南京市热环境与地表覆被的时空尺度效应及驱动机制研究

近年来城市热环境与地表覆被之间的时空尺度效应研究备受人们关注。利用2017年四期Landsat8遥感影像提取南京市四季地表温度与主要地表特征参数,从30—16 000 m的14个网格尺度上研究了地表温度与地表特征参数的相关关系,并基于此,探讨了南京市热环境的时空尺度效应及驱动机制。结果表明,南京市地表温度与地表特征参数的相关性具有不同的时空尺度效应。归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)在春、夏、秋三季与地表温度具有显著相关性的最大研究尺度分别为300、12 000、8 000 m;归一化建筑指数(Normalized Difference Built-up Index,NDBI)在春、夏、秋三季与地表温度具有显著相关性的最大研究尺度则分别为15 000、16 000、6 000 m;改进的归一化水体指数(Modified Normalized DifferenceWaterIndex,MNDWI)与地表温度具有显著相关性的最大研究尺度在春、夏、秋三季均为12 000m。南京市冬季NDVI、NDBI及MNDWI这3种地表特征参数在不同网格尺度上与地表温度的相关关系均较弱。季节因素较尺度因素对地表参数与地表温度关系的影响更为显著。春、夏、秋三季NDBI与地表温度呈显著正相关(P0.01),且增温效应表现为夏季春季秋季。夏季无论何种网格尺度,测定系数R~2均表现为NDBINDVIMNDWI,且NDBI线性回归的斜率均远大于NDVI和MNDWI,表明建筑等不透水面是南京市夏季城市热环境恶化的主要驱动因素。研究结果对南京市城市规划的合理布局,维持城市的可持续发展具有重要的参考价值。     

泥石流频发区不同土地利用类型土壤粒径分布多重分形特征

通过研究泥石流频发区不同土地利用类型土壤粒径分布多重分形特征,可揭示土地利用变化对泥石流频发区土壤粒径分布的影响.在蒋家沟流域选取裸地、草地、灌丛、林地等4种典型土地利用类型,在0-50 cm采集不同土层土壤样品进行粒径分析,基于多重分形理论计算多重分形参数,并分析土壤质地与多重分形参数之间的相关关系.结果显示:土地利用类型显著影响土壤的粒径分布,粉粒体积分数灌丛(65.15%-72.13%)、林地(61.22%-74.04%)显著大于裸地(35.18%-48.48%)、草地(39.92%-47.08%),砂粒总含量体积分数裸地(43.73%-59.10%)、草地(43.28%-44.76%)显著大于灌丛(17.99%-23.32%)、林地(12.73%-25.06%),在0-50cm深度范围内,同一土地利用类型土层深度对土壤粒径分布无显著影响.本研究中各样地土壤粒径分布广义维数谱曲线为反"S"型曲线,土壤粒径奇异谱函数均为非对称上凸曲线,说明各样地不同深度土层土壤粒径分布均呈现出非均质特征,具有多重分形特性.不同土地利用类型土壤粒径分布多重分形参数差异显著,从裸地、草地、灌丛到林地,土壤质地逐渐变细,土壤粒径分布非均匀程度逐渐减弱.本研究中粉粒体积分数与土壤粒径分布局部密集程度和非均匀性呈显著相关.上述研究表明多重分形参数可揭示泥石频发区土地利用变化时土壤体积分数的微小差异,研究结果可为泥石流频发区土壤结构改良和土地利用优化提供理论依据.(图3表5参32)     

江门市区冬季地表热环境与土地覆盖类型关系的研究

应用美国陆地资源卫星Landsat ETM＋影像资料,反演了江门市区的地表温度（LST）,并提取研究区的NDVI、NDBI和MNDWI指数。分析了江门市区冬季LST的空间分布特征及城市地表热环境与土地覆盖类型之间的关系。结果表明：江门市区LST分布具有空间差异性,不同土地覆盖类型有较大差异,存在城市热岛效应;LST与3种归一化指数存在相关性,其中LST与NDVI存在非线性相关、与NDBI存在线性正相关、与MNDWI存在线性负相关。     

土壤、土地利用多样性及其与相关景观指数的关联分析

土壤作为人类赖以生存的物质基础,与土地利用之间存在密切联系,土壤类型及属性的差异很大程度上决定了土地利用的方式,同时土地利用方式的不同也间接地改变着土壤类型、性质及功能多样性的格局。在人地矛盾、人与自然矛盾不断加剧的今天,研究土地和土壤的空间分布格局变化及两者之间的交互关系具有重要意义。利用土壤多样性理论和景观生态学原理综合分析土壤、土地利用类型的空间分布格局,并借助空间网格的概念量化分析土壤和土地利用类型的空间分布情况。以河南省中南部样区为研究对象,利用仙农熵变形公式计算了1 km×1 km、3 km×3 km、5 km×5 km 3种网格尺度下的土壤和土地利用的空间分布多样性和各县市的土壤和土地利用构成组分多样性,运用ArcGIS探讨了多样性指数与景观指数之间的关联性,综合评价研究区的土壤类型空间分布与土地利用空间分布格局的相互性。研究表明：同一种土壤和土地利用类型的空间分布多样性指数在异网格尺度下具有相似的分异规律;土地利用与土壤类型的构成组分多样性之间不具有明显的相关性,土壤类型均匀分布的地区,土地利用类型不一定会均匀分布,而两者的平均斑块面积之间具有明显的相关性,土壤斑块的大小对土地利用斑块的大小影响较大,土壤类型的空间分布特征在一定程度上,将影响土地利用的空间分布格局和变化过程;土壤类型的面积指数、平均斑块面积指数分别与土壤空间分布多样性之间具有较好的相关性,相关系数分别为r2=0.990、r2=0.599。而土地利用的面积指数、平均斑块面积指数与土地利用空间分布多样性指数之间的相关性较差,相关系数分别为r2=0.437、r2=0.034。土壤的平均斑块形状指数与多样性指数之间存在一定正相关关系,相关系数为r2=0.612;但土地利用的形状指数与多样性之     

滇东地区土壤剖面氮同位素垂直分异及空间分异特征

选取云南石林县不同土壤类型、不同石漠化等级以及不同人为干扰方式影响下的7处典型的土壤剖面为研究对象,研究了剖面中氮同位素垂直分异及空间分异特征.结果表明,土壤中p H值为3.68—6.07,全部土壤剖面呈酸性,总有机碳(TOC)为0.58—29.25 g·kg~(-1),碳氮比(C/N)为1.33—14.70,δ~(15)N介于1.44‰—14.86‰,在随深度的垂直分异中,受剖面中腐殖质层和硝化反硝化反应的影响,土壤中稳定氮同位素呈现一定的规律性变化.在各个剖面之间的空间分异中,两种不同土壤类型下δ~(15)N值的分散程度均存在轻度石漠化剖面中度石漠化剖面强度石漠化剖面的规律.同时在受人为影响较小的红壤剖面δ~(15)N值大致呈现强度石漠化剖面中度石漠化剖面轻度石漠化剖面的规律.采样区内无论是石灰岩土壤剖面还是红壤剖面δ~(15)N值与土壤理化性质均无显著相关关系.     

开封市城市土壤剖面Hg、As和Sb分布特征分析

为了分析开封市不同土地利用类型下重金属Hg、As和Sb的积累状况及其垂直分布特征,采用氢化物发生-原子荧光光谱法测定了开封市55个城区土壤剖面和4个对照剖面共计303个土壤样品中,Hg、As和Sb的含量.结果表明:(1)城区土壤Hg、As和Sb含量明显高于对照土壤,城市土壤中Hg、As和Sb的平均含量分别为0.28、6.52、1.46 mg·kg~(-1).与中国潮土背景值相比,Hg和Sb受到了不同程度的污染;(2)由于成土母质组成、城市建设过程以及各种人为污染叠加的综合作用,开封市城市土壤中Hg、As和Sb的分布特征比较复杂,不同剖面重金属垂直分布特征变异较大;(3)城市不同土地利用类型下重金属含量存在显著差异,其中Hg在公共管理与服务用地和住宅用地上含量较高,As和Sb的高值区位于工矿仓储用地和交通运输用地.     

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。     

鄱阳湖核心流域地区城市地表形态的异质性对地表温度的影响研究

鄱阳湖是中国最大的淡水湖,其生态保护受到高度关注。以鄱阳湖流域核心地区为研究对象,基于Landsat-8 OLI遥感影像和已更新至2015年江西省地理国情普查房屋建筑矢量数据,进行城市建筑形态及地表温度(LST)的空间分布、变化特征的定量化研究,且深入分析建筑形态与LST之间的相互影响关系。此外,利用高分辨率的3D建筑物栅格数据进行天空开阔角系数(SVF)的计算。结果表明,(1)湖区整体以低层低密度、低层高密度建筑形态为主,市级地区以中层高密度建筑、高层中密度建筑为主;低层低密度、低层高密度建筑主要分布在经济发达程度一般、城镇化率较低的县乡级地区。(2)湖区2005年和2016年10月的地表温度均低于5月,且低层低密度较为松散的建筑形态是引起湖区热环境变化最主要的建筑形态,高层高密度建筑形态的所在地区地表温度较为稳定。(3)建筑高度和建筑密度与地表温度之间呈正相关性,2016年5月地表温度与建筑高度、建筑密度的相关性系数分别为0.447和0.691,10月为0.486和0.841。从相关系数可知,建筑密度对地表温度的影响程度高于建筑高度。(4)实验区在晴好天气昼间,SVF值范围为0.06~0.79,主要频率在0.2~0.5之间。5月SVF值与地表温度之间的相关性系数为0.044,不存在明显的线性相关性;10月两者之间Pearson相关性系数为0.606,相关性较高。SVF值较小的区域,建筑分布密集,阻碍大气对流,且阻挡长波辐射能量,不易于地表热辐射的扩散。地表形态的异质性会导致高低各异的地表温度及不同程度的地表温度变化,建筑高度和建筑密度要素对鄱阳湖核心流域地区地表温度具有直接的影响,且建筑密度的影响更大。     

中原城市群城市化程度对气溶胶时空分异的影响

基于2016年MODIS L2与Landsat 8 OLI遥感影像数据,通过暗像元算法反演获取气溶胶光学厚度(AOD)数据以及目视解译获取土地分类数据,采用回归分析及相关性分析对中原城市群气溶胶的时空分布以及城市化程度对其影响的规律进行研究。结果显示,研究区AOD季节分布特征显著,平均值表现为春季(0.652)秋季(0.461)夏季(0.456)冬季(0.321),以太行山南麓、伏牛山东麓、桐柏山北麓为分界线呈现东高西低的空间分布态势。建设用地面积与年度AOD均值具有显著正相关关系,相关系数为0.467(F=325.090,P=0.000),其中秋季AOD受建设用地面积影响最大,冬季最小。在中原城市群尺度上,以10 km×10 km为最小样方单元,当建设用地面积占比在1.03%~3.05%区间,建设用地面积的增加导致AOD的极显著增加,相关系数为0.369(F=30.364,P=0.000);在11.17%~74.49%区间,建设用地面积的增加导致AOD的显著增加,相关系数为0.143(F=0.020,P=0.029),且在1.03%~3.05%区间幂函数模型拟合度最优,在1.17%~74.49%区间线性模型拟合度最优;在0%~1.02%区间,建设用地面积的增加对春季AOD的增加影响显著;在1.03%~3.05%、11.17%~74.49%区间,建设用地面积增加对冬季AOD增加影响极显著;而在3.06%~6.01%、6.02%~11.16%区间,建设用地面积的增加仅对夏季AOD增加产生影响。中原城市群尺度上,建筑用地占比空间分异在不同程度上影响不同季节AOD空间分布特征,城市群东部平原西部山地丘陵的自然地势在一定程度上影响AOD的分布。     

2013─2014年武汉市PM_(2.5)的时空分布特征及其与气象条件的关系

霾天气的频繁发生降低了武汉空气质量,明晰致霾污染物PM2.5的污染机理、污染时空分布特征、影响因素是科学认识和解决霾污染天气的重要前提。在全国大范围内开展PM2.5源解析的背景下,探讨其时空分布特征,厘清与气象因子的相互关系,是对源解析工作的响应,也是污染防治决策的科学依据。本文以2013─2014年武汉市10个国控点的PM2.5监测数据和中国地面气象交换站气象数据为基础,运用统计学方法,基于不同时间尺度和空间分布类型研究PM2.5污染分布特征,并探讨其与气象条件的相互关系。结果表明:(1)武汉市PM2.5污染表现出显著的时间分布规律。就年变化而言,PM2.5污染程度2014年(年均值121μg·m-3)2013年(107μg·m-3),且PM2.5污染主要为良好和轻度污染,季节尺度上冬季秋季春季夏季,月均值规律体现为4─9月优于10─翌年3月,以周为单位表现出显著的正周末效应,即周日周六周一周五周四周三周二;(2)武汉市ρ(PM2.5)的空间差异与区域类型、城市布局有关,工业区、居民区、交通区较风景区污染严重,二环和三环较一环严重;(3)ρ(PM2.5)月均值分布与降雨量、气温、平均风速、相对湿度呈负相关关系(P0.05),与气压呈正相关关系(P0.01),监测点S2、S3、S9与平均相对湿度相关性更显著。PM2.5污染的减轻与气象条件有一定关系,也离不开城市环境空气治理。