城市绿地对周边热环境影响遥感研究--以北京为例

城市绿地是缓解城市热环境效应问题的主要因素之一,它不仅在宏观上影响城市区域尺度气候条件,而且在小区尺度直接影响到周边的热环境条件。本文从绿地景观格局的角度出发,利用遥感技术和地理信息技术,以北京市主城区的城市绿地作为研究对象,以绿地周边建筑物作为热环境影响承载体中介,分析了影响建筑热环境的绿地的主要景观因子,开展了城市绿地对周边热环境的影响范围、降温幅度以及绿地景观参数与降温幅度的相关关系研究。首先,从TM遥感影像上人工数字化选取了26个城市绿地斑块,同时提取了其周边建筑物像元;然后,基于定量遥感理论反演了绿地和建筑物的温度,并利用GIS工具统计了绿地和建筑的景观格局信息;最后,基于空间统计分析方法和等温线周长-温度曲线变点方法确定了城市绿地对周围建筑物热环境的影响范围,通过相关性分析探讨了城市绿地景观参数与其降温幅度之间的相关性。研究结果显示：（1）在100 m空间分辨率的尺度下,北京大部分城市绿地斑块对周边100 m范围内的建筑具有降温效应;面积在0.5 km2以上的绿地斑块,对周边100 m范围内建筑物具有明显降温效应,降温幅度在0.46~0.83℃之间,平均降温幅度为0.72℃;面积在0.5 km2以下的,具有较高植被覆盖度的绿地斑块有一定的降温效应,不具有较高植被覆盖度的绿地斑块降温效应不明显;（2）绿地斑块的周长、面积、形状指数和植被覆盖度与其周边建筑物的降温幅度没有显著的相关性。该结果表明,绿地的面积无论多大,其对周边环境的降温效应都限制在一定空间范围内;在布设城市绿地时分散型绿地比集中式大绿地对周边环境的总体降温效应更好。研究结果揭示了城市绿地对周边热环境影响的空间范围、降温幅度以及绿地景观参数与降温幅度的相关关系,可为城市规划建设及环境评价等提供科学参考。     

北京农业气候资源变化特征及其对不同种植模式玉米各生育期的影响

分析1960—2008年北京山区和平原的春玉米、平原夏玉米不同生育期的热量、水、光等农业气候资源的变化趋势和突变特征,研究农业气候资源变化对玉米可能产生的影响。利用统计回归分析方法研究不同种植模式玉米在关键生育期内主要农业气候资源历史时间序列特征,同时以突变理论中的Mann-Kendall方法和Pettitt方法分析主要气候资源的趋势变化特征并检测其突变特征;在数据分析的基础上,结合国内和国际相关研究成果讨论北京市气候资源变化对玉米生长的可能性影响并给出相应对策。结果显示:近50 a来北京地区大于10℃的年活动积温和玉米全生育期有效积温呈现明显增长趋势,变化过程中无明显的突变特征;玉米播种—拔节期降水量呈增加的趋势,平原夏玉米在拔节—抽雄期和全生育期、平原春玉米在吐丝—成熟期降水量减少趋势均达显著水平,其它生育期间降水呈现不明显的下降趋势,但无明显突变点;除了抽雄—吐丝期外,玉米各生育期光照资源呈现明显的下降趋势,不同生育期的突变点均出现在20世纪80年代中期到90年代中期。北京地区农业气候资源变化趋势对玉米生产有利有弊:对积温增长的响应应以灌浆期延长为主要方式,对降水减少的响应应以种植抗旱品种和加大抗旱技术研究为主,对光照资源显著减少的对策应以调节田间通风透光和培育耐阴性品种为主。     

北京市三维景观格局的局地气象环境影响初探

探明城市三维景观格局对气象条件影响的规律性,可为城市规划与可持续发展提供科学依据与决策支持。以北京为例,利用北京市2011年大比例尺测绘数据,构建能够在小区尺度上表达景观结构及空间特征、同时可以在一定程度上反映出局地能量、辐射或动力学差异的三维景观格局指数;利用北京市2011年区域自动气象站观测数据,通过在不同空间尺度上开展三维景观格局指数与温度、湿度和风速3个表征局地气象条件的主要因子的相关性分析,研究城市三维景观格局对局地气象条件的影响。结果显示:在500、1 000和2 000 m范围内,景观容积密度(LVD)、景观高度密度(LHD)和天空开阔度(SVF)指数与区域大气环境温度和风速均显著相关;在1 000 m和2 000 m范围内,景观容积密度(LVD)、景观高度密度(LHD)和景观起伏度(LHR)与区域大气环境湿度显著相关。北京城市三维景观格局对大气环境的影响效应非常显著。城市三维空间密度(LVD)越大、高度密度(LHD)越大、景观起伏度(LHR)越大的地方,区域温度越高、湿度越低、风速越低;天空开阔度越低的地方,区域温度越高、风速越低。利用三维景观格局指数评估景观格局对区域气象环境的影响具有可行性,但要注意景观格局指数在空间尺度上的适用性。同时,本文构建的三维景观格局指数可作为地表统计参数来量化表达地表非均匀性特征,为大气数值模式中地表参数化方案提供了一种有效选择。     

城市生态气象监测评估初步研究与实践——以北京为例

气象条件作为影响生态系统最活跃、最直接的驱动因子,影响着生态系统的质量和人类生存的环境,关系着生态保护和建设的成果,而城市生态系统具有与其他系统不一样的气候特征,目前还未形成一套有关城市的生态气象监测评估方法。基于生态气象学理论,分别从城市气候环境、与气候相关的陆表环境、大气环境、人居环境以及城市高影响天气气候事件等5个方面选择不同的要素和指标开展了城市生态气象监测评估初步研究,并以北京为例,利用2018年国家和区域自动气象站资料、大气成分观测资料、2002—2018年MODIS卫星资料、Landsat及环境一号卫星资料,开展了2018年北京城市生态气象监测评估。监测评估显示,(1)2018年北京城市“热岛”和“干岛”气候特征明显,并在北京二环与五环之间存在一个“冂”形风速低值区。(2)2018年北京陆表生态环境、大气环境、人居环境进一步好转:其中植被覆盖度达61.6%,创2002年以来新高,气象条件贡献率达50%,生态涵养区植被生态质量处于正常偏好的面积比例达93.2%;中心城区陆表温度为2011年以来最低值;重要水源地密云水库、官厅水库水体面积均为2000年以来最大值;气溶胶光学厚度、霾日数、大气静稳指数分别较过去4年平均值下降14%、31%和8%,大气扩散条件偏好,对霾日减少贡献率达21%,外地污染传输对PM2.5贡献达到53%;城市生态冷源较2013年明显增加,城市“热岛”得到缓解。(3)历史罕见的夏季高温闷热、冬季阶段低温、极端强降水以及持续无降水等高影响天气气候事件给城市安全运行和生态环境带来不利影响。综合评估表明2018年北京气象条件总体利于陆表生态环境改善,有利的气候条件提高了生态环境的质量,但城市生态质量仍面临着极端天气气候事件、城市热岛、低风速以及外来大气污染输送等风险。     

城市生态安全气象环境综合评价方法 ——以北京市为例

论文通过选择北京大城市生态系统中与生态安全密切相关的气象环境因子,建立了包括生态环境状态指标、大气质量指标、气象致害指标和人体健康气象指标等4个一级评价指标和相应的18个二级评价指标在内的大城市生态安全气象环境综合评价指标体系。建立了不同指标的计算方法和标准化方法,采用纵横向拉开档次法确定指标权重,并应用线性加权综合法进行生态安全气象环境综合值的计算与评价。应用上述方法对北京地区近9 a生态安全气象环境进行评价,结果表明:北京城市生态安全气象环境排名前4位的是延庆、怀柔、密云和门头沟,排在后4位的是城区、丰台、海淀和朝阳,这符合北京城市主体功能区域规划分布,说明建立的城市生态安全的评价指标体系和评价方法是可行的。