基于遥感指数的南京市城市热岛时空演变分析

以南京市为研究区域,基于Landsat系列影像,采用单窗算法反演南京市2000—2017年的地表温度.通过地表温度均值标准差法划分城市热岛等级,分析南京市城市热岛时空演变特征,并基于归一化植被指数(NDVI)和归一化建筑指数(NDBI),分析南京市城市热岛和植被覆盖及不透水面的关系.研究结果表明,南京市2000—2017年城市热岛现象明显且有逐渐增长趋势;南京市城市热岛与植被覆盖、城市不透水面表现出较强的空间一致性;南京市城市热岛与植被覆盖和不透水面分别呈现负相关和正相关关系.研究为南京市城市环境管理与城市合理规划提供了一定的理论依据与参考.     

居住区典型地物热环境的日变化及其相互影响分析

居住区热环境状况是影响局地微气候变化的重要因素,研究居住区地物的热环境特征,对于了解和改善微气候具有重要意义。为了更好地揭示居住区热环境特征,本研究使用热红外成像仪对北京市某校园居住区进行观测,获取了夏季不同天气状况下（晴天、阴天、多云）的24 h热红外影像数据。依据各天气数据和地物属性,系统分析了各地物日变化规律,并通过垂线法判定邻近地物的温度边界范围,进而揭示出地物间温度交互特征。结果如下：① 太阳辐射是影响地物白天温度变化的主要因素,与地物温度呈正相关性;在多云天气下,地物的最高温度滞后至16:00出现,且地物温度曲线呈现连续的“锯齿状”升降趋势,云层的大量运动是导致多云天气下的地物温度波动变化的关键因素;沥青道路在夜间的温度均高于其他地物,并且夜间持续放热,提生周围环境温度;阴影能够有效减少地物吸收的太阳辐射量,降低地物表面温度;植被的冠层厚度与地物温度呈负相关性,因此增加居住区内绿植的冠层厚度,增大区域阴影面积有助于改善局地微气候;② 树木和裸土在06:00和14:00的温度交互作用强烈,表明在地物交界处,全天持续发生显著的热量交换;而夜间至凌晨,草坪与人行道持续进行热量交换,帮助降低路面温度,缓解周围高温状况。     

武汉市夏季城市热岛与不透水面增温强度时空分布

城市化的不断发展使自然地表不断被不透水面所取代,城市地表温度高于乡村,形成了显著的热岛效应。城市热岛给城市生态发展与人类健康带来了严重的负面影响,对其空间模式与背后形成机制的研究意义重大。本文以武汉市为例,基于2001、2007和2016年夏季Landsat系列影像使用辐射传导方程法反演了城市地表温度,并采用MOD11A1数据进行了验证;同时,计算了不同时期的城市温度等级和热岛比例指数,分析了城市热岛的时空变化。此外,为了探究热岛效应形成的主要原因,即不透水面与热环境的关系,全局角度使用多元线性回归分析对比了其增温效果与植被水体降温效果的强弱,空间局部角度采用地理加权回归结合地形数据得到了其增温强度的时空变化。结果表明：① 辐射传导方程法适用于实验中研究区的反演;武汉市城市热岛比例指数先增后减,但温度等级高的地区仍在不断扩张;② 多元线性回归可以准确地反映不同地表覆盖对地表温度的影响,R^2值为0.910,总体上武汉市不透水面的增温效果强于植被的降温效果,并弱于水体的降温效果; ③ 2001-2016年不透水面增温强度较高区域的分布呈现“单中心”到“多中心”的变化趋势,由单一集中于中心城区变为了分散集中于三环线附近的汉阳沌口工业区、青山工业区、阳逻开发区和东西湖区等地区。综上所述,武汉市夏季热环境问题仍然较为严重,城市外部地区的不透水面增温强度正在逐渐增大,规划治理应当给予这些地区更多的关注。     

基于Landsat 8的成都市城市热岛时空格局变化研究

现有基于Landsat 8的城市热岛研究课题对城市热岛格局变化研究较少,且驱动因素分析匮乏。本文针对上述问题以成都市为例开展研究。基于2013年和2018年两期Landsat 8影像采用RTE算法、JM_SC10算法和TIRS10_SC算法进行热场分布的空间特征分析,并结合植被、建筑及人口等数据探讨驱动城市热岛时空格局变化的因素。研究表明:①3种反演算法获取的城市热岛效应结果具有一致性;②2018年较2013年热场分布呈现扩大化、多极化、空心化的趋势,尤其在双流区、龙泉驿区等近年重点发展区域出现新的热岛极值区;③植被和水体指数与地表温度成负相关,建筑、人口指数与地表温度成正相关;④除自然地理因素外,城市热岛时空格局变化受人口分布、政策和政府行为因素及社会经济因素驱动性明显。     

多种激光扫描系统在数字城市中综合应用研究探索

该文以多种类型的激光扫描系统为研究对象,综合利用激光扫描系统在不同尺度下获取的数据,展示城市各个方面的部件特征,探索出基于四层结构（地形数据层、街区数据层、室内数据层和实体数据层）的数字城市三维建模解决方案,为多种激光扫描系统在数字城市综合应用提供研究方向。     

株洲市城市热岛与土地利用/覆盖时空演变研究

以株洲市为研究区,选取两期Landsat TM/ETM＋影像,利用IDL分别反演出地表亮度温度;选择训练区域,利用ENVI的最大似然算法对两期株洲市影像进行土地利用/覆盖分类,以此作为基础分析了株洲市城市热岛范围、强度变化,以及土地利用类型/覆盖（LUCC）变化。结果显示,1999-2006年间,随着株洲市城市不断的扩展,城市热岛范围和热岛强度都有加强趋势;城市土地利用/覆盖的变化,引起了地表亮温的时空演变。研究表明,水体和植被具有良好的降温作用,而城镇建设用地和裸地则是城市热岛效应的主导因素。     

基于局地气候分区的济南市热环境空间分异及其 影响因素

城市地表覆被及空间结构不同,导致热岛效应不同,城市热环境存在空间差异。局地气候分区（LCZ）在城市热岛研究方面得到了广泛应用。合理划分LCZ、科学制定LCZ分类标准,是基于LCZ研究城市热岛的关键技术问题。本文基于济南市城市路网、DEM和建筑大数据划分LCZ,利用Landsat 8遥感影像反演地表温度,采用克里金法进行气温空间插值,以地表温度和气温综合表达城市热环境。在此基础上,采用方差分析方法研究了城市热环境的空间分异特征和LCZ类内热环境差异,采用相关分析方法研究了城市热环境的影响因素。结果表明：① 济南市地表温度和4:00、8:00、14:00的气温空间分布格局差异明显,存在较高温度异常值的LCZ数量分别占全市LCZ总数的0.25%、1.60%、4.05%和3.96%。建筑密集区域地表温度较高,同时包含分散的较高气温区,呈现热岛效应;② 不同类型LCZ的地表温度和不同时刻气温平均值存在明显差异。高层低密度、高层中密度、中层低密度等类型存在较高气温异常值的数量分别占较高异常值总数的47.37%和33.33%、9.65%,类内热岛效应明显;③ LCZ类型不同,类内热岛效应存在差异。低层低密度、中层低密度、高层低密度和高层中密度等类型所处位置高程不同,其方差分析的P值均小于0.05,热岛效应存在显著差异;④ LCZ所处位置高程不同,建筑空间分布指标对城市热环境的影响各异。总体而言,地表温度与建筑平均高度呈负相关,且达到了0.05以上的显著性水平,而气温与之呈正相关,且达到了0.001的显著性水平;城市热环境与建筑基底面积及建筑体积的平均值和标准差、建筑密度、容积率等指标的正相关性达到了0.001的显著性水平,这些指标对城市热环境的正向影响作用明显。     

2005-2016年北京中心城区热岛时空格局及影响因子多元建模

城市热岛效应作为城市范围的一种典型气候特征,在近年来受到了广泛的关注。了解城市热岛时空演变及形成原因对缓解城市热环境和提高人居舒适性有着重要意义。以北京市中心城区为例,首先,基于Landsat卫星2005、2010、2016年的热红外影像数据反演得到地表温度,采用均值标准差方法对地表温度进行划分得到多等级的热岛强度,分析城市热岛的空间格局和随时间的演变规律;其次,提取不透水层、植被、裸土和水体4种典型地物类型,统计不同年份下各热岛强度之间的转移信息并计算相关的热力景观格局指数;接着,依据离市中心的距离将中心城区分为30级缓冲区,统计分析每一级缓冲区内各地物类型的面积比例与热岛强度信息。最后,以各地物类型的统计数据,结合离市中心的距离,建立各影响因子与热岛强度之间的多元关系模型,综合分析地物类型和市中心的距离变化对城市热岛的影响。结果表明：北京中心城区整体热岛强度呈逐年增长的趋势,高等级热岛强度的热力斑块面积逐步扩张,热力景观类型的多样性随时间推移呈下降态势。不透水层对热岛强度的影响较大,具体表现为不透水层盖度越高,热岛强度越大;热岛强度随离市中心距离的增大逐渐降低。     

成都市热岛效应与城市空间发展关系分析

利用Landsat卫星影像反演成都市中心城区1992、2001和2009年的地表温度,建筑用地和植被等信息,计算其城市热岛比例指数(URI),对成都市中心城区热岛效应与城市空间发展关系进行了分析。结果表明,在1992-2009年期间成都市主城区范围从91.24km2扩展到403.8km2。成都市建成区的大面积扩展导致了城市热岛空间分布发生迁移,从单中心聚集分布转变为多中心环状分布。回归分析说明,建筑用地和植被都是影响地表温度的重要因素,其中建筑用地与地表温度呈指数型正相关关系,而植被与地表温度呈负相关关系。总的看来,成都市中心城区在这17年间的热岛效应有了明显的缓解,城市热岛比例指数从0.72下降到0.33。城市植被覆盖率的增加和合理的规划对缓解城市热岛效应起到了积极的作用。     

城市地表覆盖组分及植被多样性与热环境关联性分析——以贵阳市为例

本文以贵阳市为研究对象,研究了地表覆盖组分及植被多样性对地表温度的影响。首先基于Landsat8 OLI多时相影像数据在GEE平台上实现了研究区域地表覆盖精细分类;然后结合不同季节8天合成的MODIS温度产品数据,利用时空统计分析、相关分析等方法分析了研究区不同地表覆盖类型地表温度时空分布特征,地表温度与不同地表覆盖组分、地表覆盖多样性和植被覆盖多样性的相关性。结果表明：贵阳市建成区主要分布有常绿阔叶林、常绿针叶林等植被,常绿阔叶林在不同季节对地表温度的降温效应明显,而不透水面对地表温度具有明显的增温效应,尤其以夏季最为显著;地表覆盖多样性与地表温度之间具有较强相关性,其中植被覆盖多样性较植被覆盖率对地表温度的影响更为显著,而不透水面的增加会明显降低植被多样性的影响。因此,要发挥城市绿地对城市温度和热岛效应的调节作用,建议可以适当增加常绿阔叶林的绿化面积,同时在空间上要提升植被多样性水平,能够较大程度改善城市热环境。     

基于局地气候分区体系的福州城市热环境研究

局地气候分区体系（LCZ）能够有效建立城市气候与空间形态间的定量关系,揭示城市内部热环境分异特征,是当前备受关注的城市热环境研究方法。本文以我国新晋“火炉城市”福州的主城区为研究区,使用2019年9月22日过空的Landsat-8影像,对基于LCZ的热环境空间分布特征与LCZ类间/类内差异进行分析,并就福州城市热环境的改善提出规划建议。研究表明:① 福州主城区以密集的中、低层连片建筑为主,并呈集聚式分布;② LCZ各类间存在明显的地表温度差异,大型低层建筑（LCZ 8）的温度最高,达41.56 ℃,密集低层建筑（LCZ 3）和工业厂房（LCZ 10）次之,分别为40.90 ℃和40.39 ℃,而茂密树木（LCZ A）和水体（LCZ G）的温度最低,均值为29.94 ℃;③ 根据福州城市发展的时空特征,将主城区分为二环区与三环区进行LCZ类内温度差异的比较分析,可以发现主城区内的主要LCZ建筑类别存在0.5~1.5 ℃的类内差异,造成这一差异的主要成因包括植被、水体等环境要素配置、建筑布局与邻近效应;④ 建筑层高与地表温度呈现显著的负相关关系（r=-0.858, p< 0.001）,并且由于高层建筑对太阳辐射的遮挡,其建筑阴影能够部分降低周边相对低矮建筑的表面温度和区域温度;⑤ 在今后的规划中,低矮连片的高密度居住区是改善城市热环境的重点区域,同时高层建筑虽有一定的降温效果,但对于城市风道的阻挡作用不可忽视,应留出足够的城市通风道。     

北京城市建筑密度分布对热岛效应的影响研究

“热岛效应”是现代城市气候的主要特征之一,本文基于高分辨率遥感影像,通过人工目视解译获取了北京市五环内的不同建筑密度区,进而结合遥感反演获得的地表温度数据,分析了城市建筑密度分布与城市热岛效应及其变化之间的关系。结果表明,北京市五环内的建筑以中密度区为主,高密度区次之,各建筑密度区在不同环线之间的分布也有较大差异。高密度区主要分布在二环以内,中密度和低密度建筑区主要分布在二、三环之间,高层建筑区总体分布较少,主要分布在二、三环和三、四环之间。城市建筑区的地表温度与建筑密度呈现显著正相关关系,城市建筑密度越大,其地表平均温度就越高,北京市高密度区的平均温度达到30.5 ℃,而高层建筑对热岛强度具有一定的缓解作用,北京高层建筑区的平均温度为28.32 ℃,比高密度区低2.18 ℃。从热岛强度变化来看,总体上高密度区、中密度区和低密度区的热岛强度均为增强的趋势,其中高密度区热岛强度增加的幅度最大,热岛强度增加了0.56 ℃,只有高层建筑区的热岛强度表现为减弱趋势,热岛强度降低了0.07 ℃。     

南京市老城区城市建筑点格局研究

城市建筑是城市形态的重要组成部分,而建筑高度对城市三维空间形态有重要的影响。目前,对城市二维形态的研究较为丰富,而对城市三维起伏形态特征及其空间分布格局方面研究较少,对城市上空利用程度及发展规律认识仍相对缺乏。本文以南京市老城区为例,基于城市数字高程模型数据,将城市建筑抽象为三维点要素,运用点格局分析法研究城市建筑三维宏观特征及建筑类型的空间分布规律。结果显示：（1）南京老城区建筑呈集聚分布,聚集性顺序是低层建筑>高层建筑>多层建筑>超高层建筑。除超高层建筑外,低层、多层和高层建筑的聚集程度,随着空间尺度先增后减,均在1.5 km尺度聚集性最大;显示1.5 km的街区单元应是城市规划管理的最适宜单元。（2）南京老城区建筑高度空间分布表现为“三高一低”,即3个高值区（新模范马路、新街口和珠江路区域）和1个低值区（集庆门区域）,它们与不同时期城市中心具有较好的对应关系;不同类型建筑与城市基准地价的相关分析显示,建筑高度的分布与城市基准地价呈现一定相关性。结果表明,点格局分析方法能有效地分析城市建筑在平面及三维的空间格局特征,进一步深化对城市形态特征的认识。     

北京城市人口空间分布特征的GIS分析

城市人口空间分布特征分析是城市化影响下的局地尺度人类-环境(Human-Environment)相互作用研究的一个重要内容.本研究以第五次人口普查数据,采用GIS网格计算方法,模拟北京市2000年人口空间分布,并从宏观、微观、中观3个不同层次分析其空间分布与变异特征.研究表明,从宏观角度分析,各环路间人口密度具有较大的...     

Seasonal Variation in Air Temperature and Relative Humidity on Building Areas and in Green Spaces in Beijing,China

The cooling and humidifying effects of urban parks are an essential component of city ecosystems in terms of regulating microclimates or mitigating urban heat islands(UHIs).Air temperature and relative humidity are two main factors of thermal environmental comfort and have a critical impact on the urban environmental quality of human settlements.We measured the 2-m height air temperature and relative humidity at the Beijing Olympic Park and a nearby building roof for more than 1 year to elucidate seasonal variations in air temperature and relative humidity,as well as to investigate the outdoor thermal comfort.The results showed that the lawn of the park could,on average,reduce the air temperature by(0.80±0.19)℃,and increase the relative humidity by(5.24±2.91)% relative to the values measured at the building roof during daytime.During the nighttime,the lawn of the park reduced the air temperature by(2.64±0.64)℃ and increased the relative humidity by(10.77±5.20)%.The park was cooler and more humid than surrounding building area,especially in night period(more pronounced cooling with 1.84℃).Additionally,the lawn of the park could improve outdoor thermal comfort through its cooling and humidifying effects.The level of thermal comfort in the park was higher than that around the building roof for a total of 11 days annually in which it was above one or more thermal comfort levels(average reduced human comfort index of 0.92)except during the winter.     

融合高度特征的高分遥感影像多尺度城市建筑类型分类

城市区域建筑类型信息在城市功能区识别、城市环境变量反演等应用领域具有重要作用。本文提出一种融合高分辨率遥感影像高度特征的多尺度城市建筑类型分类方法。首先利用语义分割模型识别高分辨影像中建筑和阴影对象;然后借助建筑对象及其阴影信息在卫星成像时的几何关系估算建筑高度;最后基于多尺度图像分析思想,提取一系列表征建筑对象的高度、空间结构、几何等多尺度特征,利用机器学习方法进行建筑类型分类,并进一步分析不同粒度的建筑类型分析单元对分类结果的影响。选取福州市主城区国产高分二号高分辨率影像进行实验验证。结果表明：① 基于所提方法的建筑类型分类总体精度达到82.98%, kappa系数为0.77,分类精度优于本文中未加入高度信息的分类方法和单一尺度分类方法;② 引入高度特征有效提高了中低层居民楼和高层商住两用建筑类型的分类精度,较未加入高度特征的分类结果,总体精度提高了11.28%;③ 融合多个尺度的图像特征可有效减少粘连建筑误分为密集型建筑的情况,较单一尺度分类方法,总体精度提高了2.77%。在精细的数字表面模型数据缺失下,利用高分辨影像阴影信息可为建筑物高度估计提供一种有效的策略,提高城市建筑类型分类精度。此外,融合多粒度图像特征可提升城市区域复杂建筑类型的表征能力,进而提高分类精度。     

地表温度扰动特性及其与建设用地扩张的关系

河口地区是人口密集、经济繁荣的区域之一,同时也是生态环境脆弱区,易受到人类活动带来的负面影响,其中热环境恶化问题尤其突出。本文基于多源遥感影像数据,结合遥感技术和统计学方法,研究城市化进程中闽江河口地区20年来的地表温度变化特性;利用Moran's I指数分析研究区表面温度的空间集聚特性及其产生的尺度效应,并定量分析表面温度与不同景观类型的相关性。结果表明：① 1993-2013年,闽江河口地区建设用地面积大幅增加,经历了由慢至快,而后稳中有升的过程;城市扩张是通过大量大规模的边缘式扩张实现的,东部、西部和南部是扩张的3个主要方向。② 地表温度空间格局变化明显,次高温区和高温区显著增加,次低温区和中温区减少,低温区变化不大;高温区扩散方向与建设用地扩张方向基本一致。③ 地表温度存在明显的扰动现象,表现为靠近主城区剧烈,城郊和郊区相对和缓的特性,同时地表温度空间格局具有显著的空间聚集性。④ 建设用地扩张是地表温度增强的重要原因,林/草地和水域能有效缓解区域高温;耕地并未表现出显著的降温效果,但随着耕地比重的增加,地表温度逐渐趋于稳定。研究结果可为改善城市热环境、促进区域可持续发展提供有益参考。     

顾及人群集聚和情绪强度的城市综合活力评价及影响因素

城市活力的科学定量评估,能够为城市规划和协调发展提供重要依据,针对城市活力容易忽略居民情感的现状,本文选用百度热力图数据与微博情感分析结果,分别衡量人群集聚强度和情绪强度,并结合TOPSIS方法,提出一种顾及人群集聚和情绪强度的综合活力评估框架。从城市物理环境、经济环境和生态环境3个维度,选择8个关键影响因子,结合地理探测器空间分析方法,探讨影响因子对城市活力空间异质性的影响。结果表明：① 融合人群集聚强度和情绪强度的综合活力评估方法,能够较好反映城市活力空间分异格局;通过对典型样本区域分析,验证了本文提出的城市综合活力评价框架的有效性;② 城市POI密度对城市综合活力的解释力最显著,而植被覆盖度因子对城市综合活力的解释力最弱;但是植被覆盖度因子与其他因子的交互作用,对于城市活力空间异质性的影响力提升最为显著,表明植被覆盖度因子并不是直接作用于城市活力的空间异质性,而是通过耦合空间可达性、POI密度以及建筑密度等影响因子,间接影响城市综合活力的空间分异。