干旱区典型城市下垫面特征及其与地表热环境的关系研究

基于2011年8月11日Landsat TM遥感影像,利用混合光谱线性分解模型提取乌鲁木齐市建成区下垫面不透水面丰度和植被覆盖度信息,利用单窗算法定量反演建成区地表温度,并通过分级方法分析两个要素的空间分布特征;在此基础上,利用回归模型对乌鲁木齐市建成区不透水面丰度、植被覆盖度与地表热环境之间的关系进行相关性分析。结果表明:(1)利用混合光谱线性分解方法,基于中等分辨率TM影像提取干旱区城市乌鲁木齐建成区不透水面,成本低,精度高(精度检验总体均方根RMS为0.003,远小于精度规定值0.02),且该方法可较好地区分光谱特性相似的城市建设用地和裸地,对干旱区城市用地信息提取具有一定的借鉴意义;(2)乌鲁木齐市建成区不透水面丰度与地表温度呈线性正相关,R~2为0.69,植被盖度与地表温度呈线性负相关,R~2为0.74;(3)裸地因具有极高的地表温度,形成局部的热岛中心,对干旱区城市地表热环境具有重要影响,因此减少和改变裸地对于缓解干旱区城市热岛效应,改善城市热环境具有重要意义。     

南宁市主城区不透水面与热环境效应的空间关系研究

快速城市化过程中不透水面持续扩张是影响城市热环境变化的重要原因。科学测度城市不透水面变化及其与热环境之间的关系,可以为有效制定合理的城市蓝绿空间规划提供依据。基于南宁市主城区2003-2019年间Landsat遥感影像,利用面向对象分类方法获取城市土地利用数据,借助辐射传输方程反演地表温度,定量分析城市不透水面与热环境效应的时空格局演变特征,运用双变量空间自相关方法探索城市不透水面与热环境效应的空间关系和集聚规律。研究结果显示,近15年来南宁市主城区不透水面的面积显著增加,城市主要沿环路以内的老城区和主要交通要道不断向外扩展,主要扩张方向为向东和向南。城市热场由中温区占主导,低温区和次低温区的面积波动下降,高温区与次高温区的范围逐渐蔓延,城市热岛效应有所加剧。南宁市热岛分布格局由单中心转变为多中心,新开发区的热岛效应明显增强。南宁市主城区不透水面与热环境效应之间呈现明显正相关关系,从2003-2019年相关性逐渐增强。空间集聚类型以高-高聚集和低-低集聚为主,高-高聚集区主要分布于城市中心,低-低聚集区位于东部绿地比例较高及河流分布集中的地区。该研究通过探讨南宁市主城区不透水面与热环境...     

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。     

大西安都市圈城市热岛效应时空分布特征及AOD对热岛强度的影响研究

近年来,随着城市化进程快速发展以及城市气溶胶污染的加重,城市热岛效应(UHI)日益明显。以大西安都市圈为研究对象,利用2003—2018年MODIS LST数据提取了大西安近16 a的地表温度信息,基于Mann-Kendall非参数检验法、Pearson相关分析和R/S分析法等方法研究分析了大西安城市热岛效应时空分布特征,剖析了城市热岛强度与其影响因子的相关性,以及定量评估了气溶胶对城市热岛效应的贡献。结果表明,(1)大西安都市圈在2003—2018年间白天平均地表温度为21.68℃,夜晚为7.28℃,年均和季均地表温度均呈现上升趋势,整个研究区地表温度在空间上呈现北高南低的分布格局。(2)全年昼夜平均地表温度变化率分别为0.123℃·a~(-1)和0.051℃·a~(-1)。从四季地表温度趋势检验结果来看,夏季白天(P0.01)和冬季白天(P0.05)均呈现上升趋势;夏季、秋季和冬季在夜晚也呈现上升趋势,并且分别通过了0.05、0.05和0.01的显著性检验。(3)影响全年白天城市热岛强度的主要因素是NL、EVI、人口密度和不透水表面,在夜间影响因素主要为NL、AOD和不透水表面,其中,不透水表面是影响城市热岛的最直接因素。(4)估算得到气溶胶对稳定城市区域夜间UHI的贡献为(1.64±0.16)℃,对城市区域夜间UHI的贡献为(1.92±0.14)℃,由于城市区域周边工业工厂较多,因此气溶胶污染相比稳定城区较高。然而,通过治理气溶胶污染可以有效地缓解夜间城市热岛现象和热胁迫。     

城市扩张对热环境时空演变的影响——以哈尔滨为例

城市发展过程中土地利用类型及其景观格局的变化是影响城市地表温度的主要原因,为定量揭示城市扩张过程中土地利用景观格局的变化对夏季地表温度的影响及作用机制,以哈尔滨为例,基于1984—2015年Landsat数据,通过分析城市建筑用地和地表温度的时空演变特征,以及地表温度与建筑用地、植被和水体之间的关系,揭示哈尔滨城市扩张过程中夏季城市热岛格局的演变特征及影响因素,为政府部门制定城市热岛效应的缓解措施提供参考。结果表明,1984—2015年哈尔滨市建筑用地面积由187 km~2扩大到571 km~2,平均扩张速度为13 km~2·a~(-1),建筑用地重心向东南方向移动了1.01 km。与1984年相比,2015年哈尔滨市有44.84%区域地表相对温度升高,有10.63%区域地表相对温度下降;从空间分布看,2015年中心城区出现热岛效应减弱、热岛斑块面积减小的趋势,周边区域出现热岛效应加强、热岛斑块面积增大的趋势。城市建筑用地与地表温度之间存在正相关关系,水体和植被与地表温度之间存在负相关关系,建筑用地的增温效应远远大于水体和植被的降温效应。在城市热岛效应分析中,应用Shannon熵的研究结果与景观指数的研究结果具有很好的一致性。在城市建设中,减小集中连片的建筑用地,增加城市绿地面积,是缓解城市热岛效应的有效手段。     

基于遥感的北京市体感温度指数反演研究

体感温度指数综合考虑了温度和湿度对人体的影响,可有效表征人体舒适度,对于研究城市热岛效应对人体健康的影响具有重要意义。基于2017年7月10日的Landsat 8卫星影像运用单通道算法反演北京市的地表温度,结合NDVI、MNDWI、海拔及水汽含量等环境因子,构建随机森林模型估算近地表气温;基于同一天的MODIS水汽产品提取大气可降水量,运用逐步回归方法建立近地表水汽含量与大气可降水量、地表温度及海拔之间的关系来估算近地表露点温度,在此基础上计算Humidex指数来表征北京市体感温度的空间分布。结果表明,模型估算的体感温度平均绝对误差(MAE)为1.40℃,均方根误差(RMSE)为1.71℃。北京市7月10日的体感温度范围为24~42℃,具有东南高西北低的分布特征。主城区和近郊区的体感温度显著高于远郊区,并向四周呈递减趋势;受空气湿度的影响,平谷南部、密云河谷一带、延怀盆地以及房山东南部等部分远郊地区的体感温度也比较高。就城市内部的体感温度而言,不同功能区的分布使得体感温度在相邻区域上存在空间差异性,东城区和西城区体感温度最高,平均值达到了39.79℃,丰台区、海淀区、石景山区和朝阳区的平均体感温度也达到了34.29℃。体感温度与气温在空间分布上具有一致性,但整体上高于气温,在主城区和各区中心区域,体感温度比气温高5℃以上。该研究尝试通过遥感手段反演北京地区体感温度指数,获取了北京市体感温度的详细空间分布信息,为城市人居环境和城市热岛效应研究提供了科学参考。     

广州城市绿色空间与地表温度的格局关系研究

城市景观和生态组分的重要性已随着城市化进程加快而日益凸显,城市热环境则是城市化过程的重要环境问题之一,探讨绿色空间与热环境的关系是可持续发展的迫切需求。基于2014年10月Landsat8_OIL遥感影像,提取城市绿色空间信息并进行地表温度反演,分析广州市绿色空间的结构、热环境空间分异和二者之间的空间分布一致性关系。研究结果表明:绿色空间的景观呈以小面积型和特小面积型斑块为主导的破碎化分布格局,接近总绿色空间面积的95%,绿色空间破碎化严重;绿色空间面积及其斑块大小结构显示,从化、增城和黄埔等3个行政区内自然生态环境状况较好,较差的是南沙和番禺两区。地表温度反演结果显示,研究区域地表温度主要在18~33℃之间,占总面积的96.22%;地表温度空间上存在明显的高温和低温区域。绿地斑块面积越大,对应的地表温度越低;绿地斑块面积越少,对应地表高温区域的面积比例则越大,表明绿色空间减缓了太阳对地表的升温作用;不一致性指数结果表明,研究区大于60%的绿色空间都起到了这种减缓作用,其余的绿地斑块的减缓升温作用较小或不起作用;中心城区范围内绿色空间与地表温度也呈现出类似的规律。研究揭示广州未来智慧城市与可持续发展规划必须足够重视绿色空间斑块规模,以发挥绿色空间的最佳服务效果。     

基于多源卫星资料的京津唐城市群热环境研究

基于FY-3A/B、MODIS/Aqua、NOAA18/AVHRR等多源卫星资料,利用地表热岛强度、热岛比例指数开展了京津唐城市群热岛时空变化分析研究,并结合Landsat-TM卫星资料提取的地表参数、气候背景参数和社会经济参数等开展了地表热场的成因分析研究。研究结果表明:地表热岛强度指标能有效反映京津唐城市群热岛的时空变化,热岛强度的大小与高温强弱没有直接关系,而且地表热岛强度只有在夜晚才与气温观测具有一致性,即冬季最强,夏季最弱;而在白天则呈相反规律。热岛比例指数估算显示2012年京津唐城市群热岛强度排名前3的分布是天津市辖区(0.86)、北京市辖区(0.85)和朝阳区(0.74),唐山市辖区也达到了0.50。热场成因分析表明不透水盖度是城市热岛差异的最重要下垫面因子,遥感陆表温度较现有气象观测更能显示城市热岛的空间分布,城市热岛强弱与国民生产总值、人口数、用水量和用电量都有比较明显的线性正相关关系(线性回归模型决定系数R2分别为0.513 1、0.485 3、0.483 6和0.306),而与人为热有明显的对数正相关关系(模型决定系数R2为0.672 3)。不透水盖度、人均用水量和年平均气温构成了城市热环境差异的主要影响因子(模型决定系数R2为0.80),反映了城市下垫面参数、社会经济活动和气候背景因素对城市热岛空间差异的共同影响。     

道路建设对成都市热岛效应的影响

热岛效应是城市气候最显著的特征之一。土地利用方式及土地覆盖的改变,如城市化和道路建设是导致热岛现象的重要原因之一。然而目前针对道路属性（道路密度及类型）对城市热岛效应的影响研究还较缺乏。本研究运用2012年成都市不同时次（冬夏季）的遥感数据及城市道路交通专题图,运用3S技术探讨道路密度对城市热岛效应的影响以及不同类型道路对城市热岛效应的热贡献。研究表明：（1）成都市热岛效应明显,市区地表平均温度显著高于郊区且热岛强度呈现夏强（3~4℃）冬弱（2.5~3℃）、夜强昼弱的特征。日间城市热岛效应呈现多热中心的分布模式,但冬夏季热岛中心位置不同。夏季日间热中心位于城市的西南部和中东北部,最高可达32.66℃,而冬季日间城市的西南部地表温度较高且热中心主要分布于城市边界地区,地表温度超过16℃。无论冬夏,夜间城市热岛效应均呈现环状分布特征,即从城市边缘到中心,地表温度逐渐升高,夏季城乡地表温差高达4.37℃而冬季达到2.82℃。（2）成都市区道路呈现“圈层型＋辐射型”分布模式,道路密度与道路的分布有关,城市南部及西南部的道路密度高于北部区域。（3）无论冬夏,道路密度与地表温度正相关,但两者相关性呈现昼弱夜强的特征,其中夜间相关系数达到0.5左右。对热效应贡献度指数、热单元权重指数、区域热单元权重指数3个指标的分析都表明无论冬夏、无论昼夜,市区分布面积最广的三级道路对城市热岛效应的热贡献最大,其热效应贡献度指数均在95%以上,其次是二级道路,各项热效应贡献度指数为45%~80%。本研究结果将有助于未来城市建设和道路规划,并为缓解城市热岛效应提供理论支持。     

深圳市蛇口半岛人工填海及其城市热岛效应分析

为满足日益增长的土地需求,人工填海已成为目前世界范围内沿海地区城市空间扩张的主要方式。深圳作为中国首批经济特区和改革开放先锋,在经历30多年经济高速发展和城市快速变迁后,已由过去的小渔村发展为现代化国际大都市,与此同时,也开展了大量人工填海工程。城市热岛效应,作为城市热环境评价的重要指标,随着人工填海的快速推进会愈发明显,从而会导致城市热环境和微气候改变,加剧大气污染,严重影响着城市人居生态环境。然而,针对人工填海对城市热岛效应影响的具体研究并不多见。基于TM及ETM+遥感数据,对深圳市蛇口半岛人工填海区域的城市扩张及其热岛效应进行了分析,并对该区域地表温度的变化与归一化植被指数(NDVI)的关系进行了探讨,以期为沿海地区城市热环境的研究和空间地理的合理规划提供参考。结果表明,①该区域1999年至2009年间人工填海面积增加近16 km2,相当于1999年整个蛇口半岛面积的1/3。②利用城市热岛效应表达模型对1999年、2009年蛇口半岛的热岛分布等级进行了分析。研究表明,2009年热岛区域较1999年显著扩张,绿岛面积显著减少,弱热岛、中等热岛、强热岛面积均有不同程度地增长。强热岛正向变化最显著,2009年的强热岛面积相较于1999年增加了5.5倍,中等热岛的扩张面积也超过了1999年的4倍。③热岛扩张区域与人工填海增加区域高度吻合,可见人工填海工程显著增强了城市的热岛效应。④蛇口半岛区域地表温度与植被指数NDVI呈现显著负相关(P<0.01)。地表温度在蛇口半岛两侧的人工填海区形成高值区,在南山和赤湾山植被覆盖指数较高的区域形成低值区,而城市建筑群居中。     

城市区域内建筑物表面温度特征

本文以低纬高原城市昆明市为研究对象，利用城市区域内气象要素实测资料，定量地分析了城市区域内建筑物的表面温度特征、变化规律及其与屋顶面的差异，得出屋顶表面温度时间变化呈现不对称性；昼间各壁面温度的数值和变化规律存在较大差异，小于屋顶表面温度；昼间屋顶面和各壁面的变温率具有不同特征，屋顶面多数时间处于增温过程，东向壁面的变温率为下降趋势，西向壁面为上升趋势。其结果可为探讨城市气候形成以及城市建筑的规划、设计提供科学依据     

天然水体沉积物的表面特征

本文运用表面络合的模式和原理，研究了江西乐安江下游黄龙庙沉积物的表面特征，通过酸碱滴定实验求定了样吕的零电点ｐＨＰＺＣ、表面质子电荷密度σＨ和表面总吸附位ＮＳ；应用图解法和ＦＩＴＥＱＬ程序计算法求定了江西乐安江下游黄龙库沉积物样品的表面固有常数；对恒定容量模式、扩散层模式和三层模式在天然水体沉积物中的应用进行了比较，研究表明，应用表面络合模式研究天然水体沉积物的表面特是可行的，三种模式都能在一定程     

石油类物质的湿沉降及其对区域水环境的影响:以正构烷烃为指示物

为评估含有机污染物的湿沉降对区域水环境污染的贡献,在广州市3个采样点(海珠区、天河区和萝岗区)采集了2010年湿沉降样品(157个),并在天河点采集了12个干沉降、11个地表径流及10个气溶胶样品,并对其中指示化合物正构烷烃的浓度、来源和通量进行分析.正构烷烃(包括从C20—C34的15种同系物)总浓度范围为0.6—292μg·L-1;从季节上看,其在雨季(4—9月)的浓度低于旱季(1—3月和10—12月).碳优势指数和主成分分析结果表明,广州市的正构烷烃主要来源于石油产品的消费(50%),暗示石油产品消耗是主要污染源;其次来自植物排放(38%).此外,广州市在2010年有55±80 t(平均值±标准偏差)正构烷烃经干沉降和湿沉降至地表,其中湿沉降的贡献为39±80 t.同时,大约有224±296 t正构烷烃通过地表径流进入到珠江,反映了面源污染对区域水环境影响很大.因此,控制石油产品的消费和治理地表径流,是抑制面源污染、改善区域水环境的两个途径.     

Impact of continental margins in the Mediterranean Sea: Hints from the surface colour and temperature historical record

The surface colour and temperature fields of the Mediterranean Sea, as appearing in time series, of basin-wide images available in the CZCS (1979–1985) and AVHRR (1982–1991) historical archives, differentiate between basin interior and continental margins affected by coastal patterns, river plumes, and mesoscale features. The original data were processed to apply calibration factors, to correct for atmospheric contamination, and to estimate chlorophyll-like pigment concentration and surface temperature. Composites were derived, as monthly and annual means, using a fixed equal-area projection with a 1-km² pixel grid. Enhanced pigment values and lower temperatures along the northern coastal areas (i.e. the Ligurian, Provençal and Balearic basins, as well as the Adriatic, and Aegean Seas) have been associated with the impact of runoff from continental margins (i.e. both a direct impact due to the sediment load and one induced on the planktonic flora by the associated nutrient load) and with vertical mixing due to the prevailing winds (i.e. the Mistral in the northwest, the Bora in the Adriatic, the Etesians in the Aegean). The pattern of increasing pigments and decreasing temperatures in seen to develop in the monthly images from the coastal zone towards the open sea from summer to winter, and then back from winter to summer. The southern coastal areas show different values, namely lower pigments and higher temperatures (except in areas where the data are altered by signal contamination). It is suggested that differences in geomorphology and meteorology of the basin margins have an impact on both water biogeochemistry and dynamics, influencing the biooptical and thermal properties of the various sub-basins, and of the entire Mediterranean region.     

Light induced transformation of isoprothiolane on glass,soil, and plant surface

Photolysis of isoprothiolane (di-isopropyl 1,3-dithiolan-2-ylidenemalonate) was studied as a thin film on glass surface, soil surface, and plant surface. Three photoproducts, namely 1,3-dithiolan-2-ylidenepropane, 1,3-dithiolan-2-ylidenemalonic acid, and 1,3-dithiolan-2-ylidenemethane have been identified on the basis of GC-MS method. The major route of photodegradation of this compound is through the de-esterification process, followed by de-carboxylation and rearrangement. The rate of photodegradation in all cases followed first-order kinetics with a statistically significant correlation coefficient.     

Bioinspired cellulose-based membranes in oily wastewater treatment

• Cellulose-based membrane separates oily wastewater mimicking the living things. • The three central surface mechanisms were reviewed. • Preparation, performance, and mechanism are critically evaluated. • First review of wettability based cellulose membrane as major material. • The current and future importance of the research are discussed. It is challenging to purify oily wastewater, which affects water-energy-food production. One promising method is membrane-based separation. This paper reviews the current research trend of applying cellulose as a membrane material that mimics one of three typical biostructures: superhydrophobic, underwater superoleophobic, and Janus surfaces. Nature has provided efficient and effective structures through the evolutionary process. This has inspired many researchers to create technologies that mimic nature’s structures or the fabrication process. Lotus leaves, fish scales, and Namib beetles are three representative structures with distinct functional and surface properties: superhydrophobic, underwater superoleophobic, and Janus surfaces. The characteristics of these structures have been widely studied and applied to membrane materials to improve their performance. One attractive membrane material is cellulose, which has been studied from the perspective of its biodegradability and sustainability. In this review, the principles, mechanisms, fabrication processes, and membrane performances are summarized and compared. The theory of wettability is also described to build a comprehensive understanding of the concept. Finally, future outlook is discussed to challenge the gap between laboratory and industrial applications.     

Phototransformation of chlorimuron-ethyl on leaf surface

Chlorimuron-ethyl, a post-emergent herbicide selectively used in soybean and maize, degrades mainly through chemical hydrolysis. Photolysis has also an important role in the degradation of this compound. Phototransformation of chlorimuron-ethyl takes place through the cleavage of the sulfonylurea bridge, dechlorination, de-esterification and cyclization. Enzymatic de-esterification usually takes place in plant system to liberate the free acid, chlorimuron, which, in fact, inhibits the acetolactate synthase enzyme. In the non-enzymatic environment, de-esterification generally does not occur at normal pH and in moisture-free medium. But on the leaf surface of maize crop de-esterification of chlorimuron-ethyl takes place. The moisture deposited on leaf surfaces by virtue of evapo-transpirational loss of water may cause the de-esterification of chlorimuron-ethyl to the free acid, chlorimuron.     

Determination of chemical characterizations of activated carbons from various raw materials

The objectives of this research were to identify the surface chemical features of activated carbons made of peat, bituminous coal and coconut shell, as well as examine the specific relationship of these properties by using statistical analyses. The results showed that the peat carbons contained much more amounts of Ca, S, P and Mg; however, the bituminous carbons possessed higher contents of Si, Al and Fe. In addition, the content ratios of Al to Si exhibited the Al enrichment phenomenon occurred after the heat treatment. A nonlinear correlation between the pH value and the difference in the amounts of basic and acidic groups was developed. Unfortunately, there were no specific mass ratios found among the acidic functional groups. The results of correspondence analysis (CA) gave a promising confirmation about the EDXRF analysis; moreover, the results of factor analysis (FA) fairly agreed with the findings suggested by CA. Both could explain the specific chemical features of activated carbons made from different materials, especially the CA could differentiate each other in detail.     

Determination of cadmium in the surface waters of Northern Greece

Northern Greece is a part of the country with great agricultural and industrial activity and the estimation of the pollution of its rivers and lakes is very important. The objective of this study is the determination of cadmium (Cd) in the surface waters of Northern Greece. The sampling period lasted 18 months, and samples were collected every 3 months. Sampling sites included 4 rivers (Axios, Strimonas, Nestos, Evros) and 5 lakes (Vegoritida, Volvi, Vistonida, Mikri Prespa, Megali Prespa). Cd was determined with Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry (GFAAS).

The results obtained show that the levels of Cd concentrations are lower than the qualitative target levels of EEC.