珠江三角洲城市热岛空间分布及热岛强度研究

进入21世纪,我国珠江三角洲地区城市化规模越来越大,研究该地区的热岛效应具有重要的现实意义。研究区21世纪初自动气象站点运行趋于稳定,数据质量好,为城市气候研究提供了数据基础。利用2000—2003年的珠江三角洲城市群自动气象站温度数据进行空间分析,统计热岛和冷岛出现的频率,总结空间分布规律,并对照土地利用类型图分析热岛区域与地表覆被的对应关系。计算每月热岛强度值,通过热岛的月际变化曲线,总结热岛的年变化规律以及昼夜差异。研究结果表明,研究区城市热岛呈现"六区两带"的空间分布格局;全年中夏季白天的热岛强度最大,并且夏季的热岛强度出现昼强夜弱的现象。     

云南高原楚雄市SO2浓度变化与热岛效应的关系研究

选取2001～2006年楚雄市及其郊区的气象资料,采用对比分析法对楚雄市的热岛效应情况进行了分析,得出楚雄市冬季热岛强度的日变化幅度较大,夏季热岛强度的13变化幅度较小,总的变化趋势是：夜间02时达到最大,以后温差逐渐减小,到下午14时达到最小,之后热岛强度又逐渐增强。在月际变化中楚雄市的热岛强度以2、3、4月份最强,以6、7、8月份最弱,这与中国北京、上海等部分大城市的热岛效应强度变化有显著差异。采用相关分析法对楚雄市SO2浓度变化与热岛效应强度变化之间的关系进行分析,得出楚雄市SO2浓度变化与热岛效应强度变化之间存在着线性正相关关系,其相关系数达0．626。     

北京地区气温多尺度分析和热岛效应

以北京地区20个气象观测站47年(1960-2006年)逐日的平均气温记录为基础,利用线性倾向估计、突变分析、小波分析等分析方法对北京地区气温的时空分布特征及其热岛状况进行了分析.研究表明:近47年来北京地区年平均气温变化呈上升趋势,7年滑动平均曲线表明这种上升趋势近年来稍有减弱.城市热岛效应明显,四季热岛效应的时间和空间均有差异.冬季热岛效应比夏季强,但夏季热岛效应呈现出多中心的现象.小波分析表明热岛强度存在3个周期变化.在25a左右的尺度上,进入21世纪春季和冬季相对较弱,夏季和秋季较强.     

干旱区地表温度和热岛效应演变研究——以宁夏沿黄城市带为例

宁夏沿黄城市带位于宁夏东北部，不仅是干旱地区地理研究的重点区域，也是宁夏经济发展的核心区域。基于2000—2018年的MODIS地表温度、土地覆盖类型以及植被覆盖率数据，通过计算热岛比例指数 (URI)，利用Mann-Kendall非参数检验及Sen’s斜率估计法，对宁夏沿黄城市带近20 a白天和夜间的地表温度（LST）和热岛效应时间变化进行分析。结果表明：（1） 近20 a来，宁夏沿黄城市带大部分地区[WTBX]LST变化不显著，但在植被覆盖率增加区域，白天LST显著减小而夜间LST显著上升；植被覆盖率减小区域与之相反；夜间LST[WTBZ]变化幅度强于白天。（2） 宁夏沿黄城市带的热岛效应通常在白天较弱、在夜间较强；白天和夜间时刻的城市热岛效应在一年内呈现不同的季节变化特点,白天春冬较强，夜间夏季较强；过去近20 a，宁夏沿黄城市带白天热岛效应呈现稍微减弱趋势，夜间热岛效应呈现稍微增强趋势，但变化趋势均不显著。（3） 从植被覆盖率和地物类型两个影响因素的研究表明，植被覆盖率是影响地表温度变化的重要因素，城建区与郊区主要地物温差的改变是城市热岛强度变化的重要原因。从长时间序列变化的角度详细分析干旱区城市热岛的特征和变化原因，可为干旱区城市热岛带来的环境问题治理提供参考，也为研究干旱区热岛提供了借鉴。     

广州市冬夏季热岛的空间格局及其差异分析

利用2003年夏季和冬季两景Landsat ETM图像的热红外波段反演了广州市地表温度(LST)的空间变化,并对冬季和夏季热岛空间分布特征的差异及成因进行了分析。结果表明,广州市冬季和夏季热岛的空间分布具有明显的规律性,并且空间分布、强度差异很大;夏季热岛集中区主要是建筑物和道路等非渗透表面组成地域以及人口最密集区域,冬季热岛的分布主要与工业区和运输业的分布相伴。引起这种差异的原因主要是城市能耗布局、下垫面性质、冬夏季生物学和热学特征综合作用的结果。     

1973—2015年努尔苏丹气温变化与城市热岛效应

基于1973—2015年努尔苏丹市和阿科尔镇逐日气温数据,以及努尔苏丹2000—2015年城市发展数据,采用回归分析、七点二次平滑、Mann-Kendall突变检验、滑动T检验等分析方法研究了该区域气温和城市热岛强度的变化特征及成因。结果表明:(1)在同期北半球和中亚地区气温显著增长的大背景下,努尔苏丹年平均气温并无显著变化,气温受全球变化的影响主要表现在气温的两极化加剧上;(2)受冬季热岛强度减弱的影响,努尔苏丹年平均热岛强度呈现显著减弱趋势,而冬季热岛强度的减弱主要受对比站冬季气温变化影响,其次与努尔苏丹城市发展也有一定的关联。     

厦门市热岛强度与相关地表因素的空间关系研究

以厦门市为例,基于遥感影像与建筑普查数据,分析了各局部气候区中相关地表因素与热岛强度之间的空间响应规律,以及厦门市各局部气候区中热岛强度与相关地表因素的空间关系。结果表明：研究区热岛强度有显著的空间自相关性,高值区集中于东南部的建设用地及耕地和裸地,低值区聚集于湖泊、河流等水体、湿地以及北部、西北部的林地;普通回归模型不能有效解释空间中相关地表因素与热岛强度之间的关系;空间误差模型的拟合效果优于空间滞后模型,可以更准确分析地表因素与热岛强度之间的空间关系;各局部气候区中可以作为回归模型自变量的地表因素有所不同。作为回归模型的自变量时,植被指数、水体指数、天空视域因子与热岛强度呈负相关关系,建筑密度、不透水面比例与热岛强度呈正相关关系,而建筑体积密度、建筑平均高度、建筑高度差与热岛强度的相关性在各气候区中并不一致。根据研究结论建议保护“补偿区”、分隔“作用区”,综合考虑规划实施策略的可行性,以有效缓解热岛效应。     

粤港澳大湾区气溶胶对白天城市热岛强度的影响

以粤港澳大湾区为例,利用卫星遥感资料结合大气化学模式模拟,分析2003―2018年城市热岛强度、气溶胶光学厚度的变化规律,定性和定量研究气溶胶对白天城市热岛强度的影响。结果表明：2003―2018年粤港澳大湾区城市热岛强度呈波动上升趋势,夏季热岛强度最大,冬季热岛强度最小;气溶胶光学厚度呈波动下降趋势,春季气溶胶光学厚度最大,冬季气溶胶光学厚度最小。在年际和季节尺度,城市热岛强度与城区、郊区气溶胶光学厚度之差均呈弱的正相关。基于WRF-Chem的模拟实验表明,气溶胶的存在导致城区、郊区地表向下总辐射减少、地表温度降低,且城区地表向下总辐射减少多于郊区、降温幅度大于郊区,进而导致了热岛强度减弱。气溶胶对城市热岛强度的贡献率为?2.187%,冬季贡献率绝对值略高于夏季。     

基于HJ-1B的城市热岛季节变化研究——以北京市为例

基于中国的HJ-1B卫星反演地表温度,通过建立一种2.5维高斯表面模型来对北京城市热岛建模,定量描述热岛的位置、形状和大小,并用这种模型来描述城市热环境及其季节变化。研究发现,北京市热岛效应季节变化明显,夏季市中心形成热岛且强度和范围最大,冬季城区中心变成冷岛。在2009年夏季,北京市热岛区域东西横跨33.92 km,南北横跨40.92 km,面积约为1 090.14 km2。相对的,在冬季,北京市区温度比郊区低,从而形成一个冷岛。研究表明HJ-1B卫星是城市热环境监测中的一个良好的数据源。     

济南市城市热岛效应的时空分布特征

论文应用区域自动气象站2007～2008年逐时气温观测资料,分析了济南城市热岛的时空分布特征,结果表明,无论春、夏、秋、冬,济南的城市热岛在空间分布上均以泉城广场、市政府为中心呈环状放射发展。热岛强度以冬季最强,秋、春季次之,夏季最弱。对城市热岛进行小波分析发现,济南冬季和夏季城市热岛的主要振荡周期是以准24h为代表的日变化和准270h所代表的旬变化为主。夏季日变化不如冬季明显,夏季旬变化略强于冬季。济南城市热岛以日为周期呈规律性变化,城市热岛强度表现为夜间强,白天弱。     

北京城市空间形态对热岛分布影响研究

在城市尺度上探究城市空间形态布局对城市热岛（UHI）影响研究,对于城市规划中通风环境改善、生态宜居城市建设具有重要意义。以北京为例,利用2009—2018年高密度自动气象站逐小时气温资料和2018年NPP/VIIRS夜光卫星资料,分析了UHI时空分布特征;利用2017年1∶2000基础地理信息和Landsat8卫星资料,开展了北京主城区建筑高度（BH）、建筑密度（BD）、建筑高度标准差（BSD）、容积率（FAR）、迎风截面积指数（FAI）、粗糙度长度（RL）、天空开阔度（SVF）、城市分数维（FD）等8个空间形态参数和植被覆盖度（VC）、不透水盖度（IC）、反照率（AB）等3个陆表参数的提取,并在城市尺度上开展了这些参数与UHI之间空间相关性及对UHI变化影响研究。结果显示：2009—2018年北京主城区年均、四季以及夜晚02时UHI均存在一个较为固定的形态,年均、春、夏、秋、冬、白天14时和夜晚02时UHI分别为1.81 ℃、1.50 ℃、1.43 ℃、2.16 ℃、2.17 ℃、0.48 ℃和2.77 ℃;8个空间形态参数在一年中大部分时段与UHI存在明显空间相关性,这种相关性在冬季强于其他季节,在夜晚02时强于白天14时,排名前三的分别为SVF、FAR和BD。空间形态参数已超越陆表参数成为UHI变化的重要驱动因子,11种参数对UHI变化的单独贡献为13.7%~63.7%,其中夏季、冬季和全年时段贡献最大的空间形态参数分别是BD（43.7%）、SVF（63.7%）和SVF（45.4%）,贡献最大的陆表参数分别是VC（42.6%）、AB（57.1%）和VC（45.3%）;夏季、冬季和全年时段多个参数对UHI变化的综合贡献分别为51.4%、69.1%和55.3%,主导要素分别为BD、SVF和BD。     

长江三角洲城市带扩展对区域温度变化的影响

利用DMSP/OLS 夜间灯光数据、土地利用统计数据和气象站常规观测资料, 结合NOAA/AVHRR、MODIS 反演的月地表温度数据, 定量考察了长江三角洲城市群热岛增温效应对区域温度气候趋势的贡献, 结果表明: ① 1992-2003 年长江三角洲城市化经历了一个快速的空间扩展过程, 宁镇扬、苏锡常、上海大城市区、杭州湾4 个城市群构成了一个“之” 字形城市带, 城市群之间出现城市化连片趋势, 城市带区域内1961-2005 年年平均气温增温 速率为0.28~0.44 ^oC/10a, 显著高于非城市带区域。② 城市热岛效应对区域平均温度的影响以夏秋季最强, 春季次之, 冬季最弱。③ 长江三角洲城市带热岛强度和城市总人口对数呈线性正相关关系。④ 城市带增温效应使得区域的年平均气温在1961-2005 年间增加了0.072 ^oC, 其中1991-2005 年间增温幅度为0.047 ^oC; 年最高气温升高了0.162 ^oC, 其中1991-2005 年间 增温幅度为0.083 ^oC, 表明1991-2005 年间长江三角洲城市带的空间扩展正在改变区域温度变化趋势, 且这种增温趋势显著。     

“源-汇”景观格局的热岛效应研究——以武汉市为例

论文基于2017年Landsat 8遥感影像,通过GIS技术选取城市地表温度、源汇景观密度、源汇景观贡献度和景观效应指数,结合地理空间分析和数理统计方法,分析了武汉市局部源汇景观格局对城市地表温度的贡献及其效应。结果表明：① 武汉市城区热岛(urban heat island, UHI)季节变化明显,夏季热岛强度大、范围广,呈“大”字型分布,工业集聚区和经济开发区产生的UHI更显著;② 武汉市城区平均地表温度(land surface temperature, LST)在距市中心约8 km处达到峰值后沿城乡梯度逐渐下降,呈现“倒钩型”特征,这一现象与景观密度变化密切相关;③ LST与源(正向)、汇(负向)景观密度存在极强相关性,不透水表面是城区热岛的主要贡献因子;④ 相同密度的水体和绿地,水体更具有削弱城市热岛效应的功能;⑤ 一般当汇-源景观面积比>0.89(汇区密度>0.47)时,局部景观格局对城市热岛有缓解作用,且局部汇区越集中缓解效果越显著。     

城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响研究进展

随着全球城市化的快速发展和气候变暖及极端高温事件的加剧,城市热岛效应已成为了21世纪影响人类生存发展的重要环境问题。因此,阐明城市热岛强度时空变化特征,揭示多空间尺度下的形成机制是人文地理学和气候学研究的热点和前沿交叉科学问题。从街道峡谷微观尺度、城市街区局部尺度和城市宏观尺度全面总结和系统梳理了城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响和耦合机制,提出了未来通过定量表征城市热岛强度、城市空间形态的空间格局、时间演化特征及规律,构建空间关系分析模型,进而揭示城市空间形态在不同时空尺度对城市热岛强度的作用机制,为城市规划、宜居城市建设以及气候变化的响应与适应研究提供理论指导。     

Influence of urban expansion on the urban heat island effect in Shanghai

The urban heat island (UHI) effect resulting from rapid urbanization is attracting increasing attention among the global scientific community. This research analyzed the relationship between urban expansion and the UHI effect utilizing an integrated approach, including urban land interpretation and retrieving land surface temperature based on remote sensing, and spatial overlay analysis for revealing the relationship for different time periods between 1984 and 2014 in Shanghai, China. The results show that (1) the spatiotemporal changes in UHI are consistent with the expansion of urban land, and rapid urban expansion leads to an expansion of the UHI, in particular along roadways. (2) The mode of urban expansion is an important factor influencing the UHI effect. Urban sprawl (urban expansion in the edge-expansion way) is a form of typical expansion that leads to the rapid increase in the UHI. When the urban compactness ratio is less than 0.15, a compact design can effectively control the expansion rate of the UHI and mitigate its range of influence and intensity. However, when the urban compactness ratio is greater than 0.15, the urban design has a marked influence on the UHI ratio index: a more compact form produces a stronger UHI effect. So, finding an equilibrium between urban compactness ratio and urban expansion rate is good for effective urban management and planning.     

城市热岛效应对天津市居住建筑供暖和制冷负荷的影响

城市热岛效应已对建筑能源需求产生了重要影响,评估城市热岛效应影响下建筑的真实能耗需求及城乡差异对既有建筑的节能调控和未来建筑的方案设计都具有重要意义。论文以天津自动气象站2009—2017年逐时观测数据为基础,应用卫星遥感选站方法,选取天津市区周围4个有代表性的乡村参考气象站,对典型居住建筑全年逐时负荷进行了动态模拟,定量评估了城市热岛强度对不同时间尺度(年、日和小时)建筑负荷的影响。结果表明：① 随着城市热岛强度(I_UHI)的增强,城市居住建筑供暖负荷减少、制冷负荷增加,且年平均供暖负荷的减小幅度大于年平均制冷负荷的增加幅度。I_UHI每上升1 ℃,城市年平均供暖负荷较乡村减少4.01 kWh/m²、年平均制冷负荷增加1.05 kWh/m²。② 冬季供暖期和夏季制冷期逐日负荷变化表现为：供暖期的高负荷时段主要集中在12月下旬至翌年1月下旬、制冷期为7月下旬至8月上旬,高负荷时段城市日平均供暖和制冷负荷分别较乡村约减少10%、增加6%。③ 日内供暖负荷和制冷负荷小时变化均表现为夜间强于白天。在供暖期和制冷期,北京时间18:00至次日07:00时段无论在城市或是乡村都是高负荷时段;11:00至15:00时段在供暖期是低负荷时段,而在制冷期是高负荷时段,这可能与气温和供暖制冷需求有关。研究表明,应充分考虑小时、日尺度热岛强度对用能的影响,提高供暖和空调运行调控的精细化水平,以期达到降低供暖和制冷能耗的目的。     

北京地区城市热岛强度长期变化特征及气候学影响机制

选择北京地区为研究区,基于1967~2016年城市站（北京站）和城郊农村站（密云站）的长期气象观测数据,研究平均气温、最高气温、最低气温对应的城市热岛强度长期变化特征及其气候学影响机制。研究发现,过去50 a平均气温和最低气温对应的城市热岛强度显著增加,增温率分别为0.29℃/10a和0.45℃/10a,而最高气温对应的城市热岛强度则没有明显变化趋势;统计分析显示过去50 a北京地区相对湿度、风速和日照时数显著降低以及气温显著上升有利于城市热岛的形成,强化城市热岛强度;未来全球变暖和快速城市化背景下北京地区城市热岛效应将进一步加剧,形成更频繁和持续时间更长的夏季城市高温热浪,严重危及城市居民生产生活和生命健康。     

中国城市群空气质量时空演化及收敛趋势

选取2015—2020年全国城市空气质量实时监测数据,运用Dagum基尼系数、变异系数和收敛模型等方法,定量考察城市群空气质量差异及其来源和收敛机制。结果显示：① 2015年以来,中国20个城市群空气质量均未表现出逐年改善的理想趋势,绝大多数城市群空气质量在波动反复中趋于改善,且O₃开始取代PM_2.5成为部分城市群最主要的首要污染物。② 中国城市群空气质量“南优北劣”的空间分异特征明显,但考察期内空间差异有所缩小,且群间差异远大于群内差异。③ 中国城市群空气质量不仅存在σ收敛趋势,而且存在绝对和条件β收敛趋势,无论是否考虑除初始值以外的其他异质性影响因素,城市群地区各城市空气质量都朝着稳态水平变化发展。     

上海城市热岛与热浪协同作用及其影响因子

在全球变暖的背景下,热浪变得更加频繁。城市地区由于城市热岛效应在热浪事件中承受更大的风险。然而城市热岛与热浪之间的相互作用还少有研究。利用2016-2017年两个夏季（6-8月）上海城、郊气象站逐时气温、风速、相对湿度资料、城区徐家汇和郊区奉贤涡动相关通量观测资料对比分析了热浪和非热浪期间城市热岛强度的差异,并利用一个平流扩散解析模型揭示了城市热岛与热浪相互作用的物理机制。结果表明,热浪期间的城市热岛强度相比非热浪期间明显增强,且白天增强大于夜间,显示出城市热岛与热浪之间的协同效应。热浪期间城、郊相对湿度比值相对非热浪期间明显减小,表明热浪期间城区地表相对郊区变得更干,从而抑制了蒸发作用,加剧了城市热岛强度;平均风速也明显减小,平流降温效应减弱,对城市热岛强度起正反馈效应。热浪期间城区净辐射通量的增加大于郊区,使城区获得更大地表辐射输入;由于城区更少的植被覆盖和更多的不透水下垫面,热浪期间城区潜热通量略有降低,而郊区明显增加;城区感热通量增幅则大于郊区,这种感热和潜热通量分配的改变也加剧了城市热岛强度。本研究对城市如何应对加剧的热风险具有重要的科学指示意义。