武汉市城区热岛效应的遥感研究

随着城市化的迅速发展，城市热岛效应及其所带来的问题对我们日常的生产生活的影响变得日益严重和不可忽视。如何快速、有效地监测城市热场的分布和强度，是解决城市环境问题的迫切需要。采用先进的遥感手段，能够大面积、同步和动态地监测地面热场的分布和变化情况。利用武汉市地区的LANDSAl7 TM图像，对于热红外波段遥感图像灰度值和地面温度之间的关系进行了定量的解译，并且采用IHS图像复合增强的方法得到了武汉市地面热场分布图。取得了很好的模拟效果。结果显示武汉地区热场的分布具有明显的规律性，区域平均温度的分布由高到低为：旧型工业区-新型工业区-老城区-新城区-郊区；城市地面结构对于区域温度有直接的影响；保护现有的水体和增加绿地的分布是缓解城市热岛效应的有效途径。此外还结合图像分析了热场分布的形成因素。     

城市化进程中的武汉市空气环境响应特征研究

以武汉市2000~2013年数据为基础,构建了城市化综合水平和空气环境综合指数的评价指标体系,利用结构熵权法和响应度模型对城市化进程中的空气环境响应时序特征和整体响应强度进行了比较分析。结果表明:(1)2000年后武汉市城市化呈现快速增长态势,进入了一个快速增长时期;空气环境综合指数及其分量呈现不同的变化特征,综合指数呈波动中递增趋势;(2)空气环境综合指数及其分量对城市化有着不同的响应特征,其中,空气质量指数与综合指数由正响应转向负响应,2010年为拐点,表明近年来,武汉市空气环境压力变大,空气质量有恶化的趋势;(3)相同城市化进程中,空气环境质量的正向响应相对于空气负荷压力的减小具有不一致性和滞后性,2013年后的武汉市空气质量需要持久努力改善。城市空气环境质量改善是一个漫长的过程,需要在减小空气污染排放的压力同时,调整产业结构、节能减排,并要积极预防城市化扩张过程中的建设施工、道路、裸露地面等扬尘污染。     

城市地表形态对热环境的影响——以上海市为例

基于遥感与GIS技术,利用Landsat7-ETM+影像反演地表温度,用社会经济统计数据、土地利用现状数据和道路交通网络数据计算城市景观形态参数以表征地表特征,从行政区(县)、5km间距同心环带和局部区块3个水平上划分空间单元建立数据样本,分析城市地表形态对热环境空间分布格局的影响。结果表明:(1)景观混合度和景观分裂度对地表温度有恒定的负向影响,区块连通性与地表温度负相关;(2)景观分裂度对热环境的影响取决于地类属性:分裂度大的增温地类,地表增温效应弱;分裂度大的降温地类,地表降温效应强;(3)人口密度和经济密度可对地表温度产生恒定正向影响;(4)人口密度、建设用地比例和房屋建筑比例是分布在区(县)尺度、同心圆环尺度和典型区块尺度上影响地表热环境最显著的地表形态要素。     

武汉市一次污染过程的局地流场和边界层结构的数值模拟

利用2013年11月武汉市逐日空气质量资料、地面气象观测资料、NCEP/NCAR再分析资料和L波段雷达探空资料,通过WRF模式模拟空气污染生消过程中的局地气象条件变化,探讨特殊地形条件下边界层结构变化和局地环流在污染物生消过程中的作用和影响。结果表明：（1）武汉地区当背景环流场强的时候,由地形引起的局地流场对污染物扩散的影响就弱,反之当背景环流场弱的时候, 地形对流场影响明显:夜间为山风,白天为谷风。夜间山风与偏西北气流及偏东气流在武汉及周边地区辐合,形成气流汇聚带,在武汉地区形成一个反复污染带,即由地形引起的局地流场对污染物扩散的贡献就大;（2）武汉地区发生空气污染时,地面湿度较高,边界层呈上干下湿状态,其特征为暖而干且有偏东小风,这导致污染物不断堆积和重污染过程的形成。     

土地城市化背景下武汉市资源环境承载力仿真研究

运用Vensim软件,通过构建"土地城市化-资源环境承载力"系统动力学模型对不同情景下武汉市资源环境承载力的发展趋势进行仿真,为土地城市化背景下武汉市未来发展方向提供参考。结果显示,协调发展型是最适合武汉市的发展模式,而现状延续型、政绩驱动型和生态环保型情景下武汉市资源环境承载力到2020年均将面临超载压力。武汉市在适当加速推进土地城市化的同时应注重增加耕地面积、加强基础设施建设、降低资源消耗和污染排放,确保资源环境承载系统平稳运行。     

城市热环境的规划改善策略研究——以武汉市为例

随着城市热环境的恶化,城市中极热现象频率逐步增高。对于在城市尺度下提出的概念性的规划策略,因其缺乏可操作性并不能及时有效的缓解城市热岛现象。然而,在局部尺度下的策略一直难以提出,其中的一个原因便是对现有的关于城市微气候的研究缺少标准。在OKE教授团队提出的局部气候区（LCZ）概念的基础上,以武汉市为例提出一个通过量化的措施在局部尺度改善城市热环境的流程。方法上,利用ArcGIS和envi软件从Landsat-7的ETM+影像数据和武汉市的建筑矢量数据中提取出9个最常用的影响地表温度（LST）的地表指标,进而利用这9个指标通过K均值聚类的方法对武汉市研究区域进行LCZ划分。接着,利用普通最小二乘法（OLS）分析地表指标与LST的关系。以LCZ为框架,结合各地表指标与LST的相关性关系,从改善局部LST过高的角度出发,以分层结构和优先级的思路提出规划缓解策略。研究结果表明,案例中的武汉市研究区域被划分为7个LCZ,同时也定位出各LCZ中温度最高的热点,发现地表指标在不同的LCZ与地表温度有独特的相关性关系,因而针对不同LCZ中的热点提出了具体的地表指标参数值调整建议来改善热点的热环境状况。这可以在一定程度上有目标性的降低局部热岛的温度,同时至少在2个方面有助于城市微气候和规划的研究：(1）减小了城市热环境的研究尺度;(2）从规划角度提出了优化城市热环境的工作流程。     

重庆村镇住宅热湿环境现状及评价

通过对重庆地区村镇住宅的实地调研和村镇典型住宅温湿度连续监测,获得了重庆地区村镇住宅的主要围护结构形式以及典型房屋2010年1～9月的室内热湿环境状况,并利用重庆地区自然通风适应性热舒适性评价模型进行了分析。结果表明：现有墙体热工性能最好的是180红砖内外水泥砂浆抹灰外贴瓷砖形式,测试房屋冬季室内最低温度为83℃,最高相对湿度为962%,夏季室内最高温度为344℃,最高相对湿度为99%。监测数据中相对湿度大于70%的时数占总测试时数的93%。住宅围护结构的冷热抵御能力和湿舒适湿卫生条件都很差。采暖季节室内达到舒适只有2 d,空调季节有58 d,村镇地区围护结构冬季保温要求比夏季隔热显得更为突出     

基于STIRPAT模型的武汉市环境影响驱动力分析

面对日益严重的环境问题,不仅要了解导致环境问题的各种驱动力,更应建立模型来精确描述环境影响与驱动力之间的关系。以武汉市为例,应用SPSS软件、以STIRPAT模型为依据,建立了描述环境影响与各驱动力之间精确关系的数个模型。模型计算结果表明:人口总量的增长和人类发展指数的上升是最主要的环境影响驱动力,城市化率、人均GDP等因素对环境也有影响;第三产业比重的上升有助于减小环境影响;基尼系数对环境几乎没有影响。以此为据,就如何改变这些影响因素,以减小环境影响提出了建议。除了人口总量等常规指标,还分析了人类发展指数、城市化率、基尼系数等指标,充实了环境影响驱动力指标体系,更客观反映了造成武汉市环境问题的原因。     

长株潭城市群人为热排放对城市热环境影响研究

采用"自上而下"的能源清单法,研究了长株潭城市群2017年人为热排放量及其时空分布特征;同时,利用中尺度天气预报模式(Weather Research and Forecasting,WRF)及其耦合的UCM对夏冬两季分别进行数值模拟试验,定量分析了不同类型建成区人为热排放增温效应的季节性差异.结果表明:(1)长株潭2017年人为热排放总量为3.49x1017J/a,平均人为热排放强度为14.22 W/m2,工业、建筑、交通和人体新城代谢对人为热的贡献率分别为48.15％、40％、11.3％和0.55％.(2)人为热的引入使得城市群主城区夏季和冬季的平均温度分别升高了约0.7℃和1.5℃;冬季增温效果是夏季的2倍.(3)不同密度分区人为热排放导致的增温效果不同,总的来说,工业/商业区＞高密度住宅区＞低密度住宅区.     

基于HJ-1B数据的武汉市LST反演及热环境分析

以HJ-1BCCD/IRS4为主要数据源,采用单窗算法,反演了武汉市夏季高温代表日的地表温度,并用MODIS地表温度产品对反演结果进行了验证。在此基础上,提取热场变异复合指数来分析城市热岛空间分布特征,给出了城市热岛效应的定量化描述,并就不同下垫面对热岛效应的影响进行了研究。结果如下:(1)武汉城市热岛呈现整体上交错分布而局部小聚集的不规则特点,大热岛之中存在一些温度更高的小热岛;(2)武汉市2009~2012年夏季高温日平均LST为306.11K,多数城区温度达到309~317K;(3)主城区热场变异复合指数均超过了0.015,表现为较强-极强的热岛效应;6个等级的热岛效应强度的面积比例依次下降,而对应的LST平均值则逐渐升高;(4)不同地表覆盖类型LST相差较大,其在地表类型面积构成中的比例不同。研究成果可为城市热环境监测与生态评价提供科学依据。     

基于客流结构的高铁经济辐射效应研究——以武汉市为例

立足对高铁经济辐射理论模式的认识,运用行为地理学的微观分析方法,以实地调查问卷为主要数据来源,以武汉市为案例,通过客流结构的系统解析透视高铁经济的辐射效应。研究表明:高铁经济的辐射效应与城市经济结构高度相关。在空间上,呈现出中心城区较强、外围城区较弱的总体态势,倾向于强化武昌、江汉和东湖高新区等核心地区的空间增长;在产业上,呈现以促进第三产业发展为主,有利于推动现代服务业和高新技术产业等主导部门的优化发展。研究结论能够为类似城市的高铁经济发展和武汉市的经济结构调整提供借鉴和启示。     

基于耗散结构理论的城市生态水平评价研究——以武汉市为例

城市是一个经济-社会-自然复合系统,城市生态环境是城市经济社会持续发展的支持系统。基于耗散结构理论和信息熵原理,通过计算生态经济熵、生态功能熵和城市生态系统总熵变,分析城市生态系统的演化发展规律;利用综合发展度和协调发展度两个指数,建立城市生态水平评价的定量模型。以武汉市1988~2004年城市生态系统发展为例,评价结果表明：（1）武汉城市生态系统的生态经济熵、生态功能熵和城市生态系统总熵变均呈现出下降趋势,城市健康、有序水平不断提高;（2）武汉城市生态系统在经历了1988~1991年停滞发展期后,从1992年开始,生态综合发展水平逐年提升,协调发展水平在不断增加,近10年来都保持在基本协调发展水平。     

武汉市灰霾天气特征分析及基于支持向量机的能见度预报

利用武汉市2013年灰霾日气象数据和空气质量数据对灰霾天气特征及其影响因子进行了综合研究,获得了武汉市灰霾天气的主要影响因子,并使用支持向量机对灰霾日能见度进行了多因子综合预测。实验表明,支持向量机模型在短期预报中,±1 km、±2 km、±3 km误差范围内预报正确率分别达到733%、867%、967%,平均绝对误差在1 km内,实现了灰霾能见度高精度预报,优于多种预报模型。在第2、3天±3 km误差范围内的能见度预报准确率都达到90%,中长期预报能力较强,模型性能稳定     

基于环境库兹尼茨曲线的协调度研究——以武汉市为例

经济发展与环境之间的关系已成为全世界特别是发展中国家越来越关心的问题,环境库兹尼茨曲线(EKC)即为描述它们之间关系的曲线.在阐述协调度与EKC曲线关系的基础上,建立了经济与环境协调度的信息熵模型,并引入BP网络对未来的协调度值进行预测,所得协调度值对应于EKC曲线进行分析,得到协调度的EKC曲线变化趋势,为区域经济决策提供了依据.以武汉市为研究对象,得到该区域1988～2006年经济环境协调度,并对2007～2020年的协调度值进行了预测,从协调度值与EKC曲线的量化关系得出经济与环境的EKC曲线发展状态和趋势.结果表明:武汉市的协调发展状况不容乐观,基本呈现协调度值较低、发展状态较差的状况;武汉市现正处于EKC曲线的转折顶点,逐渐向协调发展稳定期过渡的关键时期,因此武汉市政府需加强政策调控,保证稳步转型,达到稳定的协调发展状态.     

基于环境责任保险的动态环境侵权救济体系研究

通过对环境责任保险的定义和特点的总结,以及对其环境侵权救济功能的探讨,得出结论:社会从矫正的正义观到分配的正义观的转变,是推动环境责任保险制度发展的根本原因;赋予第三人直接请求权是环境责任保险制度的重要组成部分;公共补偿制度的建立和发展是对环境责任保险制度的必要补充。在此结论的基础上,以环境侵权受害者能够得到及时有效的救济为出发点,构建了以环境责任保险制度为核心的动态侵权救济体系:民事救济作为第一层次,通过法律程序来确认侵权行为、责任主体以及赔偿额度等事项;环境责任保险作为第二层次,用来分散被保险人的污染损害赔偿责任,补偿受害者损失;公共补偿制度作为第三层次,用来补充民事救济和环境责任保险所未能覆盖到的受害者的人身、财产损失。三个层次联动配合、相互补充,从而在我国面临日益增多的环境污染事故的情况下,为受害者、企业和国家开辟了一条新的环境侵权救济之路。     

武汉市城乡建设用地时空演变及驱动机制研究——基于城乡统筹视角

基于城乡统筹视角,运用GIS空间技术、土地利用动态模型和多元回归分析,研究武汉市1996~2009年城乡建设用地数量结构变化、空间格局演变及驱动机制,是土地利用变化（LUCC）研究的重要内容之一,对区域城乡建设统筹规划及城乡社会经济统筹发展具有现实指导意义。结果显示：(1)研究期内武汉市城乡建设用地整体规模扩大,城镇建设用地比重上升,农村居民点用地比重下降;城市与建制镇扩张较快,主要源自对农用地的占用及独立工矿用地、农村居民点整理。(2)外城区城-乡建设用地数量、结构变化及类型转换特征对武汉市城乡建设用地变化起主导作用。(3)人口变化、经济增长、居民生活水平提高及政策等因素对武汉市内、外城区城-乡建设用地格局的驱动作用具有明显的区域差异和城乡差异     

基于多源遥感影像融合的武汉市土地利用分类方法研究

准确高效的获取土地利用信息,对于合理利用和开发土地资源具有十分重要的意义。在快速城镇化地区,土地利用活动频繁且密集,土地利用格局演变十分剧烈,增加了城市土地利用精准分类的不确定性;且受环境气候和云雨天气影响增加了有效光学影像获取的难度。为提高城市土地分类精度,该文选取武汉市中心城区为研究案例,以Sentinel-1A和Landsat8 OLI影像为数据源,采用Gram-Schmidt变换方法进行影像融合,选取最大似然、支持向量机、CART决策树、BP神经网络等4种分类方法对融合的影像进行分类,提取了研究区土地利用信息,并对其进行分析。进一步,通过与光学影像的分类结果对比,探究了Sentinel-1A和Landsat8 OLI融合影像在土地利用信息提取方面是否具有优势。研究结果表明:(1)对比其他3种方法,CART决策树分类方法对于融合后的影像分类精度最高,总体分类精度和Kappa系数分别达到88.55%和0.841 4;(2)与光学影像相比,Sentinel-1A和Landsat8 OLI融合影像可以更有效地获取高精度城市土地利用信息;(3)基于多源遥感影像融合的CART决策树分类方法是获取研究区高精度土地利用信息的一种行之有效的技术手段。研究成果可为快速城镇化区域的土地利用分类提供参考。     

基于MODIS数据的地表组分温度反演研究

组分温度的反演是当前定量遥感的一个难点。与众多的陆面温度遥感模型相比,成熟的组分温度遥感模型相对较少。通过对近地面热红外辐射能量的线性展开,建立了MODIS多波段植被、土壤组分温度反演模型。该模型将组分温度与地表温度定量联系起来,模型中所涉及到的参数充分考虑到研究区湿地环境的特点。在计算组分温度时,首先利用单窗算法得到的MODIS陆面温度反演模型计算地表温度,然后由所建立的组分温度模型计算植被、土壤温度。选用2005年10月31日的鄱阳湖地区MODIS数据试验,与实测的植被、土壤温度相比,反演的组分温度的误差在15~21℃;通过对模型参数的敏感性分析,表明该模型具有一定的稳定性。实践证明,该方法能够有效实现组分温度的分离,是一种组分温度反演的较好方法。     

基于地块尺度的耕地非农化驱动力空间异质性研究——以武汉市为例

土地用途管制和基本农田保护制度下,耕地非农化概率值和其驱动力的空间作用强度分布在土地资源配置和耕地保护方面有积极的指示性。基于武汉市2000~2011年耕地非农化地块的微观数据,通过比较分析Logistic回归模型和地理加权Logistic回归模型参数估计结果,验证了耕地非农化驱动力的空间异质性,并对异质性的空间分布规律和政策涵义做出总结分析。研究表明:1耕地间的空间依赖效应和建设用地对耕地的空间溢出效应在耕地非农化过程中具有显著影响力,且耕地非农化驱动力存在显著的空间异质性;2地理加权Logistic回归模型由于考虑到数据的空间非平稳状态所以比Logistic回归模型有更好的拟合效果;3耕地非农化驱动力的异质性在空间上呈现出一定规律,这些受到产业布局、经济和城市发展特点等的影响,根据不同驱动力空间异质性产生的原因进行差异化土地管理可以解决耕地保护和建设用地供给间的矛盾。研究结果能从地块尺度上反映出耕地非农化驱动因素的空间异质性,实现了驱动因素作用强度空间分布的可视化,并能为国土资源差异化管理提供理论和实践参考。