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(...     

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.      

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.     

土地利用/覆被变化对小流域地表温度的影响

遥感和GIS技术被用于检测白家湾河流域土地利用/覆被变化,并评估土地利用/覆被变化对白家湾河流域地表温度的影响。不同时期的Landsat TM和ETM+影像被用于确定土地利用/覆被变化格局,并对矿点增长及相关的植被覆盖减少情况进行量化。采用Landsat数据的热红外波段进行地表温度的反演。结果表明:(1)小流域内不同土地利用/覆被类型上地表温度具有差异;(2)由于不同时期不同人为干扰造成的影响不同,不同时期土地利用/覆被类型间的地表温度差异不同。(3)在整个研究区域内,平均地表温度和NDVI之间呈负相关关系,各种土地利用/覆被类型上的平均地表温度和NDVI都呈现负相关性,但一些土地利用/覆被类型与NDVI的相关性高于平均水平。(4)植被覆盖情况越好,对稳定地表温度所起的作用越大。     

Challenges to quantitative applications of Landsat observations for the urban thermal environment

Since the launch of its first satellite in 1972, the Landsat program has operated continuously for more than forty years. A large data archive collected by the Landsat program sig-nificantly benefits both the academic community and society. Thermal imagery from Landsat sensors, provided with relatively high spatial resolution, is suitable for monitoring urban thermal environment. Growing use of Landsat data in monitoring urban thermal environment is demonstrated by increasing publications on this subject, especially over the last decade. Urban thermal environment is usually delineated by land surface temperature (LST). However, the quantitative and accurate estimation of LST from Landsat data is still a challenge, especially for urban areas. This paper will discuss the main challenges for urban LST retrieval, including urban surface emissivity, atmospheric correction, radiometric calibration, and validation. In addition, we will discuss general challenges confronting the continuity of quantitative applications of Landsat observations. These challenges arise mainly from the scan line corrector failure of the Landsat 7 ETM + and channel differences among sensors. Based on these investigations, the concerns are to: (1) show general users the limitation and possible uncertainty of the retrieved urban LST from the single thermal channel of Landsat sensors; (2) emphasize efforts which should be done for the quantitative applications of Landsat data; and (3) understand the potential challenges for the continuity of Landsat observation (i.e., thermal infrared) for global change monitoring, while several climate data record programs being in progress.     

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.      

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.      

长江三角洲地区城市建筑三维形态对地表热环境的影响

以长江三角洲城市群为例,利用2016~2018年夏季Landsat 8影像数据和三维建筑数据,提取地表温度（LST）并计算三维景观指数,分别在200m、400m、600m、800m、1000m、1200m六个基准空间尺度上,利用空间回归模型探索建筑物三维形态对LST的影响.结果表明：所有城市的内部城区热环境较差,超过50%区域为高温区和次高温区;建筑物三维形态对LST的影响存在尺度效应,随着研究尺度的增大,影响力逐渐减弱,在研究的六个基准尺度中,200m是所有城市的研究适宜尺度;对LST影响最大的指数分别是建筑结构指数（BSI）、建筑平均体积（AV）和分布均匀度（BEI）,其中BSI、BEI与LST正相关,除上海、苏州和台州,AV也和LST正相关,表明瘦高、体积小、分布均匀的建筑物有助于降低城市LST,改善城市热环境.     

上海市城市热岛景观格局演变特征研究

城市热岛空间格局特征及其内在驱动机制的研究可为缓解城市热岛效应、城市规划与产业布局提供科学依据,目前这方面研究还比较少,相关机制并没有得到完全的揭示。该研究以上海市为研究对象,采用1987、1996、2002和2010年4景Landsat TM/ETM+遥感影像,对城市地表温度进行了反演与分级。借助景观格局指数,分析了上海市城市热岛景观格局时空演变特征。结果表明:随着1987-2010年上海市不断城市化,各级热岛景观类型斑块数量持续增加,高等级的城市热岛景观类型面积也持续增加,整个城市热岛景观趋于破碎化。热岛景观总体聚集度下降,连通性下降,但是低等级热岛景观向高等级热岛景观转移的面积逐渐增加,景观类型之间面积差异逐渐减小,景观均匀度和多样性增加。城市化过程中,人口数量的增加和经济的快速发展对城市热岛景观格局的形成和演变具有重要的影响。研究结果揭示了城市热岛格局随城市化进程的时空演变特征,可以为制定有效的热岛效应缓解措施提供参考依据。     

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.      

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.     

济南城市热岛动态变化遥感定量监测及其驱动因素分析研究

城市热岛是城市发展过程中遇到的难题,对人居环境造成较大影响.定量分析研究城市时空演变特征,探究热岛驱动因素,有助于为城市热岛动态变化分析提供技术支撑.论文以济南市为研究对象,采用2000年-2009年间7-8月份MODIS LST数据,分析10年间热岛变化特征.结果表明,10年间,济南城区温度明显高于郊区,热岛效应显著,并且,热核区、特高温区等区域呈现周期性扩张与收缩规律;通过提取2000年及2009年济南市人工表面与植被面积,发现2009年比2000年人工表面面积扩张33.33％,植被减少6.76％,且人工表面扩张与植被减少的区域大部分重合,这对城市热岛形成产生了一定促进作用.另一方面,通过统计分析2000年与2009年人口数量、机动车保有量、烟尘排放量数据,分析济南城市热岛驱动因素,结合城市规划建设,为缓解济南城市热岛提出参考性建议.     

矿业密集区地表热环境时空异质性驱动机理

基于Landsat遥感影像热红外波段数据，利用大气校正法反演地表水热因子中的地表温度值，基于Landsat遥感影像可见光波段，从生物地球物理效应角度提取下垫面地表扰动类型和4个生物物理参数（光合植被覆盖度，Fractional Cover of Photosynthetic Vegetation，f_PV；土壤湿度监测指数，Soil Moisture Monitoring Index，SMMI；增强型裸土指数，Enhanced Bare Soil Index，EBSI；归一化不透水面指数，Normalized Difference Impervious Surface Index，NDISI），借助叠加分析、相关分析和回归分析，定量分析了河北省迁安市马兰庄镇地表热环境时空异质性特征并可视化，以及4个生物地球物理参数的响应规律.结果表明：矿业用地地表温度最高，属热岛效应聚集区；地表下垫面扰动类型以及4个驱动因子的时空变化，导致研究区夏季午间地表热环境异质性较大，且5期影像下垫面地表温度均呈现出工矿用地>居民地>耕地>林地>水域的分异特征；单因素回归分析表明，f_PV和SMMI指数与归一化地表温度（Normalized Land Surface Temperature，NLST）呈线性负相关（P<0.01），EBSI和NDISI与NLST呈线性正相关（P<0.01）；多元回归分析表明，利用4个生物物理参数综合考量地表热环境异质性，可全面反映下垫面生物物理参数与地表温度的真实关系，且5期影像与LST呈负相关关系的SMMI回归系数均大于f_PV，说明地表温度的下降与土壤湿度的增加有明显的关系；与LST呈正相关关系的EBSI回归系数均大于NDISI，说明地表温度的上升与裸土的增加有明显的关系.研究结果可为矿业密集区地表热环境异质性的评估和优化提供定量参考.     

RS与GIS支持下城市热岛效应与绿地空间相关性研究

在RS和GIS技术支持下,以LANDSAT ETM+为数据源,综合运用遥感热红外影像的地温反演、遥感影像分割、空间聚集性分析、混合像元分解、基于遥感信息模型的地理建模及多元线性回归分析等技术,提取了青岛市城市热岛与绿地空间格局,并定量分析了绿地格局与城市热岛效应的相关性及其对城市热岛的缓解机制. 结果表明:城市热岛效应在给定尺度上与植被盖度呈负相关关系,与绿地斑块密度指数和分维数呈正相关关系.      

基于多源数据的大气细颗粒物对北京市城市热岛的影响研究

在土地利用方式改变、能源消耗持续增长、人口膨胀的共同作用下,城市热岛效应日趋显著。大气细颗粒物（PM_2.5）污染不断加剧,对城市热岛强度也产生了一定的影响。利用地面空气质量监测站点的逐小时PM_2.5污染监测数据、气象监测站点的日均数据和MODIS地表温度数据,结合土地利用类型,划分城郊气象站点和地表温度采样点,分别计算北京市日均PM_2.5浓度、冠层城市热岛强度和地表城市热岛强度,并计算地表城市热岛强度指数,得出热岛强度空间分布图。经过对PM_2.5与冠层城市热岛强度、地表城市热岛强度及其空间分布的相关性分析,得出以下结论：（1）北京市地表城市热岛强度的月、季间变化明显,主要受土地覆盖类型影响,夏季高于冬季,冠层城市热岛强度的月、季间变化较小;（2）PM_2.5质量浓度与冠层城市热岛强度、地表城市热岛强度均呈显著负相关,相关系数分别为?0.5199和?0.6115;（3）昼间地表城市热岛强度与PM_2.5质量浓度的相关性高于夜间;（4）PM_2.5质量浓度变化对地表城市热岛的空间分布有着显著的影响。随着PM_2.5质量浓度的增加,强热岛空间范围向城区缩减。     

基于MODIS数据的重庆市地表热环境效应研究

利用2000—2006年EOS/MODIS卫星资料反演的地表温度(LST)和植被指数(NDVI)资料,分析了重庆市夏季地表热场分布状况,并对重庆市夏季地表热场变化规律及成因进行了研究. 结果表明:①重庆市夏季LST分布区域特征明显,东北部LST最低,西部LST最高;2000—2003年重庆市除了中部地区LST升高外,其他地区降温明显;2003—2006年重庆市中部和西部地区LST明显升高. ②2000年以来,重庆市热岛效应明显增强,重庆市中心强热岛区(城郊温差大于8 ℃)面积由2000年的53 km2增至2006年的313 km2;城郊最高温差由2000年的10.8 ℃增至2006年的14.5 ℃. ③重庆市的LST和NDVI具有显著的负相关关系,相关系数均在-0.7以上;在植被长势较好的2000和2003年,重庆市NDVI每升高0.1,LST降低约4 ℃;而在植被长势较差的2006年,NDVI每升高0.1,LST降低约5 ℃. ④在2006年大气环流异常背景下,NDVI的急剧降低和城市热岛效应的显著增强进一步促进了重庆市高温伏旱天气的形成.      

典型喀斯特地区城市热岛效应遥感反演研究——以喀斯特山区城市贵阳为例

随着城市化进程的加速,城市热岛效应越来越受到人们重视.喀斯特地区以其独特的地貌特征,表现出不同的热岛形成和分布情况.本文采用覆盖贵阳市的2001年ETM+和2007年TM遥感影像,进行亮度温度反演,分析热岛分布和形成原因.研究表明:除了常规热岛外,在贵阳市还广泛存在着与喀斯特的分布和石漠化的形成有着密切联系的异常热岛区...     

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;...     

基于TM影像的城市地表湿度对城市热岛效应的调控机理研究

论文以探究城市热岛效应调控机理为研究目的,以徐州地区1985-2010 年夏季四期Landsat TM影像为研究数据,应用单窗算法、K-T变换、空间叠加分析以及缓冲区分析等研究方法,对徐州市城市热岛时空变化特征进行了反演,重点对徐州市城市热岛强度的调控机理进行了分析并提出了通过K-T变换提取表示城市建成区内部植被与水体覆盖程度的城市地表湿度(ULSW)这一新指标.研究结果显示:城市地表湿度显著区对城市热岛效应起到了有效的调控作用,并且随着城市地表湿度值的提高,区域内部以及周围环境的温度都会随之下降.城市地表湿度指标对于城市热岛效应的调控水平具有一定的代表意义.