基于Landsat数据热岛效应与植被的关系研究——以开封市为例

随着城市经济的不断发展,城市热岛现象日益严重,不仅制约社会经济绿色健康发展,而且危害人体健康。基于Landsat5、Landsat8数据,利用大气校正法对河南省开封市地表温度进行反演,分析开封市热环境空间分布,并对该市植被覆盖度进行空间变化分析,以期为开封市城市绿色健康规划建设及缓解热岛效应提供借鉴。结果表明,开封市城市热岛效应明显,高温由开封市区向祥符区、尉氏县、通许县、杞县、兰考县扩散;从各区热环境分布看,开封市年平均气温和高温区面积均呈升高趋势,开封市中温区、次高温区面积显著增加,次低温区面积显著减少,城区气温增加速度大于郊区,为热岛的形成提供了热量基础。地表温度与植被覆盖呈负相关,因此在开封市经济建设过程中应对城镇土地使用合理规划、加强城镇绿地规划、增加城镇绿地覆盖度、选用透水地面铺装以缓解开封市热岛效应。     

常德市近15年热岛效应变化及分析

以常德市规划区为研究区,利用2003年、2008年、2013年、2017年及2018年5景遥感影像数据,提取植被覆盖度及建筑指数,反演其地表温度,并评价热岛强度。结果表明,城市地表温度与建筑指数、植被覆盖度具有相关性,分别呈正相关和负相关;常德市热岛效应显著,2003—2013年热岛强度比例指数由0.222升高为0.245,热岛面积增加14.035km~2;2013—2018年热岛比例指数下降为0.221,热岛面积减少19.466km~2;在2013—2018年期间,海绵城市的试点建设区域热岛格局有破碎状趋势,说明建设海绵城市对热岛效应具有一定的缓解作用。     

基于Landsat影像的西宁市主城区热岛效应分析

利用西宁市主城区1987、2001年和2013年3个时期的Landsat遥感影像反演出了不同时期的地表温度,并对地表温度进行归一化处理后得到相应时期的热岛等级分布图。结果表明,西宁市城区的热岛效应呈先减弱后增强的态势,热岛区分布逐渐集中,主要分布在城市边缘未利用地、主城区中商业区、工业区以及城市交通线路周围;热岛效应的范围在扩展,其分布与建成区的扩展范围在空间上基本相吻合,但是强度有小幅减弱;热岛效应与植被覆盖度呈负相关,植被覆盖度每增加10%,地表温度下降约1.23℃;建设用地及未利用地的均温最高,而水体及有植被覆盖区域均温较低;绿色植被和水体有缓解热岛效应的作用,而因建成区的扩大有大规模的不透水面是热岛效应加剧的主要原因;气候和天气因素也对热岛效应有一定的影响。     

基于Landsat-8 OLI/TIRS影像的长沙市城市热环境效应研究

基于长沙市2016年7月23日的Landsat8 OLI/TIRS数据,利用覃志豪单窗算法反演地表温度,分析了长沙市城市热环境空间分布特征以及主要地表生态环境参数与城市热环境效应的关系。结果表明,(1)长沙市主城区地表温度均较高,高温区域主要分布在建筑用地密集、功能单一以及周边植被覆盖少的地区;(2)长沙市热岛区范围与城市建成区范围基本一致,构成热岛区面积较大的特高温区和高温区主要分布在中心城区和长沙县,城市热岛比例指数达0.712,反映出城市热环境形势较为严峻;(3)建筑用地对地表起着升温的作用,植被则相反,且前者升温效果明显强于后者的降温效果。长沙市在未来的城市规划中应在控制建筑用地扩张的同时增加植被覆盖,这样才能有效缓解城市热岛效应。     

芜湖市城市热岛效应时空变化分析

目的利用2006年Lantsat7 ETM~+影像和2014年Lantsat8 TIRS影像作为数据源,对芜湖市城市热岛效应时空变化进行分析,探讨芜湖市城市热岛效应产生的原因。方法利用ENVI软件对芜湖市地表亮温进行反演,对地表亮温进行归一化处理,按照等差级数对结果进行密度分割,再结合芜湖市土地利用分类结果,对芜湖市城市热岛效应时空变化进行分析。结果结果表明,芜湖市城市热岛效应显著,热岛强度和范围都有所增加,极高温区分布较少,强热岛区主要分布在镜湖区和弋江区。从2006年到2014年,建筑物和裸地由镜湖区和弋江区逐渐扩展到新芜区,面积分别增加6.76%和7.26%,农田和林地分布在周边乡镇,面积分别减少2.25%和5.02%,水体面积减小0.12%;高温区由镜湖区和弋江区扩展到新芜区,面积增加33.41%;低温区主要分布在郊区,面积减少50.25%。结论不同土地利用类型对城市热岛效应影响差异性较大:建筑和裸地温度最高,其次是林地和农田,水体温度最低;而且土地利用面积的变化与热岛区面积变化趋势相同,土地利用变化是引起芜湖市热岛效应的主要因素。     

基于单窗算法的汉中市近20年城市热岛效应时空特征

以1994年、2000年、2004年、2009年和2015年5期Landsat TM遥感影像为主要数据,采用单窗算法反演汉中市地表温度,并对地表温度进行归一化处理得到汉中市热岛强度分级图,分析汉中市近20 a热岛效应时空变化特征及其与土地利用类型、植被覆盖度之间的关系。结果表明:1）近20 a汉中市城市热岛效应随时间变化呈“先升后降”的变化趋势,1994-2004年为热岛效应的加速期,2004-2015年为减缓期。2）不同热岛强度的空间分布特征差异明显。1994-2005年强绿岛区和绿岛区主要分布在汉中市北部的山林地区;强热岛区和热岛区主要分布在西南部的中心城区。3）不同热岛强度对应的不同土地利用类型存在差异。强绿岛区和绿岛区主要分布在汉中市北部山区的林地和耕地。正常区主要集中在汉中市近郊的农用地与草地,同时也包含市区周边的零散村镇居民地。热岛区和强热岛区主要分布在中心城区的建筑用地。4）植被覆盖度与城市地表温度呈显著负相关关系,植被覆盖度每增加10%,地表温度平均下降约1.1℃。可见,增加城市植被覆盖度,合理利用城市裸地和布局城市建筑用地,可以缓解城市热岛效应。     

鞍山市城区热岛效应变化分析

以钢铁工业城市鞍山市为研究样区,利用2001和2006年两个年度的TM卫星影像数据,利用相对亮温作为衡量指标,对其城市热岛状况空间分布和变化进行了数量化分析。结果表明:鞍山市城市热岛的空间分布基本上与其城市建城区的轮廓相一致,主要集中在灵山工业区、鞍钢集团、铁东区、立山区南部,其中西部区的热岛强度明显要高于东部区,极强热岛仅出现在鞍钢集团内部。不同年度的热岛变化表明,热岛面积在增加,5a净增7421.33hm2;但热岛强度却在减弱,其中极强和强热岛面积在减少,而中等热岛和弱热岛面积在增加。另外,整个研究区域内绿岛面积出现了大幅度的减少,5a面积减少达11.67%。     

马鞍山市区山森林热场效应及缓解城市热岛的作用

应用2010年7月的卫星遥感影像为数据源,运用GIS技术将该影像进行亮温反演和温度分级,以分析研究马鞍山市建成区山林对城市热岛效应的影响。结果表明,马鞍山市建成区热岛效应显著,中温区面积最大,占总面积的56.64%。城市山林均位于中温区,山林斑块的热场效应有一定的辐射范围,其降温效应与据斑块的距离呈负相关关系,其辐射范围与斑块面积、斑块的周边长、拥有的生物总量呈正相关,与斑块的形状无关,相关模型为y=﹣444.961 51-6.148 90 x1+0.058 90 x2+484.280 66 x3+0.013 81 x4,影响程度为生物量>斑块面积>斑块周长。研究区9座山林面积为5.7 km2,其热场效应的辐射距离最大达1 160 m,总面积达30.16 km2,占研究区总面积的45.0%,城市森林斑块缓解城市热岛效应的作用显著。因此,提高城市森林斑块的生物量、增加斑块面积可有效地缓解城市热岛效应。     

东莞市区热力场与植被覆盖关系动态分析

用2003年和2013年东莞市区Landsat TM卫星的热红外波段数据建模,定量反演地温,研究东莞市热力场与植被指数的动态变化。结果表明:(1)东莞市区绿岛区域分布集中,其他热力场类型分布相对分散;(2)2003年热力场以中绿岛为主,2013年以弱绿岛为主,热岛效应呈缓和趋势;(3)东莞市区的南部、东部、西部植被覆盖多,中部、北部植被覆盖少;(4)2013年东莞市区植被覆盖面积比2003年增加1.35%,10年来植被覆盖率增幅不大,2013年植被覆盖率44.70%,植被指数高的地区表现为绿岛区,植被指数可反映城市的热岛效应状况。     

基于MODIS影像的沈阳城市热岛效应及其与植被指数的关系研究

采用2001年和2008年沈阳MODIS遥感影像,运用分裂窗算法反演沈阳地表温度,并以郊区平均地表温度为准,将沈阳市辖区的温度划分为4级,研究沈阳城市热岛效应的空间变化特征,并分析了城市热岛强度与NDVI之间的关系.结果表明:沈阳存在明显的热岛效应,总体呈现由市中心向外逐渐扩张的空间特征.与2001年相比,2008年城市热岛范围明显扩大,2级弱热岛效应区的面积明显增加,增加129km2,3级和4级热岛效应区的面积增加相对较少,但1级非热岛效应区却急剧减少,减少857km2.城市热岛效应和NDVI之间存在极显著的负相关关系,植被对减缓城市热岛强度有着积极的作用.     

太原城市热环境动态演化规律研究

20世纪以来,伴随着城市化进程的加快.越来越多的环境问题突显出来.其中城市热岛现象尤为明显.研究选择全国重要的能源工业城市太原市作为典型案例,从城市热岛时空分布特点入手,分析了城市化过程中城市热岛的变化特征.借助RS、GIS等手段,以太原市1986年、1995年、2001年3个时相的TM/ETM数据为基础,综合分析了城市热岛效应的时空分布特征.从热岛效应影响因素方面来看,城市扩张、工业区建设是城市热岛效应的主要驱动力.城市下垫面性质、人为热、废气排放共同影响热岛强度,而绿地和水体对热岛效应有减弱作用.在此基础上,结合太原市城市建设实际,提出了城市绿地规划布局的主要原则和措施.     

城市热岛遥感研究进展

对国内外城市热岛研究现状进行了总结,介绍了城市热岛产生的原因与危害、城市热岛遥感卫星信息源现状及信息处理方法和城市热岛效应与城市化关系研究,指出了目前数据源、陆地表面温度反演精度和城市热岛效应的地学关系研究等问题,并进行了分析与展望。     

城市景观格局演变的生态环境效应研究进展

快速城市化过程剧烈影响着下垫面变化,直接带来了交通拥挤、资源短缺、环境污染、生态恶化等诸多问题,所有这些问题的出现均与景观格局演变密切相关,研究城市景观格局演变及其生态环境效应正在成为全社会关注的热点.系统总结了城市化过程对景观格局演变的影响,分析了城市景观格局演变的热环境效应、水环境效应、生态服务效应,以及城市生态用地与生态安全格局设计等方面的研究进展.指出了目前城市景观演变与生态环境效应研究中存在的问题与不足:(1)现有研究侧重于景观格局演变的量化分析和景观格局指数的计算,较少关注景观格局演变对生态环境及其区域生态安全的影响;(2)城市景观格局演变与热岛效应研究多局限于两者数理统计关系的分析,对于城市热环境形成的机理缺乏深入研究;(3)城市景观格局演变与大气环境效应方面更多研究关注绿地及其空间布局在吸收和降解大气污染物、固体颗粒物方面的作用,对城市景观格局演变的大气环境综合效应以及大气灰霾效应影响机理重视不够;(4)如何通过合理设置生态用地,有效提高城市生态服务功能和保障城市生态安全,目前仍缺乏深入而又系统的研究.下一步的研究中,需要综合多尺度的景观信息来揭示城市景观的演变机理和环境效应,构建基于城市空间扩展和生态服务效应评价的城市生态空间优化决策模型,探讨城市生态空间优化模式与安全格局.     

基于遥感的南京市城市热岛效应时空演变分析

利用基于影像的反演算法,对南京市进行地表温度反演,分析了南京市城市热岛效应的时空演变。结果表明：①南京存在明显热岛效应,市区热岛强度普遍高于郊区1～3级;②自1988年以来,南京城市热岛效应面积增长明显,并出现向城南扩张的趋势;③南京热岛强度空间分布不均匀,新城区成为新的强热岛中心。     

植被对城市热岛效应影响的研究进展

热岛效应导致城市人居热环境恶化，并造成能源的巨大消耗，如何有效缓解热岛效应已成为迫切需要解决的问题。植被可以通过遮蔽长短波辐射和蒸腾等作用起到降低气温、增加湿度的效果，因此，城市绿化已成为一种缓解热岛效应的重要技术手段。为继续推动植被对城市热岛效应影响的研究，分别从研究现状、研究内容和研究方法、存在问题与展望等方面对国内外的相关研究进行梳理与综述。首先从城市热岛效应的研究起源、观测方式等角度梳理了国内外的研究进展。在此基础上，进一步分析了植被对城市气温的调节机理，并分别从植被垂直结构、水平结构、冠层结构等空间结构视角与植被遥感指数视角，进一步对植被的降温效应机理进行了综述。其中，植被冠层结构包含叶面积指数、冠幅、郁闭度、绿量等参数，遥感指数包含归一化植被指数、植被覆盖度、绿度植被指数等参数。除对国内外的研究现状进行综述外，还总结了目前绿地降温效应研究中的主要问题，并在未来研究方向等方面提出建议，为后续研究提供借鉴和参考。     

基于“源-汇”理论的海口城市景观格局与热岛效应响应机制

城市化引起的土地利用/覆被变化加剧了热环境恶化。以2000、2005、2010、2015年和2018年5期Landsat遥感影像为数据源，选择热场变异指数、汇源景观贡献度和景观效应指数，分析海口陆域在城乡梯度上的源汇景观格局对城市热环境的贡献及其生态效应。结果表明:1）热岛梯度演变集中于西海岸、中心城区和江东新区等区域。2）不同汇源景观的平均热场变异指数不同，呈裸地>人工表面>源景观>灌木草地>农田>汇景观>林地>水体的规律。3）源、汇景观在中心城区对热岛贡献值最大，沿着梯度方向对热岛贡献度逐渐降低；随着城镇不断扩张，在城乡梯度方向汇区比例不断增大、源区比例不断减小，导致了热岛的空间转移与扩散。4）景观效应指数在中心城区段（T1～T7）沿城乡梯度快速递减且促进热岛比例大；在郊区段（T8～T21）波动上升且缓解热岛比例大。由此，提出基于区域景观系统理论的热岛缓解策略。     

下垫面覆盖类型变化对城市热岛的影响

目的快速发展的城市化进程改变了下垫面的性质和结构,从而影响了城市的热量平衡,导致城市热岛效应蔓延。研究城市下垫面变化及其对城市热岛的影响,对缓解城市热环境、减少社会经济损失有重要意义。方法本文利用2002—2017年北京市朝阳区Landsat系列遥感影像计算研究区域归一化植被指数（NDVI）变化,并基于大气校正法利用Landsat热红外波段进行地表温度（LST）反演,进一步对所获地表温度进行归一化处理;同时利用2002—2017年北京市朝阳区谷歌全色卫星影像,基于DeepLabv3 + 网络利用深度学习对朝阳区下垫面分类并分析其动态变化。结果（1）朝阳区15年间平均地表温度呈上升趋势,城市热岛逐年加剧;至2017年,区内不再存在单一热岛中心,而转为复杂的镶嵌式结构、多中心分布。（2）15年间不透水面面积共减少71.02 km2,降幅20.98%;水域面积共减少2.53 km2,降幅24.12%;植被面积共增加73.54 km2,增幅56.57%。（3）对地表温度与下垫面类型动态变化相关性进行分析表明,地表温度与不透水面面积呈正相关,与植被面积呈负相关关系。（4）从总量来看,2012—2017年朝阳区与城市热岛效应成负相关关系的植被与水域面积总量增加明显,但城市热岛效应不降反增。结论植被和水域对城市热岛效应的缓解作用在用地强度、建筑密度和人类活动不断增长的前提下逐渐变得有限。在现有城市发展模式下,朝阳区地表温度将继续上升,城市热岛进一步加剧。      

林分规模与结构对北京城市森林夏季温湿效应的影响

城市化进程加快引发了城市热岛效应等一系列环境问题,城市森林的温湿效应能有效缓解城市热岛,是居民夏季户外活动舒适及健康的保障。以北京城市公园内17处片状林为研究对象,以林分面积和林内到林缘的距离(林内不同深度,L)作为林分规模的参数、以叶面积指数(LAI)作为表征林分结构的参数,对城市森林面积、L、LAI等参数与城市森林降温、增湿程度及温湿指数的关系进行了研究。结果表明,森林规模和林分结构对城市森林的温湿效应有显著影响:1)城市森林温湿效应随林分面积增大而增高,61.67%的相对降温程度(dT)、69.44%的相对增湿程度(dRH)、55.63%的相对温湿指数(dTHI)变化是由城市森林面积引起的;2)城市森林降温效应随LAI的增大而增高,城市森林的降温效应58.98%来自于LAI;3)林分面积和LAI对城市森林降温效应有显著的交互影响,随面积增加LAI对降温程度的影响逐渐下降;4)城市森林dT随L的加大而增高,L对dT的解释程度为57.26%。因此,在城市森林规划与建设中,重视大规模林地的建设并注重增加林分覆盖度才能发挥稳定的温湿效应,有效缓解热岛。      

长江经济带中部大都市气候变化与土地利用响应——以武汉市为例

采用单窗算法、监督分类法及Logistic回归模型,以长江经济带典型大都市武汉为研究区,对其1996—2016年热岛效应的时空演变特征及其与土地利用类型和不同建设用地类型间的关系进行了定量研究。结果表明:1)从时间序列看,武汉热岛面积和强度有随时间逐步增加的趋势;从空间分布格局上看,武汉热岛逐渐向中心城区集聚并沿中心城区向四周扩散。2)建设用地分布与热岛分布具有一致性。建设用地扩张可明显导致热岛效应加剧,而绿地和水体对热岛效应具有明显的缓解作用。3)交通运输用地对热岛效应增加贡献最为明显,工矿仓储和公共管理与公共服务用地也可导致热岛效应的增强;住宅、商服用地未表现出明显的增强作用。因此,为缓解城市热岛效应,在宏观上,要保障一定数量比例的城市绿地以减缓温度攀升;在微观上,城市规划要合理布置各类型的建设用地,建设点片状小绿地、口袋公园。     

基于landsat8 oli数据的合肥市热岛时空特征分析

热岛效应是一种城市化进程中所产生的特有环境问题,是一个地区的气温高于周围地区的现象。为了揭示快速城市化地区热岛的时空变化特点,利用2014年的Landsat8 oli遥感数据,通过遥感算法反演合肥市地表温度,并对合肥市热岛分布及成因加以分析,同时分析了归一化植被指数(NDVI)、归一化建筑指数(NDBI)与热岛分布的关系,以及城市下垫面对热岛效应的影响,并对城市热场进行生态评价分析。结果表明,合肥市四季均存在热岛现象,热岛强度表现为夏季最强,最高温度达57.86℃,秋季次之,春季、冬季较弱。春、夏、秋3个季节热岛多集中在主城区,冬季热岛多分布在乡镇及裸土区,城区热岛强度较弱。热岛效应多集中在不透水面和裸土区,城市冷岛多出现在水体位置。城市热岛分布与归一化植被指数呈负相关关系,与归一化建筑指数呈正相关关系。改进半径法可以较好区分城市建成区,建成区与郊区温度分布存在明显差异。