长江三角洲城市带扩展对区域温度变化的影响

Based on non-radiance-calibrated DMSP/OLS nighttime light imagery from 1992 to 2003, urban land area statistical data, meteorological data and land surface temperature data retrieved by MODIS and NOAA/AVHRR data, the influence of urbanization on regional cli- matic trend of temperature in the Yangtze River Delta (YRD) was analyzed. Conclusions are as follows: 1) There is a significant urbanization process from 1992 to 2003 in the YRD. Four city clusters of Nanjing–Zhenjiang–Yangzhou, Suzhou–Wuxi–Changzhou, Shanghai and Hangzhou Bay form a zigzag city belt. The increase rate of annual mean air temperature in city-belt is 0.28–0.44℃/10a from 1991 to 2005, which is far larger than that of non-city-belt. 2) The urban heat island (UHI) effect on regional mean air temperature in different seasons is summer>autumn>spring>winter. 3) The UHI intensity and the urban total population logarithm are creditably correlated. 4) The UHI effect made the regional annual mean air temperature increased 0.072℃ from 1961 to 2005, of which 0.047℃ from 1991 to 2005, and the annual maximum air temperature increased 0.162℃, of which 0.083℃ from 1991 to 2005. All these indicating that the urban expansion in the YRD from 1991 to 2005 may be regarded as a serious climate signal.     

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。     

背景气候和城市化对中国东南部增温的联合效应(英文)

Based on China homogenized land surface air temperature and the National Centers for Environmental Prediction/Department of Energy (NCEP/DOE) Atmospheric Model Intercomparison Project (AMIP)-Ⅱ Reanalysis data (R-2), the main contributors to surface air temperature increase in Southeast China were investigated by comparing trends of urban and rural temperature series, as well as observed and R-2 data, covering two periods of 1954-2005 and 1979-2005. Results from urban-rural comparison indicate that urban heat island (UHI) effects on regional annual and autumn minimum temperature increases account for 10.5% and 12.0% since 1954, but with smaller warming attribution of 6.2% and 10.6% since 1979. The results by comparing observations with R-2 surface temperature data suggest that land use change accounts for 32.9% and 28.8% in regional annual and autumn minimum temperature increases since 1979. Accordingly, the influence of land use change on regional temperature increase in Southeast China is much more noticeable during the last 30 years. However, it indicates that UHI effect, overwhelmed by the warming change of background climate, does not play a significant role in regional warming over Southeast China during the last 50 years.     

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。     

基于Landsat TM的2001~2015年哈尔滨市地表温度变化特征分析

以哈尔滨市为例,基于2001年、2004年、2008年和2015年夏季Landsat TM 5 /OLI 8遥感影像为基础数据源,采用“单窗算法”遥感技术手段定量反演瞬时地表温度格局,并深入分析温度特征,分区差异和重心变化。研究表明：2001~2015年研究区温度增加1.44℃,平均温年增0.10℃,3时段（2001~2004年、2005~2008年、2009~2015年）年均温分别增加0.08℃、0.09℃、0.12℃,具有加速上升趋势;最高温增加2.74℃,始终位于香坊区,最低温基本恒定,始终位于道里区;2001~2015年极高、高、极低温度分区面积增加4.92 km²、104.07 km²、87.71 km²,年均增量均具有持续增加趋势,中、低分区面积减少110.61 km²、84.94 km²,具有波动降低趋势,极高、高、中、低分区格局总体按照城区-城乡结合地区-乡村的水平梯度扩展;地表温度重心向东偏南70.58°方向移动536.90 m,其中6个市辖区迁移方向和距离差异明显,表明地表能量移动方向和温度重新分布的活跃程度不同。总体来看,研究区地表温度上升明显,分区时空变化剧烈,能量的轨迹移动过程具有折返特征。     

西安城市化对气温变化趋势的影响

利用1951-2006年西安及周围3站点的气象数据分析了城市气温变化和周围台站温度变化的差异,给出了4个测站不同阶段、不同季节城市化影响气温变化的趋势系数及线性变化趋势。结果表明：城市化对气温的影响具有明显的阶段性和季节性。1980年以前,无论平均气温还是月最低气温和最高气温,西安与其周围站点的线性趋势系数及线性变化趋势相差不大;但在1980年以后,城市站的线性趋势系数明显大于周围站点的趋势系数,特别是在1993年以后,西安站的平均气温、最高和最低气温线性趋势系数远大于其周围站点的趋势系数,是周围站点的1.6~3.5倍,说明城市的热岛效应不但提高了城市的温度同时也改变城市的增温率,使得城市气温增温率加大。西安及其周围站的线性增暖趋势在春季最大,其中西安达到2.20 ^oC/10a,是其它季节的2~4倍;秋季的线性增暖幅度次之,夏季最小。热岛效应对最高气温的最大贡献在春季,对最低气温的最大贡献在冬季。     

半干旱区典型工业城市热岛时空分布及演变特征——以包头市为例

基于2000 年、2008 年和2015 年landsat5 TM影像和Landsat8 OLI影像,以单窗算法反演地表温度,研究包头市区近15 a 的城市热岛时空分布及演变特征,并对下垫面土地利用/覆盖类型、 NDVI 与城市热岛的关系进行了定量分析。研究结论表明：包头城市热岛15 a 来呈逐步扩展趋势,且主要集中于裸地区、工矿区、商业和人口密集区三类区域,空间演变趋势与城市扩张格局呈现出高度的一致性;城市热岛效应强度增强,但2008-2015 年以来,市中心区高温区面积比重大大降低;下垫面土地利用/覆盖类型是影响城市热岛空间分布的重要因子,地表温度呈现出裸地>工矿用地>建设用地>城市绿地>农用地>水体的规律;地表温度与 NDVI 呈现显著的负相关关系,即植被指数越高,城市的地表温度越低。     

乌鲁木齐近50年气温变化与城市化发展关系

采用线性倾向估计、累积距平、M—K检验法,利用乌鲁木齐地区市区及近郊气象站近50年的年平均气温数据,分析了乌鲁木齐地区气温的年代际变化及突变;采用相关分析方法与趋势拟合等方法,生成乌鲁木齐年平均温度与指征其城市化6项指标的函数关系图。结果发现：（1）近50年乌鲁木齐地区的年平均气温缓慢上升,城区气温高于郊区,城区站增温率为0．2℃／10a,郊区站为0．245℃／10a,总增温率为0．225℃／10a。（2）采用Mann—Kendall检验法分析得出年平均气温在2000年发生了由低到高的突变。（3）乌鲁木齐市城市人口、GDP、全社会固定资产投资总额、建成区面积、能源消耗与年平均气温有着显著的相关性,表明城市化进程与气温变化有密切关系。     

Characteristics of urban heat island effect in Lhasa City

This paper analyzes the Urban Heat Island (UHI) effect in Lhasa City of Tibet using meteorological observations, the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), Land Surface Temperature (LST) data obtained from Earth Observing System/Moderate resolution Imaging Spectroradiometer (EOS/MODIS) information, and correlation and composite analyses. The results show: (1) Areas with high temperature are primarily located in the center of the city or nearby counties, while low temperature areas are in the suburbs of counties. The area with high temperature has expanded in recent years and some high-temperature centers have even migrated to certain other regions. (2) The UHI intensity tends to be stronger both in annual and seasonal variations, especially in winter. Also, LST is somewhat positively related to mean air temperature. (3) A negative correlation exists between the changes of LST and NDVI with the increase of vegetation from urban to rural areas in different seasons. (4) The UHI intensity is negatively correlated with precipitation while positively correlated with wind speed, and the relation between the UHI intensity and evaporation varies with the seasons, namely, the intensity is positively correlated with summer evaporation but negatively correlated with winter evaporation. (5) UHI intensity might be enhanced by intensified urbanization, wherein built-up areas expand, there is increased heat from human activity, and there is more artificial heat input to the atmosphere.     

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。     

快速城镇化背景下长三角城镇建设用地群态化特征及演变模式

城市群作为国家新型城镇化的主体形态,表征其空间结构和组织演变的城镇建设用地具有明显“群态化”特征。借鉴群落生态学理论,利用城镇用地开发速率指数、景观指数、核密度估计等方法,对长三角城市群1978—2017年城镇建设用地的规模分布、形态变化和集聚状态进行探讨,提炼出快速城镇化背景下城镇建设用地的群态化演变模式。研究结果显示：① 随着长三角城镇建设用地的不断增长,城镇建设用地规模表现出从低级向高级逐渐跃迁的层级变动特征和明显的区域分异,汇合成群态化发展的“量”的物质基础。② 在空间发展上,城镇建设用地斑块趋于紧密、均衡,其形态变化由分散、无序逐渐变为集中和规整;在空间集聚上,城镇建设用地热点区向大城市集聚,逐渐打破城市行政界线,呈组团式发展态势,催生出群态化演变的“质”的提升。③ 在40年的快速城镇化过程中,长三角城镇建设用地经历了独立发育模式、优先生长模式、组团嵌套模式和圈层共生模式,最终形成“群内有群、多重嵌套”的群态化模式。本文通过分析城镇建设用地群态化的演变过程,重新解读城市群作为城镇化的主体形态这一现实规律,为推进新型城镇化进程和促进城市群高质量一体化发展提供相关的理论基础。     

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。     

The Heat Island Effect Response to the Urban Landscape Pattern of Haikou based on the “Source-Sink” Theory

The Landsat images of the 2000, 2005, 2010, 2015, 2018 are selected as the data source to retrieve land cover and surface temperature data. The contribution of Sink-Source landscape pattern to the heat island and its ecological effects on urban and rural gradient were analyzed by using Heat Index (HI), Sink and Source Landscape Contribution (CI_sink, CI_source) and Landscape Effect Index (LI) in Haikou. The results show that the heat island is concentrated on the West Coast, and in the central urban and Jiangdong New Area; the HI shows a pattern of decreasing value with the following land types: “Bare land>Artificial surface﹥Source landscape>Shrub grassland>Farmland>Sink landscape>Woodland>Water body”. In the central city section, the CI_sink and CI_source are relatively large in these five periods. The LI decreases rapidly along the urban-rural gradient, promoting the Urban Heat Island (UHI) to a large degree. In contrast, the suburban area contributes to a lesser degree. Overall, the LI fluctuates, the proportion of mitigating UHI is large, and there is a second peak outside the city center. The existing Source-Sink Landscape contributes the most to UHI in the central urban area, and this contribution decreases along the urban-rural gradient. With the continuous expansion of city-town areas, the proportion of Sink areas has increased along the gradient, and the proportion of Source areas has subsequently declined, resulting in the spatial transfer and diffusion of UHI. Therefore, a UHI mitigation strategy based on the theory of regional landscape systems is proposed here.     

长江三角洲气温变化特征及城市化影响

基于长江三角洲国家基本/基准站历史气象资料和区域人口资料,分析了1959~2005年和1981~2005年期间长江三角洲气温的年和季节变化特征,气温变化在大城市、中等城市和小城镇站之间的差异,以及城市化效应对气温的增温率和增温贡献率。结果表明,过去47年和25年期间,长江三角洲年均气温、年均最高和最低气温都显著增加,增温率都是冬季和春季较高,夏季最低。大城市站增温率明显高于小城镇和中等城市站,城市化效应对大城市气温基本上都是增温作用,其中对平均最低气温的增温率及贡献率最大,对平均最高气温都最小。长江三角洲气温变化趋势和增温率、城市化效应的增温率及增温贡献率与其他地区具有较好的一致性。     

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。     

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.     

南京大都市区建设用地扩张特征与机理

作为全球城市化最快的地区之一,中国建设用地的扩张引起了广泛的关注。以长三角北翼中心城市南京为例,利用遥感、土地利用调查等数据研究大都市区建设用地扩张的过程、格局与机理。研究表明,1985-2007年南京市在工业化、城市化和国际化的推动下经济快速增长,引致了建设用地的扩张,年均增长率为3.14%。2001年后随着城市发展模式由单中心向多中心转换,建设用地呈加速扩展趋势。南京市建设用地扩展具有明显的沿长江和南北交通走廊轴向发展的特征。开发区和新城建设是南京市建设用地扩张的主要方式。区、县尺度的回归分析表明,人口增加、全球化是城镇工矿用地扩张的重要推手;经济的服务业化有利于土地集约利用,减少对用地的需求,这种影响在城区更大;在分权化竞争中,都市区政府具有更强的控制力。     

南京市热岛效应变化时空特征及其与土地利用变化的关系

利用遥感数据和气象统计数据分析自1985年以来南京市热岛效应变化的时空特征及其与土地利用变化的关系。结果表明:自1985年以来,南京市热岛效应强度和范围在增长。南京市的年均温逐年上升,与郊区六合县的温差呈上升趋势;南京市建成区内4级热岛效应面积增加了107.88km²。热岛效应增长在空间上存在差异,大厂>雨花台>市辖区>栖霞>浦口>江宁。南京市土地利用变化的结果使得热岛效应空间分布更广泛,城镇居民点及工矿用地利用强度变化最大的地方即城市热岛效应增加最多的地方,两者在空间上具有很好的吻合;而和城镇居民点及工矿用地的扩展规模没有很好的空间相关性。     

长三角地区多尺度城市网络空间演化及互馈效应研究

基于2003—2018年长三角地区跨国、跨区以及区内企业异地投资数据,融合社会网络分析、面板向量自回归模型和地理加权回归模型等方法,探究长三角地区多尺度城市网络空间演化及其动态互馈效应。结果表明：① 全球、全国和区域尺度城市网络分别处于初步发展、稳步发展和完善发展阶段,各尺度网络均呈现出区域化倾向,以沪宁合杭甬发展廊道为支撑的网络空间结构正在形成。② 城市的全球与全国功能联系之间存在相互促进的关系;城市的区域功能联系提升能够促使其融入全球和全国尺度城市网络,反之,城市的全球与全国功能联系提升却未能促进其进一步融入长三角内部城市网络,融入全球尺度城市网络甚至对城市的区域功能联系产生显著的抑制作用。此外,多尺度城市网络互馈效应具有明显的空间异质性,并与区域经济发展格局相耦合。     

“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。