局地气候分区框架下城市热岛时空分异特征研究进展

局地气候分区（LCZ）框架自2012年提出以来,在城市热岛研究领域备受重视,但目前对LCZ框架下城市热岛（简称LCZ城市热岛）时空分异特征仍缺乏系统性总结。本文以统计和“荟萃分析”为手段,系统梳理了2012—2019年LCZ城市热岛研究在数据获取手段、时空格局和影响因素3个方面的进展,并对今后研究进行了初步展望。结果表明,迄今为止全球范围内已在超过130座城市开展了LCZ城市热岛研究,这些城市主要集中于中纬度（35°N~55°N）的亚洲和欧洲地区,且主要聚焦于以近地表气温表征的“冠层热岛”和以地表温度表征的“地表热岛”。具体而言：① 在温度数据获取方面,站点观测（文献数量占比42.5%）、模型模拟（38.3%）与移动测量（19.2%）是获取气温的主要方法,其中模型模拟方法占比逐年升高。而卫星热红外遥感是获取地表温度的主要手段（86.5%）。② 在时空格局方面,就全球而言,LCZ气温的类间极值差（均值为3.1 K）显著低于地表温度的类间极值差（9.8 K）,且该极值差通常在夏季或冬季较大;冠层热岛与地表热岛均存在显著的“LCZ类内热岛”现象。③ 在影响因素方面,多数研究局限于定性分析地表结构、覆盖、材质和人类活动的影响,而普遍忽略了建筑布局与邻近LCZ类型等潜在因素的作用。本文将有利于从整体上更好地把握LCZ城市热岛的研究进展与今后的发展趋势。     

广州市城区热岛效应的遥感应用研究

利用Landsat TM/ETM + 热红外波段数据,根据辐射传输方程的地表温度反演方法,定量计算了广州市城区1988年、1995年和2002年的地表温度,讨论了广州市热岛扩展的时空演变格局和热岛效应形成的主要因素.结果表明,广州市城市热岛效应明显,热岛分布区域广且范围在不断扩大,在空间分布上呈现"三线四区"的特征.通过地表温度对比分析发现,老城区温度比高温区低3.7℃～4.2℃,比低温区温度高2.9℃～3.3℃,热岛强度为6.6℃～7.6℃;城市的功能布局、人类活动和经济发展与热岛效应的空间分布有十分密切的关系,也是影响城市热环境的重要因素.     

基于遥感的银川市建成区城市扩展及其热环境变化分析

为研究银川市城市建成区扩展对热环境的影响，基于 1989、1999、2010 年和 2017 年 Landsat 系列遥感数据，采用建筑用地指数（IBI）提取 4 个年份的城市建成区信息，获取了城市形态演化指 标，利用热红外波段反演不同年份的地表温度；在此基础上，分析了城市扩展和热环境变化的时空 演变特征，探讨了城市扩展和热环境之间的响应关系。结果表明：（1）1989—2017 年银川市城市建 成区扩展面积达 506.13 km²，各时期的扩展速度和扩展强度差异明显，城市扩展具有“缓慢—快速 —稳步”的阶段性特征，城市空间形态趋于紧凑化，向着稳定状态发展，城市整体向东部和北部扩 展，重心整体向东北方向迁移约 5.54 km。（2）热岛范围随着城市扩展不断扩大，较高温区域所占热 岛比例呈先减小后增加的趋势，高温和特高温占比表现出先增加后减小的特征，热岛强度逐渐向 较高温区转移，城市热岛效应得到缓解；热岛空间分布显示，热岛逐渐由兴庆区老城区蔓延至贺兰 县和西夏区，且兴庆区热岛逐渐演化为相互独立的小次级热岛，强度有所降低；28 a 间银川市城市 热岛比例指数（URI）表现出先上升后下降的特征，整体呈上升趋势。（3）热岛区域在空间分布和扩 展方向上与城市扩展具有较高的一致性，城镇用地、公交建设用地和裸地能促进地表温度升高，而 草地和水体能够降低地表温度，公园绿地和水体能有效缓解银川市城市热岛效应且后者对降低城 市地表温度的效果要好于前者。     

基于多源数据的长沙市人居热环境效应及其影响因素分析

针对城市人居热环境效应研究缺乏从自然—人文多维因子组合综合评价分析的现状,本文基于多源空间数据（Landsat 5、Landsat 8卫星影像数据、POI空间大数据、数字高程模型等）反演长沙市2000年、2009年和2016年城市地表温度格局,并快速获取与城市热环境密切相关的自然和人文因素共12个影响因子。应用标准差椭圆、空间主成分分析（PCA）等方法多角度分析了城市人居热环境效应及影响因素的联动关系。结果表明：① 2000—2016年共16年间热岛面积共增加547 km²、地表最高温度差达到10.1 ℃。城市热岛区的空间分布主要集中在城市建成区,如工商业集中和人口密集的城市中心地区,并呈现出地表温度从城市中心向郊区逐渐降低的热岛的空间分布格局,出现多个高温中心点,如五一广场商圈、长沙县星沙经济技术开发区、望城工业区、岳麓工业集中区、天心工业区等;② 2000—2016年热岛空间发展主轴保持在东北—西南方向,2000—2009年热岛重心向西南偏移了2.7 km,偏转角度为54.9°,2009—2016年热岛重心向东北偏移了4.8 km,偏转角度为60.9°。整体上,长沙市热环境空间格局的变化和城市的建设强度的变化存在一定的关联;③ 通过主成分分析得出影响长沙城市热环境格局的因子为景观格局、城市建设强度、地形地貌3个主因子;④ 人文因素对于当前加剧热岛效应形成产生的促进作用明显大于自然因素的抑制作用,综合作用下地区将升温0.293 ℃。影响城市人居热环境的因素众多,多源数据有助于揭示城市热环境空间格局及演变规律,深化对城市热岛效应成因分析认知,明确人文和自然影响因素间相关关系和相关程度,以此为改善城市人居环境质量提供科学依据。     

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。     

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。     

顾及三维空间信息的城市地表热环境研究——以南京市主城区为例

正城市热岛效应对城市微气候、人居环境和公共健康等产生显著影响,但以往的城市地表热环境时空变化研究中,对局部地区热岛强度和地表覆盖要素三维空间信息重视不足,城市区域不透水面包含的建筑用地、道路等对城市地表温度的个体效应没有表现出来,且极少考虑城市三维空间形态等对地表温度的影响及其尺度依赖性。鉴于此,本文以南京市主     

城市化对云南高原楚雄市近年来城市热岛效应影响研究

气象学界对北京、上海、兰州、乌鲁木齐、昆明等大城市的城市热岛效应进行了大量研究,但用于城市和郊区对比的气象站比较少,对云南高原中小城市的城市热岛效应研究较少。近年来随着我国经济的发展,一些位于生态脆弱区的边远地区城市化发展对区域气候和环境带来的影响备受关注。楚雄市地处云南高原中部,主要位于南亚季风气候区,近年来气象灾害频繁,是世界上生态和气候脆弱区之一,该地区城市化发展对区域气候的影响引起人们的广泛关注。2010年以来在云南高原楚雄市城郊建立了多个加密气象站,很大程度上提高了研究数据的可靠性,基于楚雄市气象局近5 a来城市和郊区10个气象观测站的实测数据和社会统计数据,将气象站点资料分成城市气象站与郊区气象站资料并进行对比分析,利用Excel和surfer软件制作图表对楚雄市热岛强度的时空分布特征及影响机理进行了研究,并提出了减轻热岛效应的对策。结果表明:时间分布上,近年来城市热岛强度呈先下降后上升趋势,热岛强度最大是在2010年(1.8℃),最小是在2013年(1.2℃);3月份热岛强度最强(2.6℃),8月份最弱(0.9℃);春季热岛强度最强(2.0℃),冬季次强(1.9℃),夏季热岛强度最弱(1.0℃),秋季次弱(1.5℃);日变化热岛强度最大是在夜间02时(2.0℃),最弱是在在白天14时(-0.3℃)。在空间分布上,城市热岛中心位于城市中心,城市热岛强度分布呈城区中心向外递减的趋势,这与楚雄市地形及土地利用现状有很强的对应关系。影响楚雄市热岛强度最大的自然因素是风速,其次为蒸发量、云量和降水量;影响楚雄市热岛强度最大的人为因素是能源消耗量,其次为建成区面积和烟粉尘排放量。研究结论将对认识云南高原城市发展的区域气候效应机理,及其城市防灾减灾和可持续发展具有重要的科学意义。     

近20年来昆明市城市化进程对城市热岛效应的影响研究

近年来,城市化对城市气温影响是气候变暖研究中备受关注的问题之一。利用1987~2006年昆明及周围3个站点的气象数据分析城区和周围站点的气温变化差异,给出城市和郊区在不同年份、不同季节城市化影响下的气温变化趋势。研究发现:近20年来,城区年平均温度为15.7℃,郊区为14.9℃,受城市化的影响,昆明市城区热岛效应一直呈现增幅的趋势,其中在冬季热岛强度最大且增幅为0.399℃/10 a,而热岛强度最小的是夏季,UHI最高气温增幅为0.29℃/10 a,UHI最低气温增幅为0.56℃/10 a。在此基础上结合昆明城区的城市发展资料,运用熵值法、主成分分析方法探讨了城市发展对年热岛强度的影响,结果表明在不同时段影响因素不同,1987~1994年主要因素是建成区面积和人均GDP,而1995~2006年则是人均GDP和城镇人口。     

长春市城市形态及风环境对地表温度的影响

随着城市化进程的加快,城市热岛效应越来越受到关注。然而,很少有研究分析城市形态和城市风环境对地表温度（LST）的影响。利用建筑和遥感等多源数据,基于GIS空间方法,结合迎风面指数（FAI）和地表温度,研究长春市城区迎风面指数时空差异,探索城市形态对城市地表温度影响。结果表明：① 迎风面指数呈现从中心城区向外扩散的空间趋势,高密度以及高建筑对风的阻碍程度大。朝阳区北部迎风面指数最大,最大值达到15.1,各个区边缘区迎风面指数最小,最小值为0.01。② 研究区昼夜地表温度温差大,范围分别是18.15 ℃~31.73 ℃、4.27 ℃~18.43 ℃。空间分布上与迎风面指数存在相同特征,城市中心城区温度高,以同心圆方式逐渐向外扩散。受城市建筑形态、人为热源等因素影响,与夜间相比,白天高温地区范围更大。③ 迎风面指数与地表温度在一定程度上相关,昼夜相关系数分别为0.371和0.355。建筑在垂直方向和水平方向上空间形态不同,对地表温度影响存在差异。结合城市风环境状况开展城市形态信息的定量研究,对于城市气候学家、城市规划师探寻城市潜在通风廊道、改善城市通风环境具有重要理论价值和现实意义。     

广州中心城区住宅租金差异的核心影响因素

构建并阐述城市住宅的特征租金理论框架,建立包括建筑特征、便利性特征、环境特征、区位特征在内的“四分法”特征租金模型。以2020年3月广州中心城区23126套待租住宅的挂牌月租金单价为基本数据,通过分级空间统计和空间自相关分析广州中心城区住宅租金的空间差异格局与空间关联性,构建4要素12个指标的广州中心城区住宅租金影响因素指标体系,通过3种模型比选,采用空间误差模型测度住宅租金的影响因素,并筛选核心影响因素。结果表明：① 在研究城市内部住宅租金影响因素时,可采用本文构建的特征租金理论框架及其特征租金模型;② 广州中心城区中低租金水平的住宅数量最多,住宅租金呈现核心区高,外围城区低的空间分异格局,具有显著的空间集聚和空间关联特征;③ 建筑特征（建筑面积、朝向与楼层、房龄、电梯与物业）、便利性特征（地铁便利性、办公便利性、基础教育便利性）、环境特征（公园可达性、工业污染影响）和区位特征（距市中心距离）共4个方面的10个因素对广州中心城区住宅租金差异有显著影响;④ 建筑面积、房龄和距市中心距离是住宅租金的3个最关键核心影响因素,电梯与物业、办公便利性也是核心影响因素。     

兰州市城区夏季热场分布与热岛效应研究

对兰州市城区进行了早、午、晚3个时段各气候要素的流动观测,模拟了兰州市城区夏季3个时段的地面热场。结果显示,兰州市夏季地面热场分布存在明显的规律性和动态演变特征。2006~2007年,在城区和郊区利用两套自动气象站连续进行了气候定点对比观测,结合兰州城区台站近70年和郊区台站近40年的常规气象观测资料,分析兰州市气温、热岛效应及热岛强度的变化特征。热场的时空分布与兰州市城市化过程中土地利用类型、人口密度、城市能耗、建筑容积率和下垫面热力性质等因素的变化有着密切的联系。     

基于UCMap的城市环境气候空间格局分析——以广州市为例

城市化的不断深入使城市下垫面发生改变,自然景观的大幅减少与人工建筑的大规模增加,给城市气候与环境带来了巨大影响。城市环境气候图作为分析与调控城市环境气候、评估城市环境气候状况的工具与平台,拓展了城市气候信息在城市规划与发展中的应用。针对目前中国华南地区城市环境气候研究缺乏多要素图层、多技术方法综合分析的现状,充分考虑到不同要素对环境气候影响程度的差异,论文结合已有的城市环境气候图的编制方法,选择典型亚热带季风气候特征的广州市为研究区域,构建了多环境要素、多评估时段、多技术方法的复杂下垫面城市环境气候图系统,利用专业气象插值、遥感反演、GIS空间分析等多种技术手段,对广州市空气质量、热负荷与通风潜力进行分析评估。结果表明：广州空气质量和热负荷具有明显的季节和空间差异性,通风潜力的空间差异性明显而季节变化微弱。通过进一步叠加分析各环境要素,将广州环境气候划分为7种类型,其中最适宜类型主要分布于北部山区林地与城间耕地,最不适宜类型位于天河、越秀、荔湾的城市核心区以及白云、增城的工业密集区,形成“北优南劣”的环境气候空间格局。最后,以环境气候分析结果为基础,提出各气候类型所在区域的简要规划措施,为广州市的可持续发展提供科学建议与建设方向。     

珠三角地区地表温度与土地利用类型关系

随着城市化进程的加快,城市气候与环境问题日益显现,尤以城市热岛效应最为突出。通过监督分类方法对TM遥感影像进行了土地利用分类,并运用TM热红外波段线性拟合模型进行近地表气温反演,分析城市热岛的空间分布及地域性差异,以及与土地利用类型的关系。结果表明:珠三角地区近地表气温与土地利用类型紧密相关,城市建设区形成高温中心,是热岛的主要贡献因子,植被和水体则有明显的冷岛效应;研究区热岛具有区域性集中与分散分布的特点,且以区域性热岛为中心向周边扩展;分析热岛强度剖面线发现,由于地形、植被覆盖度等因素影响,研究区热岛强度的南北差异较大,而东西差异较小;热岛分布与土地利用类型分布格局较为一致,但也有分布不一致性的区域,表现为城市热岛向非城市建设用地扩展。     

广州城市气候资源与被动蒸发冷却技术的应用

城市热岛效应是城市的病态气候现象,潜在的危害极大。从广州的亚热带城市气候资源水平出发,讨论了应用城市气候资源的自我调节机制改善城市热环境的方法,目的在于减弱广州的城市热岛效应。广州地区利用被动蒸发冷却技术可获得建筑屋面的最大差为１０℃,平均温差为５℃。分析认为,广州地区因为具有完整的气候要素,具备依靠被动蒸发冷却技术实现城市非绿地地表面被动降温的自然条件。文中还提出了广州城市资源应用研究方向的５项     

基于遥感数据的苏州市热岛效应时空变化特征分析

城市化对于城市环境的一个重要影响是热岛效应.为了研究苏州市20多年来城市化进程对热岛效应的影响,采用遥感与GIS相结合的方法来定量的分析城市热环境的时空变化.根据1986和2004年两个时相的Landsat TM影像提取了研究区的土地覆盖以及亮温信息,在此基础上通过统计分析和GIS的缓冲区分析对这18a来苏州地区的热岛时空变化及其与土地覆盖变化的关系进行了深入研究.分析结果表明,城市热岛与城区的空间分布之间存在明显的一致性.     

云南高原楚雄市近年来城市气候特征研究

基于楚雄市城区中心气象站和周围9个加密气象站点及南华2010~2014年气象观测资料,利用Excel制作图表等对楚雄市近年来城市气候变化特征及成因进行了分析与研究,得到楚雄市城市气候变化规律,利用灰色关联分析方法对影响楚雄城市气候的自然和人文因子进行了分析。研究结果表明:近年来热岛强度呈先下降后上升波动趋势,热岛强度最大是在2010年,最小是在2013年,3月份热岛强度最强,8月份最弱。近5年间的降水量波动较大,降水量最多在2014年,最少在2012年,城市雨岛效应比较明显,降雨干湿季分明,城市雨岛强度雨季大于干季。城市相对湿度比郊区少,城市干岛效应明显,楚雄市城市干岛强度雨季大于干季。影响楚雄市城市气候的因子既有人文因子也有自然因子,且人文因子的影响大于自然因子。     

城市活力与建成环境的非线性关系和阈值效应研究——以广州市中心城区为例

城市地理与城乡规划一直关注城市活力与建成环境的关系。论文以广州中心城区为例,通过采集百度热力图、建筑矢量数据、路网数据、兴趣点数据等多源空间大数据,应用梯度提升决策树模型,探究建设强度、功能性质和交通可达性3个维度的建成环境要素对城市活力影响的非线性关系和阈值效应,并对比工作日白天与夜间的影响差异。研究发现：(1)容积率对城市活力塑造的相对重要性最高,其次是休闲设施密度与公交密度,且白天与夜间的差异不显著。合理的开发建设强度、集聚的休闲与办公设施、公交导向交通发展,更有助于塑造充满活力的城市。(2)各建成环境要素与城市活力之间均存在非线性关系和阈值效应,且部分建成环境要素白天与夜间的差异较明显。研究结论可为精细化的建成环境规划与治理以促进城市活力提供一定的政策启示。     

北京城市通风廊道研究I: 环境效应模拟

采用耦合城市冠层模式UCM的中尺度气象模式WRF,利用北京市高分辨率地表类型、城市建筑及通风廊道规划方案等资料,针对2019年冬季和夏季各开展了为期 1个月的百米尺度高分辨率敏感性模拟试验,并应用自动气象站网观测数据进行了验证。模拟试验结果表明：引入通风廊道后气象要素差异不仅限于廊道区,而是在整个研究区域都有体现。模拟的地面风速明显增大,热岛强度减弱,风的平流效应导致热岛范围发生偏移。引入廊道后北京城区月平均气温下降了0.14~0.17℃,平均风速及相对湿度分别增加了0.32~0.36 m/s和2.02%~3.37%。表明通风廊道对于改善城市密集区的风热环境,提高气候舒适性是有效的,背景风速越大,通风廊道的缓解效应越明显。气象要素差异的日变化分布显示,通风廊道对白天气象要素的影响要大于夜间。进一步分析显示,通风廊道对局地气象要素的影响主要来自于风速增大的平流效应及下垫面湍流通量改善两方面的贡献。     

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。