宁波城市热岛随城市化演变的多指标综合分析

以宁波市为研究对象,利用1984─2010年间冬、夏各5景Landsat TM/ETM+遥感影像数据进行地表温度反演,在此基础上使用热岛强度、热岛面积、景观格局指数综合分析了宁波城市化进程中城市热岛在冬、夏两季的演变趋势,得出如下结果,（1）强度方面,冬季平均热岛强度为1.57℃,夏季为8.67℃,夏季明显强于冬季;热岛强度在夏季呈增强趋势,在冬季呈变弱趋势。（2）热岛面积方面,在冬季,平均89%的建成区受热岛效应的影响,而在夏季,该比例为98%。无论冬夏,热岛面积均随城市化的发展持续增加。（3）数量方面,热岛景观在冬季以低等级热岛斑块为主,占热岛面积的96%左右,夏季以中、高等级热岛斑块为主,比例约为热岛面积的92%。无论冬夏高等级热岛斑块个数均随着城市化进程显著增加。（4）形态方面,无论冬夏主要热岛景观类型乃至整个热岛的斑块形状均变得更加复杂。（5）结构方面,热岛景观在冬季总体上逐渐破碎化,各类景观趋向均匀,多样性增加。在夏季则逐渐聚集,逐步向以高等级斑块为主导的格局方向发展,多样性降低。（6）空间分布方面,随着城市化进展,冬夏两季热岛景观斑块都经历了数量增加、等级升高的变化。冬季在北仑的宁波经济技术开发区形成了两个热点区,夏季在三江口周边、甬江口两岸以及经济技术开发区形成了三大高温片区。利用多指标综合分析可以更加全面的反映城市热岛的演变规律,为减缓城市热岛效应提供理论依据。     

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。     

陕西关中城市群热岛效应指标初探

选取陕西关中地区12个大、小城市,1970—2009年逐月平均最高、最低和平均气温资料进行不同季节的城市热岛效应分析,对描述热岛效应的热岛强度指标进行研究,并提出以华县站为对比站的改进型温度差直线趋势作为关中城市群热岛强度衡量指标。该指标既消除了局地气候变化影响又剔除了个别小城市增温速率过快的影响。计算结果发现：无论城市规模大小,关中城市群一年四季都存在热岛效应。热岛强度冬春季强,夏秋季弱。大城市的热岛强度无论季节或年增加幅度均比小城市大。     

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。     

基于Landsat时间序列数据的重庆市热力景观格局演变分析

城市热岛效应是伴随城市化而产生的生态环境问题,研究城市热力景观格局的演变有助于掌握城市热岛效应变化的机制与规律,为城市产业合理布局、城市生态环境改善提供科学的决策支持。以重庆市主城九区为研究对象,基于2001年Landsat7 ETM+、2007年Landsat5 TM以及2014年Landsat8 OLI_TIRS三期遥感影像数据,利用辐射传输方程法和Jiménez-Mu?oz et al.(2014)的分裂窗算法反演地表温度,并在此基础上,计算热力景观格局指数,研究重庆市热力景观格局的演变过程。结果表明,(1)2001—2014年,重庆市主城九区热岛和强热岛景观类型范围不断扩大,热岛效应明显增强,渝中区热岛和强热岛所占百分比最高,江北区、南岸区、九龙坡区和大渡口区的增长速度较快。(2)热力景观类型中热岛面积的增加主要由正常区斑块转化而来,而强热岛面积的增加主要由正常区和热岛斑块转化而来,跨越正常区的斑块转化较难。(3)在斑块类型水平上,热岛与强热岛斑块优势度增大。2001—2014年热岛斑块密度减小3.33,平均斑块面积增大6倍;强热岛斑块密度减少0.65,平均斑块面积增大5倍。热岛和强热岛斑块变得大而集中,破碎度减小。热岛间的连通性与强热岛斑块间的连通性越来越高,连通性指数分别增大了3.51和8.41,强热岛斑块形状的复杂程度逐期变大。在景观水平上,2001—2014年重庆市的斑块数量和斑块密度减小,平均斑块面积增大,热力景观破碎化程度逐渐降低,斑块连通性指数高,均大于99.5。聚合度和均匀度指数分别增大14.85和0.09,像素间聚合成斑块的程度变大且斑块类型面积越来越均匀。由此可见,随着城市的发展,重庆市的热环境问题越来越严重,利用热力景观格局指数分析城市热环境,可了解城市热力景观格局的演变趋势,为热岛的缓解提供理论依据。     

基于TM影像的兰州市热岛效应及预测分析

近些年来随着城市建设的高速发展,热岛效应越来越被人们所重视。采用2007年的TM遥感影像,分析了兰州市热岛效应热场强度的分布规律,并应用灰色模型对其未来发展趋势进行了预测。研究发现：兰州市热岛效应明显且稳定存在,热岛中心主要分布在城关区、七里河区人口密度大以及西固区工业聚集的地方;植被和水体有减弱热岛效应的作用。灰色关联度分析表明：人为因素对兰州城市热岛强度效应的影响相对突出;其次,在气象因子中,风速对城市热岛效应的形成和加重也起到重要的作用。灰色预测结果表明：兰州市热岛强度将会持续波动上升,2012年将达到3.826℃。     

城市绿色空间及对城市热岛效应的影响

采用遥感技术结合实地测定的研究方法,利用1987年至2001年遥感卫星影像数据,建立了北京市不同年份的城市绿色空间专题图和热岛分布图,分析了13年中北京城市绿色空间及热岛效应的演变特点,评价了城市发展及城市绿化对热岛效应的影响。结果表明:受城市化的影响,14年中北京城市绿色空间变化明显,城市热岛效应也随之发生明显变化;随着城市建设范围的扩大,原有自然植被不断减少,热岛影响范围随之扩大;随着市区内的绿化建设,绿色空间总量增加,热岛效应有缓解的趋势。     

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。     

基于TM影像的北京市热环境及其与不透水面的关系研究

城市化进程将自然景观转换为以不透水面为主体的人工景观,改变了地表与大气间的水分和能量交换过程,导致了城市热岛效应。城市热岛效应对区域气候、生态环境等产生了一系列影响,其空间分布特征以及影响因素分析已经成为城市气候与环境研究的重要内容。基于2011年7月26日的Landsat/TM卫星影像运用单通道算法反演了北京市的地表温度来表征城市热环境,运用线性光谱分解及VIS模型提取了北京市不透水面盖度来,在此基础上对北京城市热环境的空间分布特征及其与不透水面盖度之间的关系进行了分析讨论。研究表明:北京主城区的地表温度明显高于郊区,城市热岛效应非常显著,其空间分布呈现单核特征,且南部城区的热岛效应要强于北部城区。北京市高温热岛区域和不透水面盖度较高的区域基本重合,两者在空间分布上具有显著的一致性。地表温度随着不透水面盖度的增加而升高,并且其变化速率依赖于不透水面盖度。当不透水面盖度低于40%时,地表温度随着不透水面盖度增加呈指数关系迅速上升,而当不透水面盖度高于40%时,地表温度呈线性缓慢上升。研究结果揭示了不透水面与地表温度的关系,表明不透水面盖度可以作为城市热环境的一个重要指示因子,为城市规划建设及环境评价等提供了科学参考。     

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。     

北京城市热岛的定量监测及规划模拟研究

为定量地评估北京城市热岛现状并预测未来北京城市热岛发展趋势,分别采用气温资料、遥感资料和城市规划资料进行了研究分析。对北京20个气象台站按照台站距离城市中心的距离划分为远郊、近郊和城市三类,分别计算三种类型站点经过海拔订正后的年平均气温,利用1971-2012年城市站和远郊站的年平均气温差值估算北京气温热岛的时间变化;利用1987-2012年的NOAA/AVHRR和Landsat-TM两种不同分辨率的卫星资料,采用定量化的指标--地表热岛强度和热岛比例指数分别估算了不同时期北京地区和城六区热岛强度和范围,并对北京平原地区的城市热岛状况进行了评估;利用2020年的北京城市规划土地利用资料,结合2008年的城市热岛现状监测结果对2020年的北京热岛状况进行了模拟分析。研究结果表明,北京城市的气温热岛与遥感监测地表热岛在时间变化趋势上具有一致性,不同分辨率卫星资料监测地表热岛在时空分布上也具有一致性。其中1971-2012年,以年平均气温计算的北京城市热岛强度增温率为0.33℃·（10 a）-1,近5年（2008-2012）平均热岛为1.12℃。遥感监测结果显示1987-2001年北京地区的热岛持续增强,2001年之后由于北京申奥的成功进行了大面积的旧城改造和绿化,使得城市热岛强度和范围在2004年和2008年有所降低,2008年之后城市热岛继续向东、南和北方向扩展,并出现了中心城区热岛与通州、顺义、大兴、昌平热岛连成片的趋势,到2012年城六区热岛面积百分比已从1990年的31%增加到77%。由热岛比例指数确定的北京各区县热岛强度排名前三分别是城区、海淀和丰台,延庆县最低。对2020年城市规划图热岛模拟结果显示北京热岛已由“摊大饼”演变为“中心＋周边分散”模式,中心城区热岛强度和范围明显减弱,周边广大远郊区将出现分散?     

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。     

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。     

不同地被类型对城市热环境的影响研究

近些年来我国城市热环境急速恶化,特别是2013年我国南方多地出现突破历史极值的极端高温天气,严重影响了居民正常生活。本研究以深圳为例,运用气象站定点观测方法并首次引入运动样带观测方法对深圳市典型地被类型的气温进行监测、分析,探讨不同地被类型对城市热环境的影响。气象站定点监测实验从2011年6月至今,持续样带监测实验开始于2011年6月结束于2013年7月。本研究详细纪录了深圳市西丽大学城及其周边有典型地被类型的气温、太阳辐射、风向、风速等气象数据。根据不同城市景观分选出5种不同的典型城市地被类型：城市景观水、城中村、商业区、城市绿地、郊区。利用观测获得的具有高空间分辨度和高时间分辨度的实验数据对5种不同的地被类型进行分析比较,结果表明：5种不同城市景观的温度差异明显,商业区温度＞城中村温度＞城市景观水区域温度＞城市绿地温度＞郊区温度。城市绿化和景观水对城市热岛有明显的缓解作用,城市景观水可缓解城市热岛强度0.9℃,城市绿地可缓解城市热岛强度1.57℃。城市绿地的降温效果比城市景观水好,比城市温度的缓解效果强0.67℃。人类的周期性活动对区域城市热岛强度有明显的影响。一周时间内,商业区、城中村、城市景观水、城市绿地的城市热岛强度均呈“U”字形。周末四种地被类型的热岛强度比工作日要高,分别高出0.65℃、0.57℃、0.26℃、0.21℃。     

杭州城市热岛空间分布及时域-频域多尺度变化特征

利用杭州20个自动气象站逐时数据计算2006年四季各站平均热岛强度,用薄盘样条函数法研究杭州城市热岛的空间变化,发现:夏秋季时较强,而春冬季强度较弱;总体趋势是杭州市丰体城区最大,向外辐散,逐渐减弱.利用2006年2月～2007年2月逐时气象数据,结合Morlet小波变换方法分析了杭州热岛周期变化特征,发现:其在频域上具有多尺度的周期振荡,尺度主要是24 h(日)、168 h(周)和1 490 h(2月).以日为周期的热岛强度与局地气候系统、地面长波辐射、近地层热量交换、人为热的日周期变化有关;而以周为周期的热岛强度变化成因主要与人类活动及城市大气污染物排放的"周末效应"有显著的关系;以2个月为周期的变化特征与一些较大尺度的自然变化相关.结果表明,杭州城市热岛时空变化是天气系统、地面长波辐射、下垫面、大气污染、人为热、人类活动、近地层热量交换等共同作用的结果.     

热岛效应季节动态随城市化进程演变的遥感监测

作为城市特有的一种环境问题,热岛效应动态发展变化的规律是城市热岛研究的基础工作.遥感技术在城市热岛动态变化监测方面的有用性已经得到了证实.然而当前城市热岛遥感研究基本都取少数几景进行对比分析,这使得遥感在城市热岛时空动态监测方面不能充分发挥作用.采用50景长时间序列Landsat TM和ETM+SLC-on/off影像,采取定性和定量分析相结合的方法,使用热岛强度、热岛范围等指标和热岛显著区的概念对厦门市1987-2008年20年间热岛季节动态随城市化进程演变的趋势进行分析,结果表明:厦门城市热岛在2003、2004年之后已由春夏秋扩展到冬季,且冬季热岛的高等级斑块在数量、个体面积和总面积上均有明显增长趋势.引起这种变化的原因还需要进一步研究和分析.     

山西省城市发展对昼夜环境温度影响

利用1970-2004年山西省71个气象观测站02:00时、14:00时平均温度资料,分析全省昼、夜温度气候倾向率,选取具有代表性的7个城市站和7个乡村站,研究热岛效应对城市昼夜温度的影响.结果表明:(1)近35年来,山西省各站气温倾向率多为正,即呈增温的趋势,但空间分布不均.(2)夜间气温倾向率城市站大于乡村站,白天气温倾向率城市站小于乡村站.(3)城市效应对城市昼、夜增温贡献率分别为-16.15%、33.01%.山西省城市发展对昼夜环境温度影响是不对称的.     

城市的低空气温分布特征及其对大气污染物扩散的影响

本文从城市热岛和城市逆温两个相互联系的不同侧面，分析城市低空气温的分布特征，并结合城市实际污染分布特征，讨论这种局地城市小气候效应对城市大气污染的形成以及对大气污染物扩散的影响，认为热岛效应以及由此引起的对低空温度层结和局地风场影响等的小气候效应是形成城市大气污染分布特征的主要气象原因。