东莞市城市热环境时空变化及其驱动机制

东莞市处于快速城市化进程中,基于19902005年Landsat TM/ETM＋反演地表温度,对地表温度数据进行归一化处理,分析东莞市热环境格局的时空变化特征,并引入建筑密度和交通干道对区域热环境格局的形成机制进行分析。研究表明：东莞市在近15年间城市热环境格局发生重大变化,随着城市建设用地的扩张,热岛由起初的分散点状...     

高密度开发城市的交通与土地利用互动关系——以广州为例

在评述国内外城市交通系统与土地利用互动关系研究的基础上,以广州为案例,利用有关政府部门资料、统计资料和实地调查资料,引入定量分析和GIS、RS空间分析技术,系统全面地研究了我国高密度开发城市交通系统与土地利用互动关系。结果表明：城市交通系统与土地利用之间相互影响、相互作用。交通系统的发展引起城市空间形态、土地利用开发、土地利用价格和用地布局特征的变化;反之,土地利用特征的改变也带来了交通线网格局、交通密度特征及交通模式的改变。     

中国与美国大都市区城市内部土地覆盖结构时空差异

城市内部土地覆盖结构对城市生态服务功能和人居环境质量产生重要影响。中国与美国不同发展阶段城市不透水地表和绿地时空分布格局存在显著差异。本文基于Landsat TM/MSS影像获取1978、1990、2000、2010 年城市内部土地覆盖和不透水地表分类信息,监测并比较中国和美国六个特大城市扩展时空动态、土地覆盖结构差异及城市不同功能区特征。研究表明,在过去30 多年以来,中国城市以相对紧凑形态发展,美国城市较为离散;美国三大城市植被所占的比例是中国的2.21 倍;中国城市内部结构土地利用功能类型更加复杂,不透水地表密度更高,而美国城市CBD和居住区功能相对独立,特别居住区以镶嵌式低不透水地表和高绿地比例结构为主。     

不同土地利用类型对城市地表温度的影响——以广东东莞为例

利用Landsat TM6热红外遥感数据、土地利用专题图件、气象观测资料反演了快速城市化的典型地区东莞市的城市地表温度。构建了三个热效应评价指数:热效应贡献度指数、热像元权重指数和区域热像元权重指数,来定量分析不同土地利用类型对城市地表温度的贡献度,发现城乡工矿居民用地、林地和耕地的热效应贡献度较大,水域和草地的热效应贡献度较小,未利用地对区域热环境的贡献最小。此外,研究表明,随着平均温度的升高,东莞市水面和陆面1988~1998年的温度反差明显增大。     

西双版纳土地利用/覆盖格局的热环境效应研究

利用Landsat TM/ETM＋数据的热红外波段,通过单通道算法,反演了中国热带西双版纳地区的地表温度,并对西双版纳地表温度演变的规律进行了分析,结果显示：（1）研究期间,西双版纳土地利用/覆盖发生了剧烈变化,有林地面积不断减少,旱地、灌木林、茶园与橡胶园面积不断增加;（2）旱地、荒草地、茶园、建设用地的地表真实温度的平均值较高,水体和有林地的平均温度较低;（3）旱地、灌木林、有林地、荒草地和橡胶园对区域的热效应贡献较大,水体、水浇地、建设用地、滩涂和水体的热效应贡献较小;有林地的热单元权重有不断减少的趋势,灌木林与旱地的热单元权重有不断增加的趋势;（4）西双版纳土地利用/覆盖的剧烈变化改变了区域地表温度的分布格局,最终可能会导致地方气候变化。需要进一步开展西双版纳地区LUCC—气候—生态系统耦合研究,深入研究区域LUCC特别是橡胶园的时空变化过程及其气候/生态效应、气候变化与LUCC过程的互馈机制,为实现区域可持续发展提供科学依据。     

长沙都市区热力景观空间格局分析

热环境是城市生态系统的重要组成部分,将分形几何学的基本理论引入地表热力景观格局研究,可以量化评价城市热环境状况.以长沙都市区为例,利用TM热波段反演得到地表温度,并将其分为强热岛、弱热岛、常温区、弱冷岛和强冷岛5种热力景观类型,分别采用standard法和moving window法分析了都市区热力景观空间格局,然后用边界维数D和稳定指数SK定量化地描述了热力景观格局的复杂度与稳定性.结果显示:常温区是热力景观基质,而热岛景观已是春季城市热场重要特征;景观梯度变化在南北和东西两条样带上均呈现由市区向乡村骤变的特征,并伴有不同幅度的波动;热力景观边界维数D复杂度排序为:常温区＞弱热岛＞弱冷岛＞强热岛＞强冷岛,稳定性指数SK排序与之相反.     

基于植被指数的太原市绿地景观格局及其热环境效应

以中国重要的能源工业城市太原市为研究区,借助RS、GIS等手段,以太原市1986年、1995年、2001年三个时相的TM/ETM数据为基础,应用景观生态学的理论和方法,选择归一化植被指数(NDVI)和地表辐射温度分别作为城市绿地和热环境效应的反映指标,分析城市化过程中绿地景观格局及其与热环境的变化特征;探讨城市绿地景观格局的变化与城市热环境效应的相关关系;以寻求提高城市绿地生态效益的有效途径,为日后的城市园林绿地建设提供一些借鉴.研究表明:1986-2001年间,NDVI值较大的植被覆盖情况较好的绿地逐年减少,取代以NDVI值较小的植被覆盖差的硬质半硬质景观;景观水平上,绿地景观破碎化程度加剧,各景观要素混杂程度提高;景观的多样性增加,但这样的多样性是以大量的人工干扰为前提的;各景观类型的优势度降低,分布趋于均匀.反映城市绿地景观的NDVI与反映热效应的地表辐射温度LST两者之间存在较大的负相关关系,景观格局的热环境效应随着景观破碎化程度的加剧、景观优势度降低和多样性的增加而加强,城市绿地景观的空间分布格局对其热环境效应也有着重要的影响,其中混合格局的降温效果最为明显.     

广州市海珠区高密度城区扩展SLEUTH模型模拟

高密度城区是城市的核心区,也是城区扩展的源,对该区域的精确识别以及扩展模拟研究,具有重要的意义与价值。以广州市海珠区1979、1990、2000、2008 年4 期Landsat 影像为数据源,运用非渗透表面端元选取模型(V-I-S) 与归一化混合光谱分析模型(NSMA) 相结合的方法,辅以单窗算法反演地表温度数据(LST),高精度提取非渗透表面丰度,进而设置合适阈值表征研究区高密度城区范围。在此基础上基于SLEUTH模型设置4 种场景模拟和预测海珠区高密度城区扩展,并用景观指数分析方法对研究区1979-2050 年长达70 年的空间扩展状况进行分析。主要结论为：① SLEUTH模型同样适用于小尺度区域的扩展模拟。② SLEUTH模型模拟中基于自然、人文以及城市扩展内在动力机制等条件参数的设置,促使模拟结果精度更高。③ SLEUTH模型模拟结果表明,自1979 至今,海珠区高密度城区以较快扩展速率扩张,尤以1990-2004 年间变动增长最快;未来的20 年其增长速率减缓,并于2030 年前后趋于稳定。这种扩张格局与变化状况与研究区产业结构、经济政策、土地规划决策等因素密不可分。     

基于空间PCA的兰州市热环境人文驱动因素分析

在城市化过程中,人类社会、经济活动的加剧使城市地表热力景观呈现出高度的空间异质性。目前对城市热环境形成、演变的驱动机制、热岛效应与地表覆被变化的定量关系研究大多还是从对某些影响因子的测定入手,缺乏对区域热环境系统全面、综合的评价与分析。利用多源空间数据,以干旱区河谷型城市兰州为研究对象,在探讨热环境的空间格局基础上,运用空间主成分分析方法替代传统的多准则判断方法,分析了人类活动对城市热环境的影响特征。结果表明:兰州市人类活动对热环境的影响因子可以归纳为4种相对独立的基本要素,即景观格局、工业布局、城市建筑以及地表覆盖。影响兰州市中心城区热环境的最核心要素是景观格局,四个因子的线性模型较好地模拟了热环境的空间变化,定量揭示了兰州中心城区人类活动对热环境的影响机制。     

土地利用景观格局空间尺度效应研究——以武汉市为例

城市土地利用景观格局研究对城市规划设计和土地资源管理具有重要的理论价值和现实意义,而研究尺度的选择是其必不可少的部分。本文基于景观生态学方法,以武汉市为研究区域,选取聚集分散指数、斑块类型指数、形状指数三种类型指数对土地利用景观格局进行分析,同时引入层次分析法,研究武汉市土地利用景观格局的空间尺度效应及其响应特征,结果表明武汉市土地利用景观格局具有明显的空间尺度效应,随着空间尺度的增大,景观破碎程度增大,景观分布越来越分散,景观异质性减小,斑块之间连接度越来越弱。在此基础上,建立最佳尺度选择模型,并基于分型理论对最佳尺度的合理性进行验证,最终得出武汉市土地利用景观格局研究的最佳空间尺度为60 m。     

Spatio-temporal characteristics of intra-urban land cover in the cities of China and USA from 1978 to 2010

Urban land cover has major impacts on a city''s ecosystem services and the inherent quality of its urban residential environment. The spatio-temporal distribution of impervious surface area and green areas in Chinese cities has exhibited a significantly marked difference in comparison with USA cities. This study focused on monitoring and comparing the spatio-temporal dynamics, land cover patterns and characteristics of functional regions in six Chinese (n=3) and USA (n=3) cities. The study data were collated from Landsat TM/MSS imagery during the period 1978-2010. Results indicate that Chinese cities have developed compactly over the past three decades, while development has been notably dispersed among USA cities. Mean vegetation coverage in USA cities is approximately 2.2 times that found amongst Chinese urban agglomerations. Land use types within Chinese cities are significantly more complex, with a higher density of impervious surface area. Conversely, the central business district (CBD) and residential areas within USA cities were comprised of a lower proportion of impervious surface area and a higher proportion of green land. Results may be used to contribute to future urban planning and administration efforts in both China and the USA.     

近20年京津唐主体城区地表热场空间特征变化分析

基于Landsat遥感影像获取京津唐主体城区1995~2015年地表温度(Land Surface Temperature, LST)和不透水地表盖度(Impervious Surface Percentage, ISP)数据。采用热点聚集和阈值分割法,依据地表的温度和不透水盖度属性将京津唐主体城区划分成9种地表热场类型,分析并探讨地表热场的发展规律、年际变化状况和区域贡献作用。研究发现,京津唐主体城区地表温度与不透水地表盖度间存在显著的正向相关关系,两者分别呈现“阶梯降”和“两端高、中间低”的变化特征。京津唐主体城区地表热场的发展主轴保持在西北-东南方向,且随时间推移沿主轴呈聚集态势。 京津唐主体城区地表热场的影响范围在空间上持续扩张,对于不同的主体城区,其在整体区域的热场贡献中有差异化表现。     

粤港澳大湾区不透水面变化及城市扩展研究

监测和分析不透水面的动态变化不仅能了解城市化进程,而且对城市未来发展规划具有重要意义。该文基于Landsat TM、ETM+、OLI和HJ-1A、B数据,结合地表特征指数变化,分析1990-2020年粤港澳大湾区不透水面的时空扩展变化,并利用象限方位分析方法探索城市扩展模式,进而揭示社会经济因素和政策因素的影响。研究结果显示:1)粤港澳大湾区不透水面的扩展主要集中在1990-2010年,后10年扩展速度最快,对耕地面积的影响最大,其次为林地和湿地;2)近30年粤港澳大湾区不透水面扩展主要呈东—西向,重心沿东南—西南—西北方向迁移,区内城市不透水面扩展模式主要为跳跃式组团扩展和沿交通轴线带状扩展,对城市群的空间格局产生巨大影响,未来应加强粤港澳大湾区东西两翼的协同发展,增加城市的绿化设施建设,避免城市扩展带来的生态环境问题。     

土地利用规模−结构−形态演变对城市热环境的影响——以西安市主城区为例

土地利用变化与城市热环境关系紧密。以西安市为例,采用遥感影像数据,从规模?结构?形态对土地利用变化进行了分析,同时,对西安市热环境变化特征进行了阐释,在此基础上,对土地利用规模、结构和形态变化与热环境变化关系进行了系统分析,揭示土地利用变化对城市热环境的影响。结果如下：① 2000—2016年,随着建设用地的增长,西安市平均地表温度呈上升趋势,耕地与建设用地面积占比变化与地表温度变化呈正相关性,林草地与水域面积占比变化与地表温度变化呈负相关性;② 林草地、水域的斑块优势度越大,形状越复杂,集聚度越高,越有利于改善热环境,而耕地和建设用地的斑块景观优势度大、集聚度高,则会导致地表温度升高和热环境恶化;③ 集聚度和连通度高的大斑块林草地和水域具有更突出的降温效果,相反,高度集聚的建设用地形成的不透水面具有更强的升温效果。可为从土地利用视角改善城市热环境提供参考依据。     

深圳市不透水表面的遥感监测与时空格局

定量监测城市不透水表面扩展过程,是分析城市景观格局动态,深入剖析城市地区空间镶嵌体内部异质性景观相互转化的重要基础。以深圳市为例,通过定量划分城市不透水表面等级体系,计算不透水表面的转移矩阵与景观格局指数,分析不透水表面的时空动态,结果表明:1990～2005年间,高盖度及极高盖度的不透水表面持续增加,中盖度及低盖度不透水表面先增加后减少,而自然地表及极低盖度的不透水表面则为先减少后恢复,反映了城市化进程对城市地表覆被的结构性影响。景观格局变化显示景观多样性程度较高,且经历了低-高-低-高的变化;斑块在1990年以自然地表为主,1995年以后以中盖度等级为主,高盖度等级显著增加。自然地表和中等盖度的不透水表面变化分别主导着前期和中后期的变化过程。城市建设的迅速扩张,将林地、农田、水体及滩涂等自然地表快速地转变为不同功能的建设用地,主导着不透水表面等级分布的梯度性变化。     

What controls the magnitude of the daytime heat sink in a desert city?

The aim of this study was to increase knowledge of the causes of cooling in desert cities. We used a time-series of Landsat images to characterize the changes in daytime land surface temperature during the period of rapid urbanization in Dubai. Changes in land cover and albedo were also quantified from Landsat data and the development of different land use types and variations in urban geometry were characterized. The results demonstrate that urban growth has promoted a heat sink and that all urban land use types contributed to this effect. Vegetation generated the largest cooling effect per unit surface area but impervious surfaces dominated the urban environment and are responsible for the majority of the heat sink created by the city. Changes in albedo were not causally related to the urban heat sink, however, variations in urban geometry, particularly the amount of shading cast by buildings, had some influence on the magnitude of cooling. This study provides evidence that the expansion of the heat sink during urbanization in a desert environment is influenced by the forms of land cover transition, the type of urban land use that is developed, the thermal properties of construction materials used and the geometry of the city environment that is constructed. Future research should concentrate upon understanding these mechanisms in order to plan future developments which maximize cooling and reduce the environmental impacts of desert cities.     

城市地表温度对土地利用/覆被变化响应的遥感研究——以乌鲁木齐为例

 快速的城市化对城市环境产生显著的影响,基于遥感定量研究地表温度对土地利用/覆被变化（LUCC）的响应,来评估快速城市化对环境的影响,是一种快速、有效的途径。以干旱区典型绿洲型城市——乌鲁木齐为例,将遥感与地理信息系统相结合,利用1990年和2009年两期陆地卫星影像为基础数据进行土地利用/覆被分类,并基于单窗算法定量反演同期的地表温度,从而对快速城市化进程中的土地利用/覆被类型动态变化的空间特征及地表温度对快速城市化的响应情况进行了定量研究。结果显示,在近20 a间,乌鲁木齐城市迅速扩张,土地利用/覆被类型变化显著,城市建设用地增长率高达44.73%;同时城市的快速发展使地表温度提高了近6 ℃。研究表明,温度变化格局,尤其是增温区的空间分布与城市扩张的空间格局基本一致,说明地表温度对城市的土地利用/覆被变化产生了显著的响应。     

河北雄安新区建设的区域地表本底特征与生态管控

河北雄安新区建设对于实施京津冀协同发展战略及有机疏解北京非首都功能、优化区域空间格局,提升京津冀城市群生态系统服务和改善人居环境具有重要意义。本文基于多期遥感图像、土地利用/覆盖变化数据、生态系统服务评估数据以及高精度城市地表信息等专题数据集,从雄安新区建设涉及的京津冀城市群区域背景和规划区覆盖范围两个层面揭示了新区建设的区域地表本底状态,并提出了相应的生态保护与管控建议。结论表明：京津冀城市群正呈现建设用地快速扩张以及由此导致的下垫面不透水地表高密度连绵集聚式态势,城镇用地和城市不透水地表较2000年分别增长了1.27倍和1.43倍,且接近15%的子流域水生态系统健康状况受到不透水地表的严重影响。雄安新区建设涉及的雄县、容城、安新三县以农田、乡镇及农村聚落和水域及湿地生态系统为主,其开发建设应围绕实现疏解北京非首都功能为目标,适度控制人口、产业规模,建设宜居生态健康城市。规划初期,应将其纳入国家海绵城市建设试点范畴,参照国际低影响度开发模式,加强城市绿色基础设施建设。基于当前下垫面特征,前期规划应考虑构建新区与保定、北京和天津城市之间的绿化生态斑块和生态廊道;新区内建设用地不透水地表整体比例应控制在60%之内,核心区不超过70%。新区建设过程中需确立“以水定城”理念,在新区基础设施建设、供排水方面充分考虑雨水收集和循环利用。