国内外城市热岛研究进展

城市热岛现象是人类活动对气候系统产生的最显著的影响之一。在分析城市热岛效应概念和内涵的基础上,论述了国内外在城市热岛效应研究方面的进展,以期为缓解城市热岛效应提供科学依据。     

海绵城市改造对热岛效应减缓效果的估算

在气候变化背景下,海绵城市改造热岛效应减缓效果成为人们最为关注的焦点问题之一,准确获取海绵城市改造前、后温度数据是精准评价海绵城市改造对城市热岛减缓效果的重要前提,气象观测站点往往距离海绵改造区具有较远的空间距离,其数据的不适用性极大限制了评价的开展.以武汉市青山、四新示范区为研究区,基于遥感监测、红外热成像技术,采用设立对比区法、以空间换时间法分别从宏观和微观上估算海绵区改造前后的温度变化,评估海绵城市建设对城市热岛效应减缓的效果.结果 表明:在宏观上,海绵城市改造对工业区(青山示范区)热岛效应减缓有一定效果,对原始开发程度较低地区(四新示范区)未体现出明显效果;在微观上,不同的改造方式、布设方式,甚至同一材料不同颜色等均对海绵改造热岛减缓效应有影响.设立对比区法、以空间换时间法能够为评价海绵城市改造对城市热岛减缓效果估算提供新的思路,具有很强的实用价值.     

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。     

武汉市热岛强度分区与规划应对策略

城市热岛强度分区是城市通风环境改善的前期准备工作。通过空间信息技术方法,提取不同土地类型,并结合建成区热岛强度指数划分武汉市热岛及冷空气生成区。结果表明:用地类型与地表温度存在明显的相关性,大部分水域处于低温区及次低温区,高温区不存在林草地和耕地,城市建设用地主要分布在高温区内;热岛区域大部分分布在武汉市主城区范围内,冷空气生成区位于城市热岛的周边,主城区范围内的大型湖泊、河流和公园绿地对热岛进行分隔。由此提出,对武汉市各个气候功能片区采取分类规划改善策略。     

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。     

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.     

风速及风向对城市热岛强度的影响研究

为研究气象参数风对城市热岛效应影响,利用2008—2013年长沙气象局提供的相关气象数据,采用统计方法,首次研究了风速和风向对热岛强度分布规律的影响。结果表明:长沙热岛效应主要发生在晚间;热岛强度值随风速的增大而降低;处于顺风方向上的南北方向,两者热岛强度的差值随风速的增大而逐渐减少;处于与风向垂直方向上的东西方向,两者热岛强度的差值不受风速大小的影响。气象参数风对城市热岛强度和空间分布影响显著。     

上海多时段热岛效应的遥感研究

城市热岛是一种城市公害,会给人类健康和社会经济带来不容低估的损失.目前研究热岛效应的方法主要有三种,分别为现场监测法、气象资料法以及遥感反演法.从遥感反演法而言,随着技术的逐步完善,许多算法已能将反演实际地温的误差控制在1 K以下;且多数遥感卫星的分辨率在1000 m以下,适合在精细空间尺度上,定量化研究热岛效应;加上遥感卫星已有20多年的历史,还能在一定时间范围内对热岛效应进行多时段比较研究.因此,采用遥感技术研究城市热岛已成为国内外学者共同关注的热点领域.     

京津冀城市扩张对植被和地表城市热岛的影响

基于MODIS-LST、EVI以及土地利用/覆盖数据,分析了2000~2015年京津冀13个城市生长季及不同季节城市扩张对植被（ΔEVI）和地表城市热岛影响的时间变化趋势以及二者之间的关系,结果表明,京津冀13个城市主城区生长季及不同季节的城市扩张对植被均存在消极影响（ΔEVI<0）,对夏季植被的影响最大（ΔEVI=-0.131）;白天和夜间的地表城市热岛强度（SUHII）最大值均出现在夏季,分别为2.594℃和1.859℃;不同季节的ΔEVI均值呈现显著下降趋势,其速率分别为-0.0038,-0.0033,-0.0045和-0.0018/a（P<0.01）;生长季、春季和夏季白天SUHII均呈显著增加趋势,速率分别为0.076,0.093和0.106℃/a（P<0.01）,不同季节夜间SUHII均呈显著增加的趋势,其增加速率分别为0.05,0.055,0.049,0.054和0.046℃/a;京津冀13个城市主城区的ΔEVI均值和SUHII均值呈显著负相关（P<0.01）,其相关系数介于-0.959~-0.592之间;白天SUHII与ΔEVI的相关性最高为生长季（r=-0.959）,夜间SUHII与ΔEVI的相关性最高为春季（r=-0.936）.     

上海的城市热岛

由城市独特的下垫面和人类活动产生的大量“人为热”,形成了城市比四周乡村温度高的城市热岛,这已经是众所周知的事实。但是,一个城市中热岛的出现频率、强度及其季节变化和日变化等,须有一个定量的估计。本文选择上海市区的10个城市气象哨和城市边缘的龙华站、近郊的莘庄站、远郊的松江站1983年至1987年的气温资料,进行初步的定量分析。测站位置见图1。一、热岛的水平分布上海市区1983～1987年的年平均气温分布如图2所示。由图2可以看出,热岛中心位于市中心的静安区一带,市区东北部的杨浦区还存在一个弱的次中心。等温线与黄浦江在市区的走向完全一致,浦西为暖区,浦东为冷区。