城市扩张下的哈尔滨地表温度空间变化态势分析

为探究地表温度时空变化特征对城市热岛效应、生态环境质量的影响,以哈尔滨市为例,将以2001、2008、2013和2016年4期Landsat卫星遥感影像为基础数据,采用辐射传输法、密度分割、象限方位法、缓冲区分析以及回归分析等方法,对哈尔滨市地表温度进行反演并划分等级,分析哈尔滨市地表温度时空分异总体特征,同时定量揭示并阐述地表温度和归一化建筑指数NDBI的相关性。结果表明:高温区主要集中在相应时期的建成区及工业园区,而水体、绿地及耕地则表现出明显的低温区;2001—2016年哈尔滨市高温区域扩张明显,但是在不同时期表现出不同的扩张方向、范围和模式;高温区域与城市建设用地空间分布具有一致性,城市化进程和人口流动加快高温区范围的扩张;地表温度和NDBI呈显著正相关,NDBI在表征热环境特征方面具有一定代表性。     

基于LandsatTM5影像的云南楚雄市城市热岛效应研究

城市化强烈的改变着地表覆被和地表热环境,形成了明显的城市热岛效应。使用3期LandsatTM5第6波段数据和适时气象资料,在Erdas的Modeler模块下建立单窗算法模型反演地表温度,并结合气象年鉴等资料研究近20年来楚雄市城市热岛效应特征。1989年1月,城郊建筑区均温相差0．50℃。1999年12月,城郊建筑区均温相差1．10℃,新城区建筑温度比老城区高0．70℃。2007年3月,城郊建筑均温相差1．35℃,新城建筑区温度比老城区高0．10℃。1989～2007年,楚雄市城市热岛强度逐渐增大,新老城区温度差异逐渐缩小,城郊温度差异逐渐增大,老城区温度逐渐升高;城市高温区由原来的城区普遍高温变为老城区西边部分和工业区两大部分;楚雄市城市高温区受人类活动、地形和工业发展影响比较明显;低温区由原来的城区零星分布变为沿龙川江分布,水体、绿地对城市气温的调节作用明显。     

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。     

京沪穗三地近十年夜间热力景观格局演变对比研究

城市热环境是城市生态环境的重要方面,它与城市气候、城市生态、城市灾害有着重要的联系.以北京、上海、广州三地为研究区,选取近10年MODIS的夜晚地表温度(LST)产品MOD11A2,分别采用质心迁移、景观格局指数、空间自相关方法研究京沪穗三地近10年的不同等级热力景观质心迁移演变、格局变迁和空间集聚特征.主要结论为:三地热力景观随郊区向市中心趋近,体现了由低温区、次中温区向中温区、次高温区、高温区过渡的趋势;三地的中温区所占比例最大,城市热力景观破碎度三地中上海市最高,5种热力景观比较,次中温区和高温区的破碎度最高;城市热力景观离散度三地中北京市最高,低温区和高温区的离散度较高.热环境空间自相关分析表明三地均以高温-高温区,低温-低温区集聚为主,北京、广州高温-高温区分布于南部,且集中成片分布,而上海市高温-高温区分布比较离散,相对较为复杂.从分布面积来说,10a中北京、上海表现为先减少后增加,而广州则持续减少.总体而言北京热环境恶化,而广州、上海热环境有所好转.     

合肥市地表温度反演及热力景观格局动态变化研究

以合肥市为研究区,使用Landsat ETM+、Landsat TM遥感数据以及相关的统计年鉴、气象数据,采用单窗算法对研究区地表温度进行反演,得出合肥市地表温度分布图,并对地表温度数据行标准化处理,划分热力景观类型,得到多年的热力景观类型分布图。结合景观生态学方法对景观分类图进行景观指数计算及分析,研究合肥市热力景观格局动态演变过程。结果表明,合肥市1999年、2002年、2006年和2010年都存在明显的热岛效应现象;从2002年到2010年,热岛区域在1999的基础上逐渐扩张,2010年热岛强度整体上有所降低,高温区域比较分散;在斑块类型水平上,中温区、次高温区和高温区的斑块面积比的比重逐年增加,1999年、2002年和2006年低温区为优势热力景观类型,到了2010年则变为中温区;在景观水平上,最大斑块指数逐年减小,研究区域景观不再由少数热力景观类型所控制,simpson多样性指数和均匀性指数逐年增大,热力景观异质性增加;城市化发展等人为因素是热力景观格局演变的主要驱动力。     

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。     

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。      

西北地区年平均地表温度时空特征分析

利用西北地区136个气象台站1960—2004年逐月0 cm地表温度资料,采用主成分、旋转主成分和小波等分析方法,研究了西北地区年平均地表温度的时空变化特征。结果表明,近45年来西北地区年平均地表温度表现为明显的升高趋势,且升温的空间分布较为复杂,高温区和低温区交错分布,陕西、甘肃、新疆东北部和新疆南部为高温区,青海和新疆北部为低温区。经验正交分解结果表明,西北地区年平均地表温度第1特征向量表现了西北全区地温一致偏高或偏低的变化特征,第2和第3特征向量分别表现出东西及中部与东、西部相反的差异。旋转经验正交分解后发现,地表温度存在5个空间异常区,即西北东部、西北北部、西北中部、新疆南部和新疆中部,其中西北东部区、西北中部区和新疆中部区表现为高—低—高的过程,西北北部区和新疆南部区则为一致的增加趋势。各异常区年平均地表温度均存在8~16年或16~32年的长周期,西北北部区还存在4~8年的短周期。     

基于RS和GIS的乌鲁木齐市地表热环境研究

[目的]研究西部大开发、"一带一路"战略推进下带来的乌鲁木齐城市热环境问题。[方法]选取1994年7月16日、2008年8月7日的Landsat-5/TM及2015年7月17日的Landsat-8/OLI_TIRS影像数据,利用单窗算法进行地表温度反演,对反演结果进行空间统计分析,提出从整体至分区的角度分析乌鲁木齐市地表温度时空分布状况,通过对地表温度反演结果归一化处理划分热环境等级,进而研究乌鲁木齐市地表热环境时空变化特征。[结果]整体上,1994—2015年地表温度差异较大,平均温度相差15.08℃,最高温度和最低温度相差近30.00℃,最低温度变化不大。区域上,新市区、沙依巴克区、天山区地表温度历年来一直居高,最低温度一般分布在水磨沟区和乌鲁木齐县。[结论]乌鲁木齐市中心城区热环境效应较为明显,城市高温区有扩散的显著趋势。     

西安市极端强降水时空分布特征

利用西安市1971 ～2013年7个县区逐日降水资料,根据百分位值方法定义不同县区的极端降水阈值,利用平均值法计算全市气候背景和局地变化,应用线性趋势分析法检验序列的变化趋势,对西安夏季极端降水事件的时空分布特征进行分析;并选取7个县区2004～2013年的逐日降水量、逐时降水量,分析西安市暴雨日及短时强降水的时空分布特征;最后探讨其城市化的影响.结果表明,西安市极端降水阈值根据下垫面差异略有不同,中到大雨为极端降水事件的标准;极端降水阈值空间分布与年降水总量的分布相似;强降水多发区与阈值高值区基本对应,极端降水和极端雨日的多发区集中在山区.近43年西安夏季极端降水事件平均强度及频数呈增加趋势,20世纪80年代、21世纪以来极端降水平均强度大、极端降水天数多;西安市极端降水事件具有明显的局地性特征,与夏季降水量的时空分布吻合.西安市极端降水强度表现为市区、中部呈减少趋势,周边呈增大趋势;频数表现为北部、东南部呈减少趋势,中部、西南部呈增加趋势.近10年西安暴雨季节多出现在5月下旬～ 10月上旬,西部、南部、东部县区暴雨日发生频数较高;西安短时强降水7～8月最为活跃,南部山区多于北部,表现为明显的夜雨型特征,自5月起随时间从中部向东西部扩展,8月扩展至最大,9月迅速收缩;10 mm≤1 h降水量＜20 nn的短时强降水7月多于8月,1h降水量≥30 mm的短时强降水8月多于7月.2000年前西安的发展处于城市化缓慢期,2000年后为快速城市化时期;城市周边县区的极端降水强度受城市发展的影响最大,城市化缓慢期东南县区的极端降水频率受城市化影响较大,城市化快速发展期西部县区受城市化影响较大.     

济南市城市植被与城市热环境的变化研究

城市化进程带来了城市热环境的恶化,植被作为城市生态环境的重要组成部分,对城市热环境的影响和调节具有重要作用。利用济南市TM/ETM+图像,通过反演地表温度(LST)和植被指数(NDVI),研究济南市的热环境和植被之间关系,以及城市热环境和NDVI的时空变化规律,得出了LST和NDVI是负相关关系;城市热岛范围逐渐扩大,尤其是向东和向南方向,且与济南市城市发展的时空方向一致;与2001年相比,2009年城市内部温度变化曲线趋于缓和,但不同地表类型之间的温度差值扩大;NDVI的变化特征与LST相反。     

1990～2010年榆次区城市扩张与驱动力分析

城市空间格局的演变可以明确反映城市化的过程。以Landsat TM和ETM+为数据依托,采用GIS的空间分析功能,从空间扩张视角分析榆次区城市扩张过程,进而讨论影响城市发展的驱动因素。结果表明:榆次区城市为外向型扩张,主要向北部和西部方向扩张,且1990至2000年城市扩张的速度低于2000至2010年。地理位置和政策导向对榆次区城市扩张作用显著。研究结果可为研究榆次区规划发展及中心城区用地布局提供必要的数据支撑。     

北京景观格局及其热环境效应变化研究

用北京市1992、2000、2010年3期土地利用数据,计算分析分离度指数、聚集度、景观形状指数的变化,使用TM/E TM＋的热红外波段数据反演北京市的地表温度,分析北京市区热效应的时空变化规律,并以2010年为例,分析景观格局指数、植被归一化指数与地表温度的关系。结果显示：1992-2010年北京市地表温度升高,且城市热岛范围增大;景观形状指数与分离度指数能很好地反映本区域地表温度,分离度指数、景观形状指数、植被指数与地表温度呈负相关关系。     

海口市热力景观时空格局与分异特征

  目的  了解海口市热力景观的时空演变特征,缓解快速城市化引起的城市热环境问题。  方法  以2000、2005、2010、2015和2019年共5期Landsat遥感影像为数据源,采用单窗算法反演地表温度研究热环境时空演变;基于地理信息系统(GIS)平台,结合地统计学和景观格局指数法定量分析城市热岛时空分异特征。  结果  热岛强度等级面积曲线符合正态分布特征,其中较弱冷岛、弱冷岛和弱热岛斑块始终占主导格局;热岛等级中心集中区由西海岸分别向江东新区和西南老城方向扩散转移。温度剖面分析可知:中心城区始终是“高原”区,工业区、美兰机场区域多“高峰”值,大面积水域、林地处通常出现“谷”值。2000?2010年高温区扩张快,热岛斑块不断缩小,大型斑块逐渐分解,斑块形状愈加复杂,热岛效应不断增强;2010?2019年扩张慢,热岛斑块不断扩张,小版块逐渐连接成片,斑块形状变化趋于平稳,热岛效应不断减弱。研究期间,同类别热力斑块连通性始终较高。  结论  海口热力景观演变与城市不同发展阶段相对应,基于等级理论的热力景观格局指数分析,有助理解热力景观的时空演变趋势,为生态可持续城市发展规划提供理论依据。图7表3参20     

北京市郊城市化过程土地利用变化研究

本研究在利用多种数据源获取快速城市化过程中不同阶段的土地利用变化信息的基础上,重点研究城市化过程中土地利用结构变化。结果表明:研究区城市化发展在不同的阶段显示不同的特征:1990—1995年,建设用地面积大幅度增加;1995—2000年,建设用地内部结构调整,建设用地盲目扩张的现象得到有效的控制。建设用地面积变化不大,耕地面积也有所恢复;2000—2006年,建设用地发展重点由建成区转移到远郊区县,建设用地又有所增长。同时从空间角度分析建成区空间分布变化、高速公路周边5 km范围内城市扩张强度变化,揭示了城市化过程土地利用的空间演变规律。     

城市湿地热环境调节功能的定量研究

以Landsat TM和MODIS多源遥感数据反演的城市地表温度和2007年北京湿地普查数据为基础,采用GIS空间分析技术和相关分析方法研究了城市湿地对城市热环境的调节能力并建立了定量模型。结果表明:1)由于湿地景观与城市其他下垫面的性质具有明显差异,湿地分布与城市低温区在空间分布上呈现出非常好的正相关。2)湿地调节指数可以较好地反映城市湿地对城市热环境调节能力的大小。分析其与湿地周长、面积、形状指数和内缘比等单元景观特征指数之间的相关性,发现城市湿地对周边区域的热环境调节能力主要取决于湿地的面积,且可以利用三次多项式来定量描述湿地热调节半径与湿地面积之间的关系。     

合肥市建设扩张与生态格局时空演变特征分析

近20年来合肥市城市建设迅速发展,对生态环境稳定性产生一定影响。以景观指数为基础解析1995—2016年合肥市景观格局,并在此基础上计算反映建设用地与耕地景观时空演变特征的景观梯度及其动态度,研究城市建设对生态环境的影响。结果表明,20年来合肥市城市化进程致使建设用地面积增加85.68%,超过18.41%耕地流失,景观破碎化程度增加,形状复杂化,城市扩张导致城市生态环境脆弱性增加。近20年间城区以旧城区为中心持续向四周扩展,2005年之前主要往西南方向扩展,对其生态环境产生负面影响;2005年之后南部、北部扩展幅度较大,南、北部郊区的快速建设影响着其生态系统的稳定性;2010年之后外围城镇扩展速度增加,致使城区外围生态环境稳定性下降。城市扩张致使生态环境的胁迫作用持续增加,在城市化进程中应采取适当的措施改善城市建设与生态平衡的关系,促进可持续发展的城市建设。     

30年来北京市土地利用时空变化特征

基于1980、1990、1995、2000、2005和2010年6期土地利用类型图,利用数理统计与空间分析相结合的方法分析市域、主体功能区的土地利用数量结构及类型转化的时空差异,以期为北京市实施土地利用精准调控提供科学依据。结果表明:1)研究期间全市耕地减少1 462.11km~2,建设用地增加1 344.64km~2,林地和草地略有增减;各土地利用类型面积变化呈"先加速后减速"趋势,1990—1995和2000—2005年建设用地扩张和耕地缩减尤为严重;2000年前,耕林草之间相互转化较活跃,后趋于稳定,2000年后耕地转为建设用地成为最主要的转化方向;2)城市功能拓展区和城市发展新区耕地降幅分别为61.75%和22.28%,建设用地增幅分别为84.32%和109.16%,较其他功能区更为剧烈;3)耕地缩减及建设用地扩张多发生在距城市中心较近(30km)的区域,且随时间变化向外推移,距城市中心65~70km有密云、平谷和延庆区建成区,耕地缩减和建设用地扩张也相对明显。过去30年北京市建设用地激增,耕地锐减,土地利用结构失调,未来应控制建设用地占用耕地,全国其他地区在城市化进程中也应重点协调建设用地扩张与耕地及生态空间保护的矛盾。     

农村城市化与城市现代化进程的比较分析——以江苏省为例

根据2000～2005年江苏省的相关资料,运用因子分析和主成分分析方法,对农村城市化与城市现代化进程进行了比较分析。结果表明,影响江苏省农村城市化与城市现代化进程的因子可以概括为经济城市化、社会城市化、生活质量和环境城市化3个公共因子,而经济城市化仍然是影响农村城市化与城市现代化进程的主要因子,社会城市化、生活质量和环境的城市化对农村城市化与城市现代化进程也有较大的影响。得出江苏省农村城市化与城市现代化的差异将逐步减小并最终实现城乡统筹发展这一结论。