济南市南部山区热力景观空间格局

将分形几何学基本理论引入热力景观空间格局分析,借鉴景观生态学研究方法,使用包括济南市南部山区的2013-05-21的landsat-8数据和同时间段MODIS数据,利用劈窗法反演地表温度。在反演地表温度的基础上,采用均值-标准差法,将反演地表温度分为高温、次高温、中温、次低温及低温5个等级,分别对应热力景观的5个景观类型。采用景观生态学中破碎度、分维数、多样性、均匀度和优势度等评价指标。结果表明:济南市南部山区高温区、次高温区、中温区、次低温区及低温区占南部山区面积分别为12.07%、14.64%、36.47%、15.12%、21.70%,各热力景观指数存在明显差异,表明南部山区在热力空间分布上的差异性。     

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.     

基于遥感影像的哈尔滨市城市热环境变化

以Landsat TM/ETM+为基本数据源,利用遥感和GIS技术定量反演了哈尔滨市1989和2000年的地面亮温和植被指数(NDVI),对标准化地面亮温分级数据进行热力景观指数计算,研究城市热场分布的空间格局、时空变化规律和不同植被指数(NDVI)等级下热环境的变化特征.结果表明:1989和2000年哈尔滨市建成区均存在显著的热岛效应,2000年建成区热岛效应增强,哈尔滨市总体地面亮温升高;热力景观日趋破碎,各景观类型受干扰程度较大,处于很不稳定的状态.NDVI与地面亮温的负相关性随着植被覆盖度的升高而增大;植被覆盖度与地面亮温的空间变异呈负相关.     

天山野果林区滑坡景观时空演变及生态风险预测

以天山大小莫合流域野果林区为例,探究其景观格局的时空演变特征及揭示滑坡对野果林区造成的生态风险具有重要意义。以Corona和Spot-5等高分辨率遥感影像为数据源,通过RS技术解译1964、1980、2000、2017年空间数据,利用Fragstats 4.0软件计算景观特征指数,并探讨了滑坡景观格局时空变化特征与演化的驱动因素,从而进行景观生态风险预测。结果表明:(1)1964—2017年野果林面积持续减少了3942.15 hm~2,主要向草地、耕地转移面积为主,滑坡区面积增加了203.48 hm~2,其主要转入景观类型为野果林、草地。(2)野果林区各景观破碎程度加剧,景观边界形状总体上趋于复杂。不同景观斑块面积呈现不均匀状态,景观的空间异质性增强。(3)滑坡景观类型变化受自然因素和人文因素共同影响作用。人口增加和人为干扰度是主要的人文驱动因子,气温、坡度、坡向和降水是主要的自然驱动因子。(4)2017年景观生态风险以高风险等级和较高生态风险等级为主,此阶段,野果林区生态系统稳定性低,其生态环境脆弱;2034年滑坡景观生态风险有减弱趋势,野果林区生态系统趋于稳定,但滑坡等自然灾害仍不容忽视。     

天山北坡城市群季节性地表温度与景观格局空间关系分析

探究景观格局与干旱区地表温度（LST）的空间关系,对于促进干旱区生态环境稳定发展具有重要的意义。基于Google Earth Engine(GEE)解析天山北坡城市群2003—2020年昼夜及季节性（白天）LST时空分布特征,使用Mann-Kendall非参数检验、Sen’s斜率并结合Hurst指数探究天山北坡城市群LST变化趋势并预测未来发展方向,运用标准差椭圆与重心迁移模型分析LST空间迁移特征,采用双变量空间自相关与多尺度地理加权回归（MGWR）模型分析LST与景观格局的空间关系。结果表明：2003—2020年天山北坡城市平均LST白天23℃,夜间-0.5℃,昼夜温差大,温度的季节性变化特征显著。LST未来变化趋势表明,夜间温度上升速度将高于白天上升速度,即冷岛强度白天高于夜间的现象将有所缓解。代表建设用地和植被的中温和低温,其温度重心在乌鲁木齐市。斑块密度（PD）、边缘密度（ED）和平均形状指数（SHAPE＿MN）与LST呈空间负相关关系,而最大斑块指数（LPI）、平均斑块面积（AREA＿MN）、聚集度指数(AI)和景观类型比例（PLAND）与LST呈空间正相关关系,表明斑块聚...     

福建省城市土地集约利用研究

为明晰福建省近10年城市土地集约利用状况和时空分异特征,在构建福建省城市土地集约利用评价体系的基础上,运用熵值法对福建省9个设区市市辖区2008～2017年城市土地集约利用状况进行综合评价分析,并引入变异系数揭示其时空变化特征。结果表明:福建省城市土地集约利用水平整体不高,10年间全省整体城市土地集约利用程度变化不明显;福建省城市土地集约类型存在着明显的等级差异,空间差异随着时间的推移略呈扩大的趋势;在空间分布上,东南部沿海地区城市土地集约利用程度明显高于西北部非沿海地区。     

长三角快速城市化地区景观多功能性演变——以苏州市为例

评估快速城市化地区的景观多功能性演变特征对于理解城乡发展转型下的资源配置与优化、制定合理的区域土地管理与规划政策至关重要。论文以长三角经济区中城市化进程最为突出的代表性城市——苏州市为研究区,选取居住承载、粮食供给、生境维持、水源涵养、气候调节与土壤保持6种景观功能指标,通过空间分析、SOFM网络模型等方法,基于1 km景观单元对区域景观多功能性的热点演变规律、权衡协同演化关系等进行分析。研究表明：① 受城市扩张影响,2000—2015年间苏州市景观多功能以居住承载功能的扩散态势为主,其他景观功能均呈现差异化缩减趋势,其中粮食供给与生境维持的功能弱化最为显著,且3种调节功能的空间分布特征存在一致性。② 随时间推移,苏州市景观多功能性逐渐增强,其高值区(>2)范围集中分布在林草地与耕地景观。在社会经济发展影响下,区域景观多功能性时空演变特征由强到弱并逐渐趋于稳定,演变热点区主要分布在乡村地区与城乡结合部,冷点区则以生态空间集聚为主。③ 景观多功能之间权衡与协同关系在研究期内的特征规律并未因时间序列演进表现出差异性,但权衡与协同程度存在波动性变化趋势。结合多功能权衡特征与多功能性热点变化规律,可在景观单元与乡镇行政单元上将苏州市划分出8类主导景观功能与4类城乡发展分区。整体而言,长三角快速城市化地区的景观多功能性优势呈“城市→近郊区→远郊区→乡村”的圈层式空间迁移过程,但多功能性映射出的土地利用多样化势必会导致更多的土地利用冲突问题,决策者应在多尺度时空耦合视角综合考虑景观管理或土地利用政策的设计与实施。     

景观演化特征指数及其应用

随着中国城市化建设的快速推进,城市蔓延式增长和生态空间持续性萎缩成为普遍的现象,以地表硬化为主要特征的城市景观格局变化得到广泛关注,而景观扩张指数(Landscape Expansion Index, LEI)是测度这一现象的重要工具。但在新型城镇化背景下,由于大城市空间结构调整优化以及城市绿化率的提高,硬化地景观的收缩与消亡已成为城市景观演变的另一重要形式,因此亟需新的有效手段来刻画城市发展的新特征。在此背景下,本文在LEI指数的基础上,提出景观演化特征指数(Landscape Evolution Characteristic Index, LECI),尝试综合描述城镇化过程中硬化地景观斑块扩张与收缩的动态特征;并基于邻域特征计算的景观演化特征指数,包括景观演化模式识别指数(Landscape Evolution Pattern Index, LEPI)和景观演化规模指数(Landscape Evolution Area Index, LEAI),协同分析两个或多个时相景观格局演变过程中的斑块新生与消亡。本文将LECI指数应用于武汉都市发展区1990-2010年期间的城市硬化地景观演变过程中,与基于最小包围盒的景观扩张指数(LEI)对比分析,结果表明：①LEPI能准确识别不同规模和形状斑块的空间扩张模式,LEAI能够较好反映斑块扩张强度并表征景观扩张方向;②LEPI能有效识别城市景观演变中消亡斑块的湮灭模式,研究区内硬化地景观消亡现象明显加剧,可能与政府加强城市内部改造及绿化建设有关;③LECI指数变化分析发现,武汉都市发展区研究期内的城市景观扩张强度有所放缓,飞地式和边缘式空间增长构成斑块演变的主体,城市硬化地景观扩张模式在空间上呈现明显的梯度分异规律,随距主城区的远近呈现填充式/包围式、边缘式/邻接式到飞地式/孤立式的演替。     

伊犁河谷2001-2014年地表温度时空分异特征

地表温度是地表能量平衡、区域和全球尺度地表物理过程的一个重要因子。为了辨析中国西北干旱区“天山湿岛”——伊犁河谷的地表温度时空分异,采用趋势分析法和空间数据统计法,探讨了2001-2014年不同土地利用/覆盖类型下地表温度时空变化规律,分析地表温度的时空分异特征及原因。结果表明：（1） MODIS LST产品的精度（平均R²=0.90）能够满足伊犁河谷地表温度时空变化分析的要求;（2）空间上,地表温度呈现出中部高四周低的变化趋势,高温区面积约占总面积的41%,低温区面积约占总面积的23%;时间上,伊犁河谷平均地表温度的年际波动较大,以2013年、2006年、2007年和2008年尤为突出;地表温度的年内变化呈现出单峰型分布,地表温度高值集中在3-8月,最高值出现在7月;（3）不同土地利用/覆盖类型下年均地表温度分布的总体特征为建设用地最高,稀疏草地、旱地等次之,冰川/积雪最低;（4）伊犁河谷地表温度变化趋势呈严重减少、基本不变和轻微增加区域面积分别占5%、37%和26%,以基本不变和轻微增加为主。伊犁河谷地表温度时空变化不仅受大尺度气候变化影响,还受土地类型差异影响,两者共同构成了不同地理区域及景观的温场格局,绿色植被对地表温度时空分布具有重要的调节作用。     

郑州市城市住宅用地扩展格局与利用强度时空差异研究

城镇化的快速发展带来城市各类土地用地规模、空间格局与利用强度的改变。论文基于互联网爬虫技术获取郑州市城市住宅小区时空数据,以住宅小区面积与容积率为指标,通过标准差椭圆、核密度分析以及局部空间自相关等方法,分析郑州市城市住宅用地扩展的时空特征与集聚变化情况。结果表明：① 随着主导因素的转变,1985—2019年郑州市住宅用地面积增加趋势明显,但2017年之后呈现下降趋势;住宅用地容积率由缓慢增长趋势逐渐转变为快速增长趋势。② 受常住人口总量迁移规律影响,在研究期内郑州市住宅用地重心由西南向东北移动,但仍主要分布在市内五区交界处;受经济重心的斜“N”变化趋势影响,其东西向迁移速度大于南北向迁移速度。③ 随着住宅用地数量的快速增加,城市住宅用地空间溢出效应更加显著,由分散向集聚演变,空间分异程度由局部突出转变为区域平衡为主。④ 街道尺度下住宅用地容积率出现明显的空间自相关性,经济发展区、城市规划商业中心区成为容积率高—高集聚区,而生态涵养区成为容积率低—低集聚区。     

Examining the distribution and dynamics of impervious surface in different function zones in Beijing

Impervious surface (IS) is often recognized as the indicator of urban environmental changes. Numerous research efforts have been devoted to studying its spatio-temporal dynamics and ecological effects, especially for the IS in Beijing metropolitan region. However, most previous studies primarily considered the Beijing metropolitan region as a whole without considering the differences and heterogeneity among the function zones. In this study, the subpixel impervious surface results in Beijing within a time series (1991, 2001, 2005, 2011 and 2015) were extracted by means of the classification and regression tree (CART) model combined with change detection models. Then based on the method of standard deviation ellipse, Lorenz curve, contribution index (CI) and landscape metrics, the spatio-temporal dynamics and variations of IS (1991, 2001, 2011 and 2015) in different function zones and districts were analyzed. It is found that the total area of impervious surface in Beijing increased dramatically during the study period, increasing about 144.18%. The deflection angle of major axis of standard deviation ellipse decreased from 47.15° to 38.82°, indicating the major development axis in Beijing gradually moved from northeast-southwest to north-south. Moreover, the heterogeneity of impervious surface’s distribution among 16 districts weakened gradually, but the CI values and landscape metrics in four function zones differed greatly. The urban function extended zone (UFEZ), the main source of the growth of IS in Beijing, had the highest CI values. Its lowest CI value was 1.79 that is still much higher than the highest CI value in other function zones. The core function zone (CFZ), the traditional aggregation zone of impervious surface, had the highest contagion index (CONTAG) values, but it contributed less than UFEZ due to its small area. The CI value of the new urban developed zone (NUDZ) increased rapidly, and it increased from negative to positive and multiplied, becoming an important contributor to the rise of urban impervious surface. However, the ecological conservation zone (ECZ) had a constant negative contribution all the time, and its CI value decreased gradually. Moreover, the landscape metrics and centroids of impervious surface in different density classes differed greatly. The high-density impervious surface had a more compact configuration and a greater impact on the eco-environment.     

城市热岛斑块遥感识别及空间扩张路径研究——以北京市为例

研究利用MODIS地表温度数据产品,引入概率阈值算法提升城市热岛斑块空间识别精度。在此基础上,构建城市热岛扩张指数将城市热岛斑块时空变化过程分解为飞地型、边缘型、填充型扩张模式和缩减型模式。基于土地利用变化过程,开展城市热岛斑块空间扩张模式的路径分析,准确识别城市热岛斑块空间扩张路径的来源和归趋。研究表明：2020年北京市夏季昼夜城市热岛斑块总面积分别为3932 km²和2 266 km²,占北京市总面积比例23.96%和13.81%。2005―2020年夏季昼夜城市热岛斑块面积比例分别增加43.40%和24.44%。增长型城市热岛斑块面积大于缩减型城市热岛斑块面积。边缘型扩张模式是增长型城市热岛斑块最主要的模式。耕地、城市建设用地、农村居民点是增长型城市热岛斑块主要的空间扩张路径。研究结果为揭示城市热环境形成过程和精细化管理提供理论依据和数据支撑。     

城市土地利用/覆盖变化与热环境生态调控研究进展与展望

城市土地利用/覆盖变化(LUCC)与热环境生态调控是城市生态学和城市气候适应性关注的热点问题。在提出城市LUCC/空间结构与生态服务热调节功能连接的重要性的基础上,综述了城市土地利用变化、城市绿色基础设施在热岛减缓和气候适应性发挥的作用,评述了观测实验、定量遥感和过程模型方面以及热调控的进展情况。基于此认为,局地或区域尺度城市高精度结构组分高精度遥感探测方法、城市高精度下垫面多尺度(功能区/覆盖组分/构造或材质等)对局地气温和辐射能量平衡影响机理和定量贡献识别、城市生态系统热调节功能的城市地表结构组分调控阈值确定、以及区域或全球尺度城市土地利用/覆盖变化影响的生物地球物理机制定量化认知等,是未来重要的发展方向。     

2000–2015年京津走廊耕地和建设用地变化监测研究（英文）

Rapid peri-urbanization has become a new challenge for sustainable urban-rural development worldwide. To clarify how unprecedented urban sprawl at the metropolitan fringe impacts urban-rural landscape, this study took the Beijing-Tianjin corridor of Beijing-Tianjin-Hebei metropolitan area, one of the largest urban clusters in China, as a typical example. By using Landsat-based landscape metrics and a practical methodology, we investigated the landscape changes and discussed the potential reasons in the context of rapid peri-urbanization of China. Specifically, multi-temporal land use maps derived from Landsat images were used to calculate landscape metrics and analyze their characteristics along the urban-rural gradients. The practical methodology was used to monitor spatio-temporal characteristics of landscape change in large metropolitan areas. The results showed that landscape patterns in the area had changed greatly from 2000 to 2015 with characteristics of construction land sprawl and arable land shrinkage. The intensity and scale of landscape changes varied along the urban-rural gradients. Sampled plots in urbanized areas and rural areas demonstrated distinguishable landscape patterns and significant differences. Urban areas had more heterogeneous and fragmented landscapes than rural areas. Peri-urban areas in general experienced higher levels of land diversification than rural areas. Rural residential land appeared to be more aggregated near Beijing and Tianjin cities. Besides, our findings also indicated that urban expansion was largely responsible for landscape patterns.The findings of this study potentially provide strategical insights into landscape planning around mega cities and sustainable coordinated urban-rural development.     

北京市不同功能区不透水地表时空变化差异

目前有关北京市不透水地表的相关研究多数是从整体层面开展,忽略了其内部功能区的作用及差异。运用分类回归树（CART）及系列变化检测模型得到北京市1991年、2001年、2011年和2015年四期不透水地表分布,并运用标准差椭圆、洛伦兹曲线、贡献指数及景观格局理论对各功能区不透水地表的时空变化进行分析。结果显示：1991-2015年北京市不透水地表的总面积增加了约144.18%,分布的主导方向由早期的东北—西南趋向于当前的正北—正南。各功能区间不透水地表的空间分布异质性逐渐减弱,但贡献指数值存在很大差异：功能拓展区的贡献指数最高,其四年中的最低值（1.79）高于其他功能区四年最高值,是北京市不透水地表增长最主要的贡献区;功能核心区的蔓延度指数值最高,约为其他功能区的2倍,为不透水地表的优势聚集区;发展新区的贡献值由负值变为正值并成倍增长,成为北京市不透水地表增长的主要源区;生态涵养发展区的贡献指数始终为负,并逐年减小。不同类型不透水地表的景观指数和质心偏移均存在差异,高盖度不透水地表的形状指数和斑块密度值最小,分布最为集中,对生态环境影响较大,北京市在未来发展过程中应合理规划控制其空间格局及增长模式,尽量减缓其增长速度及团聚程度。     

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。     

地理单元划分对城市热环境响应规律的影响——以北京为例

尺度效应及空间异质性决定了同一种影响因子在不同地理单元中对生态过程的作用程度存在差异。论文选择城市热环境效应这一典型城市生态过程为研究对象,针对地理单元划分对热环境效应响应规律研究较少的现状,选择土地利用分类、网格、街区、局地气候区4种地理单元,选取常用景观组分指标——归一化差值植被指数(normalized difference vegetation index, NDVI)、不透水面比例(impervious surface area, ISA)和改进的归一化差值水体指数(modified normalized difference water index, MNDWI)为热环境影响因子,探究不同地理单元中城市热环境对景观组分响应规律的差异。以POI数据重新定义的北京市城区为研究区,结果表明：① 单因子与地表温度Pearson相关性分析得出街区和网格作为划分单元,各影响因子与地表温度相关性较高;② 利用多因子回归方法更适合于地表温度空间分异的解释,植被和不透水面比例因子的组合在4 km网格单元,植被、水体组合及植被、水体、不透水面比例的因子组合在局地气候区单元对地表温度空间分异的解释力度最强。论文为北方大城市热岛影响因素选择提供依据,充实了不同尺度热环境效应响应规律的案例研究,并为城市生态环境效应选择适当研究单元提供依据。     

北京城市热岛环境时空变化规律研究

借助北京地区1997年、2004年的Landsat TM热红外图像,在RS和GIS技术的支持下,利用大 气探空数据对图像进行大气校正,采用单窗算法反演得到北京市区和周围地区的地表温度分 布图,地面验证表明单窗算法反演地表温度具有较高的精度.研究发现,北京市存在明显的 城市热岛效应;不同下垫面所对应的地表温度有明显差异,总体上城区地面温度明显高于郊 区,水体温度最低;随着城市规模的扩张,北京市的城市热岛效应有逐年增强的趋势,且人为因素对城市热岛的贡献逐渐加大.     

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。     

高温热浪暴露风险评价——以内蒙古包头市为例

高温热浪事件作为气候变暖带来的严重后果之一,其对社会经济和人群健康影响较大,已成为政府及学术界共同关注的焦点。以包头市为例,采用2001-2014 年气象和遥感数据,通过人口高温暴露风险评价模型,分析包头市高温热浪时空分布特征,并进行人口高温暴露风险评价。结果显示：（1）包头市高温热浪出现在2001、2005、2010 年和2011 年,尤其2010 年出现连续8 d 以上的高温热浪,极端最高温达到40.1 ℃,2005 年出现最高温40.4 ℃,2003、2004 年和2009 年温度较低,高温区分布在工业、住宅和商业区,林地、耕地、园地、公园及广场绿地和水域等地温度普遍较低。（2）人口高温暴露极高和高风险区处于东河区,中等风险区主要分布于昆都仑区和青山区住宅和商服用地,低风险区分布在青山、昆都仑和九原区工业和人口分布相对较少区,无风险区分布在城市绿地覆盖和水域等区域,低、中等风险区面积有所增长,高风险区逐渐转成中等风险区,极高风险区影响不大。