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。     

桂林市典型园林绿地与水体的降温效应研究

随着城市化的快速发展,城市热岛现象也越来越突出。作为城市生态系统中两种重要的地物类型,园林绿地和水体对城市热岛均有明显的降温效应,因此对其进行定量研究具有重要意义。以桂林市建成区为研究对象,利用TM影像数据提取了区域的地表温度(LST)、植被覆盖度(FV)以及改进的归一化差异水体指数(MNDWI)等生物物理信息,同时借助空间统计和缓冲区分析方法,对区域典型园林绿地和水体地表温度的空间特征及其相关性进行了定量研究。结果表明:桂林市5城区的地表温度以低温区和中温区为主。高温区与极高温区也占有较大比例,两者占市区总面积27.8%,较全市平均地表温度高约2~4℃,整体上呈现显著的热岛效应。城市中园林绿地和水体的平均地表温度分别为26.76和24.86℃。相关性分析揭示,城市园林绿地和水体面积与其内部地表温度呈现极显著负相关关系(sig=0.001),园林绿地的FV、水体MNDWI则呈显著负相关关系(sig=0.015和sig=0.038),说明地表温度随着上述参数的增大而降低。除典型水体面积与地表温度的拟合曲线为对数函数之外,其他参数的最佳拟合效果均为线性。缓冲区分析说明,不论是城市园林绿地还是水体,都会对外围一定区域的热环境产生影响。伴随城市园林绿地与水体样区缓冲带距离的增大,外围区域的地表温度呈上升趋势,但这种趋势随距离变化在不断减弱,其有效影响范围在距样区边界120~240 m处。通过对比研究发现,城市中较大面积的公园绿地或水体其降温效应要比面积较小者显著,而水体对于周围热场的影响和敏感度要强于园林绿地。     

榆林地区植被时空分异特征及其影响因素研究

植被作为反映陆地生态系统和气候的重要指标,对研究全球或区域生态环境变化具有重要作用。以地处黄土高原生态脆弱区的榆林市为研究区,基于地理探测器模型,选取坡向、坡度、气温、降水和土壤类型5类自然因子,土地利用类型、人口密度和GDP 3类人文因子,分析榆林地区植被空间分异特征及其驱动力,并揭示了促进植被生长影响因子的最适宜特征。结果表明,（1）研究区2000—2018年植被覆盖趋向改善,NDVI呈现增加趋势,增速为0.11/10a,2008年以后植被增长较为明显;NDVI在2018年中高等级（0.6—0.8）面积比2000年中高等级面积明显增加;中高等级集中于榆林市东部黄土丘陵区,中低等级（0.2—0.4）集中于榆林市西北部的风沙区,植被覆盖呈现东部高西北低的空间分布特征。（2）人口密度和气温因子较好地解释植被NDVI空间分异性,是影响NDVI空间分异性的主要因子,GDP、土地利用类型和坡度是次级影响因子,其他因子对NDVI空间分异存在间接影响;坡向、降水和土壤类型因子与其他自然、人文因素对植被空间分布影响存在显著性差异。（3）自然、人文因子对榆林市NDVI的影响存在交互作用,因子之间的交互...     

内蒙古皇甫川五分地沟小流域土地覆盖空间格局特征及其持续性分析

基于1979、1987和2002年3个时期的土地覆盖类型图,从斑块面积、形状、空间关系3方面着手,利用斑块面积百分比、面积变异系数、分维数3个景观格局指数对内蒙古皇甫川五分地沟小流域的土地覆盖格局及变化特征进行研究;并以流域为尺度,测算土地覆盖破碎度、多样性指数、分维数、合理性指数4个指标随时间变化的持续性。结果表明:研究区土地覆盖现状呈现各类型相对较均衡的镶嵌状分布格局,土地覆盖类型较稳定,斑块形状较简单,受人类干扰较大。土地覆盖特征指数的持续性分析结果与对应的指标分析结果相吻合。     

山西中部城市群景观格局演变对其热环境的影响研究

城市群化使得城市热环境问题变得更为复杂。以2010-2020年4期Landsat影像数据为基础,运用空间分析、景观格局指数与数理统计等方法,分析山西中部城市群景观格局动态演变和热环境分布及变化特征,并定量探究城市群景观格局演变对其热环境的影响作用。研究表明,（1）近10年来山西省中部城市群的建设用地逐年增加,在空间分布上均有向太原市偏移的趋势。（2）研究区地表温度总体呈上升趋势,城市群热岛效应逐渐显现,2013-2016年,高温区重心向东北方移动30.03 km,转移至太原市中轴线偏北方位置,各城市间热环境的连通性加强。（3）城市群的景观格局演变对其热环境有着明显的影响：(1)各景观类型中建设用地、耕地及草地热环境贡献指数较高,林地与水体贡献指数为负,其中林地贡献值为-0.975,贡献指数绝对值最大;(2)从景观格局指数来看,在类型水平上,林地的聚集度指数、平均分布斑块面积、最大斑块所占景观面积比例、景观类型比例与地表温度（LST）呈负相关,斑块密度、边缘密度与LST呈正相关,而在景观水平上,景观形状指数、斑块密度、香浓均匀度指数等与LST呈正相关,2013年各相关系数最大,不同景观类...     

内蒙古皇甫川五分地沟小流域土地覆盖空间格局特征及其持续性分析

基于1979、1987和2002年3个时期的土地覆盖类型图，从斑块面积、形状、空间关系3方面着手。利用斑块面积百分比、面积变异系数、分维数3个景观格局指数对内蒙古皇甫川五分地沟小流域的土地覆盖格局及变化特征进行研究；并以流域为尺度，测算土地覆盖破碎度、多样性指数、分维数、合理性指数4个指标随时间变化的持续性。结果表明：研究区土地覆盖现状呈现各类型相对较均衡的镶嵌状分布格局，土地覆盖类型较稳定，斑块形状较简单，受人类干扰较大。土地覆盖特征指数的持续性分析结果与对应的指标分析结果相吻合。     

基于LandsatTM影像的武汉市热岛效应研究

采用定量遥感与GIS相结合的方法,利用武汉市2006年TM遥感影像,定量分析武汉市植被指数和热岛效应的关系和空间分布。在空间剖面上,研究了植被指数（NDVI）与地表辐射温度的关系并对植被指数（NDVI）与地表辐射温度进行了回归拟合。在此基础上,研究了武汉市热岛空间分布,解释了武汉市热岛等级空间分布的特点。研究结果表明：植被指数（NDVll与地表辐射温度存在着明显的负相关性;随着植被覆盖的变化,城市建设用地的地表辐射温度明显比其他土地类型敏感;城市中工业区和人口活动密集的商业区热岛强度高;水体和绿地对于分割城市热岛和缓解热岛效应有显著作用。该研究可为城市生态规划、用地合理布局等提供参考。     

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     

中国不同植被覆盖类型NDVI对气温和降水的响应特征

基于1982—2012年植被生长季(4—10月)GIMMS NDVI 3g数据集、中国气象数据网同时期气温与降水月值0.5°×0.5°格点数据集(V 2.0)和MODIS土地覆盖产品,运用GIS和相关统计方法,对中国长时间较为稳定的8种典型植被覆盖类型(常绿阔叶林、落叶阔叶林、混交林、开放灌丛、多树的草原、草原、作物以及作物和自然植被的镶嵌体)NDVI与气温和降水的时空响应特征进行研究。结果表明,除西南部分地区和西北小部分裸地或低植被覆盖地区外,其他地区多年生长季平均NDVI与平均气温呈显著正相关;西藏南部和华南大部分地区植被NDVI与降水呈负相关,强降水会对植物生长产生一定阻碍作用,其他地区多年生长季平均NDVI与平均降水呈显著正相关;从植被覆盖类型上看,除常绿阔叶林和多树的草原外,其他植被覆盖类型与气温、降水均呈正相关关系,其中落叶阔叶林、开放灌丛和草原与气温和降水均呈较高的正相关,且对气温的响应比对降水强烈;NDVI对气温和降水的响应具有空间异质性,不同植被覆盖类型NDVI与气温和降水的相关性不同,相同植被覆盖类型NDVI在不同地区的相关性也不同,分布在西南地区的常绿阔叶林NDVI与气温呈正相关,而分布在华南、台湾地区的常绿阔叶林NDVI与气温呈负相关,暖湿西南季风可能是造成差异的原因;植被NDVI对气温、降水的响应存在时滞效应,对降水的时滞效应更为显著,不同植被覆盖类型NDVI对气温和降水的滞后期不同,在生长季末期,落叶阔叶林NDVI对气温的响应滞后期约为1个月,西南开放灌丛和华北草原带NDVI对降水的响应滞后期为1—2个月。研究结果可为中国陆地生态环境建设及保护提供理论依据。     

基于归一化建筑指数的北京市城市热岛效应分布特征

以北京市为研究区域,以Landsat TM影像为基础数据,定量反演亮度温度(Tb),提取归一化建筑指数(NDBI),并利用RS和GIS技术在东北.西南和西北.东南方向构建多个特征剖面,探讨Tb与NDBI的关系在空间上的分布规律.结果表明:(1)Tb和NDBI存在明显的正相关关系.(2)剖面上Tb与NDBI相关性的显著程度呈现由中心剖面向边缘剖面递减的格局.(3)剖面上Tb与NDBI相关性的显著程度受下垫面土地利用结构的复杂程度影响,土地利用结构越复杂,特征剖面上Tb与NDBI的相关性越显著.研究结果较好地揭示了建筑与温度相关性的空间分布规律,可为北京市未来的城市、绿地等规划提供一定科学依据.     

洞庭湖区地表温度反演及其时空变化特征

洞庭湖是我国第二大的淡水湖,对区域气候的调节起着极其关键的作用,然而受全球变暖及其他因素的影响,洞庭湖区范围内对气候变化的响应并不一致。为了更好地认识洞庭湖区的地表温度变化及其对全球变暖的响应情况,同时为准确的判断该区温度未来的变化趋势奠定基础,利用1995年、2004年和2013年12景冬季Landsat TM/ETM＋遥感影像的热红外波段数据反演了洞庭湖区地表温度,并对反演的地表温度值进行标准化处理,采用标准差分类法得到地表温度等级图。通过三时相温度等级图的面积统计与直观对比,分析了洞庭湖区在三峡蓄水前后的温度时空变化特征;并结合归一化植被指数（NDVI）、降雨资料、DEM、坡度等数据对洞庭湖区的温度变化影响因素进行了统计分析。结果表明,（1）洞庭湖区各温度等级面积成正态分布,主要以中温区、较高温区和较低温区为主。从空间分布上来看,低温区主要分布在水体,而高温区则没有明显的分布特征。（2）受雨雪天气影响,2004年的高温范围减少,减少情况为西洞庭湖区〉南洞庭湖区〉东洞庭湖区,面积变化比例分别是5.38%、2.12%、0.71%,表明冷气流对西洞庭湖区的温度变化影响最强,而东洞庭湖区最弱。（3）2013年高温范围增加,且变化强度呈现出西洞庭湖区〈南洞庭湖区〈东洞庭湖区的空间特征,面积变化比例分别是2.21%、2.38%、2.68%,表明在三峡水库蓄水之后,东洞庭湖区的地表温度受到较大影响。（4）植被的覆盖情况与温度相关性不明显,而坡度、海拔与温度呈正相关关系,这表明坡度可以有效的减少冷气流对温度的影响,地势较高地区与阳坡出现高温情况则表明地表温度受太阳辐射影响较大。     

乌鲁木齐城市地表温度时空变化与贡献度研究

伴随着新疆首府乌鲁木齐市经济快速发展,人口持续增加、城市化进程不断加快,地表温度也发生极其显著的变化.以乌鲁木齐市中心城区为研究对象,利用1990—2018年的4期Landsat卫星影像和中国科学院土地利用/覆被分类数据,采用地表温度反演、重心转移模型、空间聚类分析以及计算贡献度指数等方法,定量研究乌鲁木齐市城市化进程...     

城镇化与绿地退化对城市热环境影响研究

城市的发展和城市化进程的加速,导致建设用地的迅速膨胀和生态景观绿地的急剧减少,最终改变了城市热环境。以广州南部快速发展区为例,基于Landsat6遥感影像数据定量分析城市化及绿地系统的变化情况及其城市地表热场和热岛效应空间分布情况,探讨城市热场及热岛效应受城市化和绿地退化（以NDVI为表征）影响的定量关系。研究表明,广州南部地区的热环境状况与其地形特征之间有较密切的联系,城市热环境的分布变化与城镇建设用地和NDVI的分布变化有一定的相关性,特别是与NDVI呈现线性负相关,即地表温度随着归一化植被指数的增大而降低。结果表明,城镇化与绿地退化是导致城市热岛分布变化的影响因素之一。最后从生态角度出发,提出通过构建城市点状绿岛和带状生态廊道来改善城市热环境的可能性。     

城市公园对城市热岛的影响及三维分析--以广州市主城区为例

随着城市的快速发展,城市热岛（UHI）问题越来越突出,如何缓解城市发展所带来的热岛效应加剧,提高居民健康生活质量,改善人居环境,已成为全民关注的重点生态环境问题。在高度发达的城市区域,绿地对城市热岛具有明显的降温效应,因此对其进行定量研究具有重要意义。文章基于遥感和 GIS 的方法,通过热环境反演和空间统计分析,以广州市主城区30块主要城市公园为研究对象,分别从城市绿地形态、城市绿地缓冲区和热环境三维分析3个方面研究了城市绿地对城市热岛的影响。结果显示：城市绿地形态（面积,周长,形状指数）与公园的温度具有较强的对数相关性,并且随着三者的增大,绿地内部均温和最低温度均降低,并且呈现“饱和”趋势;通过对城市公园斑块建立3个缓冲区（120、240、360 m）,并进行缓冲区内的均温统计发现,30个城市公园的温度变化呈现出3种情形,即自内向外变高、变低和不变;最后,为了更好的解释上述3种情形,引入三维热环境分析,对3种情形分别选取代表性公园进行分析,总结其空间分布规律,结合相关数据对产生的这种结果进行了简要分析。本文的主要创新点,在对城市公园与热环境关系传统分析的基础上,引入三维的分析方法,能够更加清晰的展示二者的关系,为未来的相关研究提供一定的借鉴。     

城市化趋势下城郊土地利用结构变化的区位分析--以杭州市为例

以杭州市区为研究区，利用近卜年的土地利用系列统计资料和遥感解译数据，采用统计分析和区位原理，经过数值计算，分析了杭州市区扩建过程中土地利用动态变化特点，重点讨论了耕地和农作物播种面积的时空动态过程。通过区位商数和分离指数的计算分析，揭示了未来土地利用方式的时空变化趋势。研究结果表明，居民工矿用地和耕地面积的变化最为明显；农作物播种面积的递减速率高于耕地面积的递减速率；蔬菜播种面积的区域不平衡性最大，集中程度高。萧山区是未来主要的菜篮子工程发展区。     

1996—2006年武汉市土地利用/覆被变化研究

以武汉市为研究区,利用1996和2006年Landsat5的TM影像解译结果,基于GIS空间分析与数理统计方法定量研究了1996—2006年11年间的武汉市土地利用/覆被变化。研究结果表明：（1）1996—2006年期间,武汉市土地利用覆被总体特征表现出耕地、草地和未利用地减少,林地、水域和建设用地面积增加的态势;（2）这11年间耕地转化为林地、建设用地和水域这3种变化类型分布最为广泛,转换率最大;（3）11年来武汉市土地利用综合动态度变化幅度较大,并呈缓慢上升趋势。土地利用年变化速度达到1.25%;（4）1996—2006年武汉市土地利用程度逐年提高,土地利用程度变化量和变化率均大于0,说明武汉市处于土地利用发展时期,土地利用集约度会进一步提高。     

雷州半岛地表水体非点源污染物时空变化特征研究

以雷州半岛为研究区，利用2000-2003年问南渡河与九洲江，以及赤坎水库与鹤地水库的4年常规监测数据，结合实地调查，利用数理统计分析，对雷州半岛地表水体非点源污染物及其时空变化规律进行了初步研究。研究发现，河流与水库的水质均是以氮污染为主，水体有富营养化现象发生，同时，两河流在雨季都不同程度受到了非点源污染的影响，而只有赤坎水库明显受到了非点源污染的影响。究其原因，主要是由于土地利用方式的不同在一定程度上决定了雷州半岛地表水体非点源污染物质量浓度的时空变化特征。因此，只有合理调整流域和库区的土地利用方式、加强区域的水土流失治理工作，才能有效降低非点源污染所带来的地表水体环境污染问题。     

城市化对北京夏季极端高温影响的数值研究

利用一个耦合了城市冠层模式（UCM）的区域数值模拟系统（WRF／NCAR）,引入由LandsatTM提取的京津冀区域30m分辨率下垫面GIS数据集代替美国USGS地表分类数据,对2009年6月24—25日出现在北京地区的一次超过40℃极端高温天气过程进行了高分辨率数值模拟,用以考察WRF／UCM系统对北京“城市热岛”及城市高温天气的模拟效果,并分析了城市化对北京地区城市高温和地表能量平衡的影响及其日变化特征。结果表明：采用精细化下垫面分类数据集后能更好地模拟出主要高温区的分布特征,并能较好再现夜间的“城市热岛”效应。城市化发展对近地层气温的影响主要表现在会促使城区及其下风向近郊区气温的升高,增幅可达0．5～2℃,这与城市热岛及其下游效应有关。城市下垫面的高粗糙度对近地层风速表现出明显的阻挡效应,表现在模拟的10m风场减弱明显。考虑了城市下垫面属性的敏感性试验更好地再现了城区温度的日变化,其模拟的日间最高温度与实际观测值更为接近,也较好地模拟出了城区具有较高最低温度的特征。通过城区与郊区能量平衡过程差异的分析表明,城市化可以显著改变能量平衡中各项所占的比重。地表对近地层大气热量输送过程的变化表明随着城市下垫面的日愈扩大,会显著增强白天地表对大气的向上感热输送,增大城区日间出现高温的可能。夜间,模式反映出地表能量收入来自土壤热通量的向上输送,同样由于城区的潜热通量小,收入的能量仍主要以感热形式加热大气,夜间城区具有较高的最低温度并表现出较强的热岛特征,主要与夜间感热加热的持续相关。