁面的温度曲线,然后对环境箱进行建模,以实测的送风速度、温度作为边界条件,利用CFD方法进行仿真,最后对比分析实验值与CFD仿真的结果。结果利用CFD方法计算得到的环境箱升、降温曲线与实测值吻合较好,尤其是壁面温度曲线,误差不超过4℃。送风温度可以根据蒸发器理论或加热功率和回风温度而动态地确定。结论利用CFD方法分析环境实验箱气流组织与围护结构的耦合传热是可行的,FLUENT的UDF功能可根据需要扩展,以协助设计蒸发器和控制策略。     

城市景观格局对热环境影响遥感研究

为揭示城市景观格局对热环境的影响,在遥感及景观理论的支持下,对长春市1993年、2005年的城市热环境与景观格局进行分析。研究发现,在清理围墙院落等科学、合理的城市规划影响下,研究区"封闭式"的景观状态得以改变,向着离散、多样、均匀的方向发展;热环境也有所改善,特别是高温区面积减少了6.2%;城市热环境不仅与下垫面的景观类型密切联系,还与景观类型的空间组合格局有关系。对该区地表温度与景观多样性指数进行分析,发现二者具有明显的二次抛物线相关关系。     

基于高空间分辨率遥感影像的城市绿地提取方法研究

城市绿地是城市生态系统的一个重要子系统,在改善城市环境质量和居民生活水平方面扮演着越来越重要的作用。因此,如何及时获取城市绿地的分布及其变化,对于保护城市生态环境至关重要。本研究提出了一种基于高空间分辨率遥感影像的城市绿地提取方法,并珠海市为研究区域,利用Worldview-2遥感影像进行了城市绿地提取实验。结果表明,城市绿地提取结果比较理想,总体精度为94．09%,Kappa系数为0．94,但建设用地和裸地、城市绿地和建设用地之间仍然容易错分。     

城市绿化遥感中建筑物遮蔽面积校正模型研究

城市高楼林立,建筑物阴影及投影误差会对城市绿地产生遮蔽,从而影响城市绿化遥感调查的结果。城市绿化遥感建筑物遮蔽校正是根据研究区内建筑物的位置、高度以及遥感图像的成像参数计算区域内建筑物遮蔽面积,并估算遮蔽面积中绿地比例,在此基础上,对原有的城市绿化遥感调查的面积进行校正。在分析城市绿化遥感中常用遥感数据成像特点的基础上,推导出投影误差造成的遮蔽面积公式,建立遥感遮蔽校正模型。并以上海市长桥五村为研究区域进行绿地面积、绿化覆盖率遥感校正,结果表明校正后的绿化覆盖率精度提高4%～5%。     

BP神经网络改进湿地水鸟生态位模型分布模拟研究

以香港米埔后海湾湿地2009年1月份15个区的湿地依赖性水鸟（鹗、黑翅鸢、普通鵟、东方月瑶、红嘴蓝鹊等13种水鸟）调查数据,及同期高、中分辨率遥感影像数据、气候数据及地形数据为基础,利用GIS和RS技术来获取9种与水鸟密切相关的环境变量因子,选取GARP生态位模型进行水鸟空间分布模拟。由于水鸟数据空间不连续,模拟结果并不理相,因此引入BP神经网络对结果改进:BP神经网络改进GARP模拟水鸟实际分布情况有所改善。训练样本点的AUC均值由0.762提高到了0.905。模拟水鸟空间分布状态与实际水鸟的分布基本吻合。潮间带、大片的基塘区域是其主要栖息场所,红树林,草滩区为其次要栖息场所,而深水域、城市用地及城市绿地区域,由于人类活动的频繁干扰了水鸟的栖息,水鸟分布较少。因此,较好的揭示了水鸟与地理环境之间的空间变化及作用关系。     

城市热岛效应与景观格局相关性研究

城市下垫面的改变和人为热的增加是加剧热岛效应的重要原因,研究城市热岛效应对揭示城市景观的生态过程、城市空间结构的调整都有重要的指导意义,城市热岛效应与景观格局息息相关.遥感、地理信息系统与景观生态学理论共同形成了对大尺度城市空间格局独具特色的研究模式.卫星遥感数据反演法在城市热环境研究中具有举足轻重的地位,它实现了城市热岛效应的动态监测和内部结构分析.城市热岛与景观格局的相关研究往往转化为地表温度与土地覆盖/利用的相关研究,景观格局指数分析法是其重要研究方法,但仍存在界限不清、表现不敏感、生态学意义不明等问题,最后针对此类研究的重点难点提出建议.     

集成仿真技术在空间光学遥感器设计中的应用

研究空间光学遥感器集成仿真中将光学、机械、热、控制等学科综合考虑的技术,从系统层面考虑各学科对光学性能指标的影响。综述了目前国外比较先进的光学遥感器集成仿真分析方法,主要包括以JWST为代表的STOP学科软件数据交互法和以NGST为代表的DOCS状态空间法,详细阐述了这些方法的集成方法和建模思路。集成仿真技术的实施开展可以减小产品概念设计和方案阶段论证周期,为总体指标的制定提供可靠依据。集成仿真是空间光学遥感器多学科优化的前提,深度集成和子系统协同仿真是未来的发展趋势。     

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.