基于Landsat TM的重庆都市区地表热环境时空变化研究

随着城市化进程的加快、经济的高速发展,城市结构相应发生了一系列的改变,对城市的生态环境也产生了巨大的影响,城市热岛效应问题尤为突出。文章选取重庆都市区为研究对象,以Landsat-TM1988,2000和2011年三期夏季遥感影像为数据源,基于RS和GIS,采用单窗口算法对地表温度进行反演,并对城市地表温度的时空变化、热中心以及城市建设用地重心迁移进行分析,探讨城市地表热环境与城市扩张及下垫面的响应关系。研究结果表明:1988—2011年,研究区地表温度在空间上的分布存在明显差异性,区域温度整体有所上升,热环境问题日益严重;热中心与建设用地重心两者地迁移具有高度一致性;热环境效应强度与建设用地的分布情况大致呈正相关,与植被或水域的分布情况呈负相关。研究结果可为采取合理措施改善城市地表热环境效应、优化城市生态环境提供参考。     

基于NDVI-DFI的矿业开发密集区地表热环境分异效应分析

目前大量研究基于像元二分模型探讨植被覆盖度与城市热岛的关系,基于像元三分模型反演植被覆盖度的研究、植被覆盖度与矿业开发密集区地表热环境分异效应关系的分析尚少见报道。该文利用2000-2018年5期Landsat卫星遥感影像,基于NDVI-DFI像元三分模型反演研究区植被覆盖度,将混合像元分解为光合/非光合植被和裸土3部分。利用辐射传输方程法反演地表温度。借助分级统计法、红蓝差值影像法、相关分析法和回归分析法,分析研究区植被覆盖度时空变化与地表热环境分异扰动效应之间的关系。结果表明:研究区NDVI-DFI特征空间符合像元三分模型的基本假设;相关分析法表明,光合/非光合植被覆盖度和裸土覆盖度变化与地表温度变化之间呈显著相关关系,相关系数分别为-0.81、0.72和0.90;回归分析结果表明,地表温度分别与光合/非光合植被覆盖度和裸土覆盖度呈极显著负相关关系(P<0.01)、不显著正相关关系和极显著正相关关系(P<0.01);光合植被覆盖度每增加10%会使地表温度相应降低0.52℃,裸土覆盖度每增加10%会使地表温度上升0.98℃,非光合植被覆盖度每增加10%会使地表温度相应上升0.61℃。研究结果可为矿业开发密集区地表热环境改善提供定量参考依据。     

遥感监测地表裸露度动态变化及其热环境效应

水土流失造成的地表大面积裸土分布严重影响了区域生态环境,其表现之一就是导致了地表温度的上升。利用遥感技术对福建省长汀县水土流失区在1988-2010年间的地表裸露度变化及其热环境效应进行了研究,结果表明:通过近22a的水土流失治理,这些地区的地表裸露度降低了20.26%,高裸露面积减少了81.95%,土壤热通量降低了33.28%,综合热环境效应表现为裸露区温度逐渐下降,其与周边地区的温差降低了20.8%,区域热环境得到了改善。回归分析表明,地表裸露度每降低10%可使该区温度降低0.72～0.94℃,这一结果将对该区热环境的进一步改善提供定量的参考依据。     

基于TM的重庆山地都市区建设用地扩展与地表特征参数时空变化研究

近年来随着城市建设用地的不断扩展,城市生态环境问题越来越突出,因此,进行建设用地扩展对地表特征参数的影响研究显得十分重要。以重庆都市区为研究对象,采用1988,2000,2011年 LandsatTM遥感数据和1∶50 000DEM数据,基于人机交互解译和定量遥感技术相结合的方法,提取了土地利用现状数据和三个地表特征参数:地表温度、NDVI、土壤湿度,并分析建设用地扩展对地表特征参数的影响。研究结果表明:从1988—2011年,重庆都市区建设用地主要向西部和北部扩展,地表温度中的高温区主要向北迁移,NDVI和土壤湿度在建设用地扩展的区域呈下降趋势;城市建设用地扩展与地表特征参数的变化趋势呈现出明显的相关性,其中,建设用地的扩展与热环境呈正相关且在扩展方向具有高度的一致性,与NDVI和土壤湿度呈负相关关系。研究成果旨在为改善城市地表热环境效应、优化城市生态环境提供科学依据与参考。     

基于MODIS的湖南省地表温度动态变化研究

陆地表面温度是地表能量平衡中的一个非常重要的参数,它在地表与大气相互作用过程中起着重要的作用。以MODIS数据资料研究湖南省地表温度动态变化规律,旨在为研究湖南省城市热岛效应的影响积累资料,为自然资源监测、保护及其相关领域提供理论数据,为相关部门制定决策提供科学依据。在总结和分析当前常用地表温度反演算法的基础上,采用分裂窗算法来反演地表温度,并利用卫星过境当天地面观测站观测的最高温度对反演结果进行验证。研究表明:在热量分布方面,由西北向东南递增,以武陵山、雪峰山东麓为界将全省分成2个区,东部丰富、西部偏少。温度反演结果与地面实测日最高温度曲线走势基本一致,符合实际情况。     

基于多时相遥感影像分析的城市土地利用/覆盖变化与热环境演变--以徐州市为例

以1987,1994,2000和2005年共4期的Landsat TM遥感影像为数据源,利用先进的决策树分类法获取徐州市土地利用/覆盖信息,通过单通道算法反演地表亮温获取城市热场分布与热环境变化信息,采用土壤调节植被指数SAVI定量描述研究区植被覆盖变化,并综合采用这些信息对城市热环境演变与城市扩展、植被覆盖变化的关系进行了综合分析.结果表明,利用Landsat TM数据结合决策树分类方法,是获取土地覆盖/利用的有效方法.通过计算地表辐射亮温来研究城市热环境变化是合适的,SAVI等因子与城市热环境显著相关,能够有效地定量描述城市扩展及其生态环境响应.研究结果可服务于城市环境保护与人居环境改善.     

基于遥感的银川市城区热环境及其影响因素的时空演变特征

为掌握银川市城区热环境及其影响因素的时空变化特征,以4期Landsat遥感数据为基础,反演地表温度,采用热岛比例指数、贡献度指数和像元二分模型分析28 a间区域热环境、土地利用和植被的空间分布及其时空演变特征,探讨了地表温度变化及其影响因素的响应关系。研究表明:(1) 28 a间,城市热岛比例指数(URI)整体呈上升趋势,热环境呈现出西部地表温度整体高于东部的特征,热岛区域逐渐集中分布于城市建成区。(2)研究区明显升温面积占比为7.38%,而明显降温区域比例仅为1.47%,总体上热环境呈升温趋势。(3) 4个年份的未利用土地和草地面积逐年减少,而城乡工矿居民用地面积逐年增加且保持较高增长速度,耕地、水域、城乡工矿居民用地和未利用土地对城区热环境贡献较大。(4)植被覆盖度表现出东部相对较高、西部较低的特点,28年间研究区植被覆盖度较高且整体呈现减小趋势,4个年份的地表温度与植被覆盖度呈负相关关系。银川市城区热环境变化与土地利用类型和植被覆盖度关系密切,各土地利用类型对热环境贡献度表现出差异性,植被覆盖度与其呈负相关。     

三江平原水旱田分布对遥感反演局地地表温度的影响

土地利用剧烈变化对局地气候的影响是当前全球变化与可持续研究关注的焦点问题。该文基于2017年6月16日Landsat 8卫星遥感影像反演耕地利用剧烈变化的三江平原北部地区地表温度数据,刻画了研究时点水旱田分布对地表温度影响的空间特征。结果表明,研究区水田旱地面积占耕地总面积比例分别为58.12%、41.88%,水田平均地表温度比旱地低9.87℃;在村域尺度上,水田面积占比与地表温度均值在0.01水平(双侧)上呈显著负相关关系(P0.01),该研究时点上水田对地表热环境存在较为明显的降温作用。水旱田不同下垫面因含水量及蒸散量不同造成的能量传递过程差异,使得其分布格局成为地表温度值分异的主要原因。     

1996-2017年张家口市区景观格局与地表热环境的时空变化

[目的] 对河北省张家口市景观格局及城市热环境的时空变化及关系进行分析,为缓解城市热环境极端化给人居环境、工业生产带来的严重威胁提供策略。[方法] 基于Landsat遥感影像,通过地表温度反演和移动窗口法分析张家口市区1996—2017年城市热环境和景观格局的时空变化关系。[结果] ①1996—2017年,研究区景观格局主要变化为不透水面景观的增加（81.26 km²）以及植被景观的减少（61.78 km²）; ②研究区平均地表温度（LST）在1996—2017年增长了约3℃;不透水面和植被景观的平均LST为27.29℃和23.77℃,分别为城市热环境中的“热源”和“冷源”; ③植被、水域景观面积比例每下降10%,对应的LST分别下降2.71℃和5.77℃;不透水面面积比例增长10%,LST则上升0.25℃;景观聚合度、景观形状指数、耕地面积比例均与LST保持非线性相关。[结论] 1996—2017年张家口市热环境的进一步加剧,主要与城市化扩张以及植被的减少有关。     

滇中地区降水特征与变化趋势研究

滇中地区是云南省政治、经济和文化与交通的中心,水资源短缺问题非常突出。以滇中地区1960—2011年13个气象站逐年降水量资料为基础,采用线性趋势、IDW空间插值、Mann-Kendall突变检验、Morlet小波分析等方法,对滇中地区50 a来降水变化特征与趋势进行了研究,结果表明:（1）滇中地区多年平均降水量为955.65 mm/a,波动于638.30~1627.60 mm之间,年降水量在空间分布上存在显著的区域差异,降水量大致呈现出由滇中中部向两侧逐渐递增的趋势;（2）50 a来,滇中地区降水量呈现减少趋势,速率为7.67 mm/10 a,且年降水量在2008年前后出现突变;（3）滇中地区降水量存在27 a和16 a左右的周期性变化,其中27 a时间尺度上的周期变化最显著,16 a时间尺度上局部特征突出;（4）滇中地区本来就是水资源匮乏区,降水量的减少趋势应该引起相关部门的重视。     

1970-2014年云南省气温日较差变化特征及影响因子

利用1970—2014年云南省30个气象站最高、最低气温、年平均气温、降雨量、平均风速、日照时数、相对湿度等逐日观测资料,通过M-K趋势法和小波分析法研究了云南省各区气温日较差的时空变化特征,并探讨了气温日较差（Diurnal temperature range,即DTR）的影响因子。结果表明:1970—2014年云南省年平均、春季、夏季和冬季DTR整体呈减少趋势,其中滇中减少幅度均是最大,分别减小了0.153 0,0.374 3,0.146 2,0.294 7℃/10 a,秋季DTR整体呈上升趋势,滇西北上升幅度最大,为0.188 0℃/10 a,同时云南各区DTR普遍存在28 a左右的强震荡周期。DTR高值区主要集中在河谷地区,DTR低值区主要集中在东南部和西部;年平均、春季、秋季和冬季DTR减小幅度较大的地区主要集中在中南部和西部,上升幅度较大的地区主要集中在西北部和滇中北部,夏季DTR减少幅度较大的地区主要集中在西北部,上升幅度较大的地区主要集中在中部。云南省中东部DTR主要受平均气温和ET₀影响,西部DTR则主要受降雨量和ET₀影响。     

1960-2013年云南地面温度时空变化特征

利用云南省1960-2013年逐日0 cm地面温度观测资料,运用Mann-Kendall趋势和突变检验法、小波分析法等分析了云南地面温度的空间分布、变化趋势及突变特征、周期变化及可能的影响因素。结果表明:年平均地温、年平均最低地温整体上呈现"南高北低"的分布特点,年平均最高地温呈现出"西北、东北低,中部、南部高;深切河谷高,高原面较低,高耸山地更低"的分布特点;同时,也表现出明显的区域性差异;年平均地温、年平均最高（低）地温高值中心主要分布在元江河谷（元江站）,金沙江河谷（元谋站）,滇南澜沧江及其支流河谷（景洪站、勐腊站）;平均地温、平均最高（低）地温季节分布特点与年际分布大致相似。平均地温、平均最高（低）地温年际、季节及不同气候带均呈增温趋势;年平均地温、年平均最高（低）地温均以冬季增温幅度最大;年平均地温、年平均最低地温以高原气候带增温幅度最大,年平均最高地温以北热带增温幅度最大。年平均地温、年平均最高（低）地温及不同气候带地温均发生显著突变;其中,年平均地温、年平均最高（低）地温显著突变点分别为2000年、2004年、1997年;年平均地温、年平均最高（低）和不同气候带地温均以长周期变化为主周期;其中,年平均地温、年平均最高（低）地温主周期分别为28 a,26 a,26 a。年平均地温、年平均最高（低）地温与纬度和海拔呈极其显著的负相关;1960-2013年亚洲区极涡面积（强度）,西太平洋副高西伸脊点指数显著减弱,西太平洋副高面积（强度、脊线）、印缅槽、西藏高原、印度副高面积指数呈显著增加可能是引起云南地温变化的原因之一。     

基于MODIS数据的黄淮海夏玉米高温风险空间分布

近年来中国高温灾害频发,对黄淮海地区的玉米生产造成较大影响。目前已有的高温风险研究多用的是气象站点的点源数据,针对气象站点数据对大范围区域代表性较差的问题,该文使用搭载在Aqua卫星上的MODIS陆地表面温度产品(MYD11A1),在研究其与气象日最高温度间具有显著相关性的基础上,使用遥感温度数据获取黄淮海夏玉米花期的高温风险空间分布,并结合高程、水体等地理环境因素分析高温风险的成因。结果表明:气象日高温数据与遥感温度数据间的决定系数R2为0.51,P0.001,存在显著的正相关性。通过遥感温度计算发现近年高温风险主要分布在秦岭山区北部以及城镇、村庄的周边地区,与实际情况相符。该研究对于大范围高温风险研究与玉米生产管理具有参考作用。     

基于CWSI的贵州省干旱时空变化特征及影响因素分析

为了促进贵州省农业和生态环境可持续发展,基于作物缺水指数(Crop Water Stress Index,CWSI),结合气象、植被指数等数据,采用Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验、变异系数和相关性分析等方法,对贵州省2000—2019年的干旱时空变化特征、趋势及影响因素进行了分析。研究表明:(1)贵州省CWSI多年均值为0.43,整体处于轻旱等级,空间分布为东南湿润,西北干旱,多年旱情变化呈缓解趋势;(2)从地貌类型来看,非喀斯特地貌CWSI多年均值为0.37,整体处于无旱等级,喀斯特地貌均值为0.47,处于轻旱状态;(3)从植被类型来看,除针叶林整体处于无旱状态外,其他植被类型都处于轻旱等级,且针叶林的变异系数(CV)值较其他林地高,说明其对气候因子的敏感性高,抗旱能力强;(4)贵州省CWSI与降水和气温均呈负相关,负相关面积占比为95%和54%,说明降水对CWSI的影响较大。综合分析得出,贵州省东南部湿润,西北地区干旱,全省干旱受喀斯特地貌、降水的影响较大。     

基于多元数据的云南省水土保持区划方法研究

为了增强全国水土保持三级区划在云南省的适用性和指导性,更有效地开展水土保持预防治理工作。针对云南省开展水土保持四级区划,选取自然、社会经济、土地利用、水土保持4类要素的86个指标构建了云南省水土保持区划指标体系,通过SPSS软件对指标体系进行主成分分析和聚类分析,结合GIS软件将聚类分析结果绘制成自然要素分布图、社会经济要素分布图、土地利用要素分布图、水土保持要素分布图,并对这4个要素分布图进行空间叠置,初步完成了云南省水土保持四级分区工作。该方法大大提高水土保持区划的效率和准确性,以期为不同层次水土保持区划工作提供借鉴。     

河北省春季潜在蒸散量变化特征与成因

潜在蒸散量（ET₀）是区域能量平衡和水分平衡的重要组成部分,通过探讨其历史演化规律及成因对优化调整农业生产结构及水资源合理配置至关重要。基于河北省及周边地区1968—2018年24个典型气象站点逐日气象数据,利用Penman-Monteith模型、敏感性分析、M-K检验法及空间插值方法分析了河北省ET₀时空分布特征及其影响因素。结果表明:（1）从时间分布来看,51年间,河北省春季ET₀多年均值为353.20 mm,呈下降趋势,下降幅度为-1.679 mm/10 a,其周期变化存在35年主周期及20年次周期;空间上呈现由西北向东南半环状递减趋势。（2）从影响因素来看,春季ET₀变化对平均气温、最高气温、最低气温、日照时数和平均风速均表现正敏感;对相对湿度表现为负敏感,对各个气象因子敏感程度依次为相对湿度 > 最高气温 > 日照时数 > 平均风速 > 平均气温 > 最低气温。（3）从成因的空间分布上看,河北省北部地区ET₀变化的主导气候影响因子为平均气温,中部及西部地区为相对湿度,南部及偏东部地区则转变为平均风速。研究成果可为研究区水资源综合评价及农业生产工作提供一定参考。     

大面积高寒山区土壤养分空间预测与管理分区

土壤养分空间分布是土壤质量监测与可持续管理的关键信息。在大面积高寒山区,土壤调查样本较为稀疏,准确地预测土壤养分的空间变异并建立合理的管理分区,具有重要科学意义。本文基于青海省土系调查的205个土壤剖面数据,利用随机森林模型结合环境因素变量(地形、气候、植被、遥感数据), 分别建立了表层(0-20cm)土壤全氮(TN)、全钾(TK)、全磷(TP)与之间的定量关系,对青海省土壤养分含量的空间分布进行了预测；在此基础上,结合全国土壤养分的分级标准,利用投影寻踪法,生成了土壤养分的管理分区。留一交叉验证结果显示,全氮(TN)、全钾(TK)、全磷(TP)空间预测的R_²分别是0.89、0.85、0.82,可解释土壤养分空间变异的80%以上,表明随机森林模型和环境因素变量结合可以在稀疏样本条件下有效地预测大面积高寒山区土壤养分空间变异。青海省土壤养分呈现东高西低的分布模式,土壤综合养分高等级 出现在南部的玉树、果洛、黄南和东部的湟水谷地地区；低等级主要分布在柴达木盆地、可可西里、海南州中南部；全省土壤综合养分分级均在中上等级以上 ,占全省面积是81%。分析发现,植被是影响青海省表层土壤养分全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)空间分布的主要环境因素,其中年降水、地表温度是影响青海省表层土壤全氮(TN)空间模式的重要因素；地表覆被、海拔和地表温度等环境因子对表层土壤全磷(TP)的空间变异占主导作用；年降水、昼夜温差是影响表层土壤全钾(TK)的空间模式的重要因素。