基于遥感和GIS的天津城市空间形态变化分析

选用分维数和紧凑度作为城市形态指数,与城市土地利用变化相结合研究城市扩展的过程和特征。以天津市为例,利用遥感提取26年内9个时相的数据进行研究,结果表明,天津市近26年内有2次快速城市扩展,但两阶段的特征不同,后期虽然扩展速率高于前期,但形态指数变化速率却低于前期,反映出后期城市扩展更趋于理性和有序。城市形态指数与土地利用变化指标有很好的互补性,两者结合可以更充分描述城市扩展的特征和过程。     

闽南金三角地区城市扩展及其驱动分析——以漳州市主城区为例

城市空间扩展是衡量城市化进程的重要指标。本文以闽南金三角地区的福建省漳州市主城区作为研究区,选取2000、2006和2013年的Landsat遥感影像,利用IBI建筑指数分别提取了3个年份的建筑用地信息,然后对其变化进行GIS分析。结果表明,13 a间漳州市主城区面积净增13.69 km²,净增面积为2000年的66.9%。主城区主要沿交通主干道往西北方向呈带状和面状扩展。缓冲区分析表明,道路对主城区扩展起到很大的引导和促进作用。综合社会经济数据可知,主城区的城市扩展历程与第二产业的发展密切相关,属工业导向型的城市扩展模式。另外,城市人口的增加也起到了一定的促进作用,不同区位人口增长速率的差异,对城市扩展的方向也产生了一定的引导作用。     

1954-2014年云南省降水变化特征与潜在的旱涝区域响应

本文基于云南省1954-2014年32个气象站点逐月降水量资料,采用线性倾向估计法、径向基函数空间插值法、小波分析法、R/S分析法、Z指数法,分析了61年的云南省降水序列、旱涝情态的时间特征和空间格局。结果表明：在此期间除春季外,其余各季节降水量均呈现减少态势,年降水量总体以8.1 mm/10 a的速率减少,并且在未来一段时间内将保持减少趋势。多年平均降水量由云南省南部的西双版纳州向西北部的丽江市-迪庆州一带逐步减少;年降水量存在准2 a、准6 a、准8 a、准18 a、准28 a的周期性特征,且以准28 a为主周期;干旱化趋势增加速率较快（K_L=0.359）,印证了降水减少态势,洪涝化趋势减小速率相对较慢（K_I= -0.071）;旱灾易发地区主要涉及5个州,分别为迪庆州、德宏州、西双版纳州、红河州、楚雄州;洪涝易发地区涉及3州2市,依次为怒江州、大理州、文山州、普洱市及邵通市。     

近10年黑龙江省气温的时空变异分析

以ArcGIS Analyst为支撑,80个气象站点观测的1997-2006年的旬平均气温为插值变量,利用高程、坡向等影响气温空间分异的局地因素作为协同变量,采用协同克里格(CoKriging)方法,考虑旬平均气温的自相关性以及旬平均气温与高程、坡向空间上的关联性,通过数据的检查、误差拟合、精度评价和模型比较,对黑龙江省旬平均气温进行空间插值,求得全省1km×1km的各旬平均气温表面数据。36旬气温插值结果的均误差、均方根误差、平均标准差、标准化均误差和均方根标准差的平均数分别为0.0024℃、0.774℃、0.682℃、0.0006和1.124。由旬平均气温插值结果叠加计算出月、年平均气温表面数据。利用插值计算结果和气象站点观测的数据,分析旬、月和年平均气温的时空分异特征,得出空间上东南部地区分异较小,其他地区分异较大时间上11-13、12-14、19-21等旬期平均气温有平稳下降趋势,15-17、26-28和27-29等旬期平均气温有平稳升高趋势。7月气温有稍许下降趋势,9月和11月的平均气温稍有上升趋势,5-9月平均气温升高约1℃。年平均气温以2.9℃为均值在2.5~3.3℃之间波动,略有升高但无明显上升趋势。春季之交一些旬期平均气温变化率降低趋稳,夏秋之交一些旬期平均气温变化率升高,实际物候有向后延迟的迹象。研究结果为气温变化监测、农业区划、土地生产潜力计算和千亿斤粮食背景下作物估产等相关研究奠定基础。     

达州市气候变化的特征分析

基于达县测站1961-2007年的地面常规观测资料,主要采用小波分析,结合趋势分析、功率谱分析等方法分析了达州市47年来近地表气温、降水随时间的变化特征.结果表明,达州市近50年来冬季(年平均)地表气温变暖幅度约为0.9℃(0.4℃),增温速率接近0.18℃/10a(0.08℃/10a),低于全球的升温幅度.利用小波分析方法研究冬季气温的周期性发现,达州市的冬季气温存在着明显的8年和50年以上的特征时间尺度和周期性振荡.通过对降水的趋势分析发现,夏季降水的增加幅度比年均显著.小波分析方法结果显示达州市的夏季降水同样存在50年以上的特征时间尺度,但在小尺度上20世纪70年代末前后存在不同的变化特征.     

基于DMSP/OLS夜间灯光影像的中国东部沿海地区城市扩展动态监测

美国国防气象卫星搭载的业务性线性传感器（DMSP/OLS）所获取的夜间灯光影像数据,能够客观地反映人类对城市建成区的开发建设范围与强度,已广泛地应用于城市扩展的动态监测。本文利用不变目标区域法对长时间序列DMSP/OLS夜间灯光影像进行辐射校正,基于校正后的影像对2001-2013年中国东部沿海地区的城市建成区范围进行提取,结果表明：① 建成区面积从2001年的7550 km²,增加到2013年的21 650 km²,共扩展了14 100 km²,虽然建成区面积呈逐年增加的趋势,但其扩展速率则在逐步减缓,城市重心逐渐向南转移;② 在空间上形成了京津唐、长江三角洲和珠江三角洲3城市群,研究发现京津唐的中小城市面临难以获得发展资源的问题,导致了该地区发展的不平衡;③ 综合分析建成区扩展和经济统计数据,结果表明人口和经济是建成区扩展的主要驱动因子,但同时城市快速扩展也给东部沿海地区带来了一定程度的用地浪费问题;④ 由于DMSP/OLS夜间灯光影像受到自身空间分辨率的限制和灯光过饱和的影响,易造成城市建成区边缘细节部分的错提。新一代Suomi NPP/VIIRS夜间灯光影像在空间和光谱分辨率上均有较大提高,在后续的研究中应充分挖掘其数据优势,以期提供更加精准的城市扩展动态监测。     

西北干旱区近50年气候变化特征与趋势

20世纪后期全球增暖趋势越来越明显,受全球增暖的影响,西北地区的气候也将受到不同程度的影响。选取了西北干旱区1951～2000年的21个代表站点气温、降水量资料,采用趋势系数法对西北干旱区近50年气温和降水变化进行分析,找出各分区的变化趋势。结果表明:近50年西北干旱区气温呈上升趋势(0.22℃/10 a),1986年后气温明显升高;柴达木盆地和新疆北部升温较大;各季都有增温趋势,贡献最大的是秋冬两季。降水变化有增加的趋势(3.2 mm/10 a),年降水量贡献最大的是夏季;各区降水都有增加,其中新疆北部降水增加最多。西北干旱区近50年气温升高趋势是南北高,中间低;降水量增加趋势从东南向西北呈现递增的格局。     

基于遥感和BP人工神经网络的城乡气象站点划分分析

城市热岛是城市环境和全球变化研究的重要组成部分,利用气象观测资料研究城市热岛的影响一般采用城市和乡村气象站的同步实测气温,并计算其平均气温差,因此,城乡气象站点划分的准确性,将直接影响城市热岛研究的科学性。鉴于以行政单元统计人口为依据的划分方式未考虑人口在行政单元内的实际空间分布,本文以安徽省为例,利用从遥感影像上提取的土地利用信息,采用BP人工神经网络方法,建立站点缓冲区内土地利用类型比例的城乡站点划分模型,并利用空间化后的人口格网数据对该模型的精度进行了验证。结果表明,该模型有效地建立了气象站点周边缓冲区内的土地利用类型比例与城乡站点类型之间的定量关系,避免直接采用行政单元统计人口数据的不足,客观地模拟了缓冲区内土地利用对气象站点的综合作用,科学地划分出城市和乡村气象站点,为城市热岛研究提供科学、可靠的数据保障,并可用于大区域研究。另外,本文利用划分出的乡村站点建立背景温度场,得出2000年安徽省各城市站点平均热岛强度为0.4℃。     

成都城市区域小气候时空变化特征分析

利用成都市12个自动站的气象资料,分析了成都市区域小气候及其变化特征.研究表明,成都城市热岛现象并非出现在城市中心区,而是北部和东部工业区,其平均气温相对较高,降水量偏多;南部文化区平均气温最低,风速最大;西部旅游居家区气温年变化最小,且有冬暖夏凉的特征,降水量偏少;城市中心区风速最小.     

广东汕尾近40年以来气温的变化特征

根据汕尾地区汕尾、海丰、陆丰站1960—1999年的气温序列资料,采用线性趋势、累积距平、小波分析以及Mann-Kendall突变检验等方法对汕尾地区气温变化特征进行了分析,结果表明：40年来汕尾地区存在暖-冷-暖3个气候变化阶段。年季平均气温均呈上升趋势,尤其在1980年代中期以后升温更为明显;四季升温率以冬季最为显著。在不同冷、暖阶段,冷、暖年（季）出现的年数差异很大,其中异常冷年均出现在1980年前,异常暖年均出现在1990年后。年平均最高气温与最低气温同年平均气温一样均呈升高趋势。但不同站点的气温变化仍有一定差异。年平均气温汕尾站存在2—3a、6—7a、准12a周期,海丰站存在准7a与14—16a周期,陆丰存在准1．5a、准2．5a、5—7a、准16a周期,MK检验发现汕尾平均气温在1998年发生突变,其他两站的突变发生在1997年。     

Trends in temperature and precipitation extremes over Circum-Bohai-Sea region, China

Trends in temperature and precipitation extremes from 1961 to 2008 have been investigated over Circum-Bohai-Sea region,China using daily temperature and precipitation data of 63 meteorological stations.The re-sults show that at most stations,there is a significant increase in the annual frequency of warm days and warm nights,as well as a significant decrease in the annual frequency of cold days,cold nights,frost days,and annual diurnal temperature range(DTR).Their regional averaged changes are 2.06 d/10yr,3.95 d/10yr,-1.88 d/10yr,-4.27 d/10yr,-4.21 d/10yr and-0.20℃/10yr,respectively.Seasonal changes display similar patterns to the annual results,but there is a large seasonal difference.A significant warming trend is detected at both annual and seasonal scales,which is more contributed by changes of indices defined by daily minimum temperature than those defined by daily maximum tem-perature.For precipitation indices,the regional annual extreme precipitation displays a weak decrease in terms of magnitude and frequency,i.e.extreme precipitation days(RD95p),intensity(RINTEN),proportion(RPROP) and maximum consecutive wet days(CWD),but a slight increase in the maximum consecutive dry days(CDD),which are consistent with changes of annual total precipitation(PRCPTOT).Seasonally,PRCPTOT and RD95p both exhibit an increase in spring and a decrease in other seasons with the largest decrease in summer,but generally not significant.In summary,this study shows a pronounced warming tendency at the less rainy period over Circum-Bohai-Sea region,which may affect regional economic development and ecological protection to some extent.     

上海市城市空间扩展时空特征与预测分析

 本文以1990、1995、2000、2005年的上海市土地利用遥感监测数据为基本数据源,分析了1990-2005年上海市城市空间扩展 的时空特征。同时利用SLEUTH模型对城市空间扩展进行了模拟和精度验证,并对未来30年上海市城市空间扩展进行了预测。结果显示:1990-2005年,上海市城市空间扩展明显,城市面积净增加81 278hm²,净增长10.14%;在扩展的时间过程上呈现先减缓后加剧的趋势,2000-2005年城市用地扩展最为剧烈,城市面积净增加40 668hm²,净增长5.08%,填海造陆是该时期城市扩展的典型特征。SLEUTH模型可以较好地模拟预测上海市城市空间扩展的时空过程,不同时期模拟与遥感监测结果的Kappa系数最高达到了0.8476;未来30年,上海市城市用地将以年平均增长率1.63%的速度扩展,2040年城市用地面积将达到152 685hm²。城市扩展将占用耕地41 824hm²,年平均占用耕地1200hm²。城市扩展的方式主要是边缘增长,东部的浦东新区沿五洲大道向海方向、南部的徐汇区沿沪闵高架路向南,以及西部的嘉定区和青浦区沿京沪高速两侧向西的地区 均是未来城市扩展的主要方向。     

Urban three-dimensional expansion and its driving forces —A case study of Shanghai, China

Urban expansion is a phenomenon of urban space increase, and an important measuring index of the process of urbanization. Taking Shanghai as an example, the changes of urban average height and built-up area were studied to represent city’s vertical and horizontal increases respectively, and statistical methods were used to analyze the driving forces of urban expansion. The research drew following conclusions: 1) The urban expansion process of Shanghai from 1985 to 2006 had a clear periodic feature, and could be divided into three stages: vertical expansion in dominance, coordinated vertical and horizontal expansion, and horizontal expansion in dominance. 2) The average height and quantity of buildings in core city were significantly bigger than those in suburbs, but the changing speed of the latter was faster. And 3) urbanization process was the major driving force for the city’s horizontal expansion, while industrial structure improvement was the key driving factor for the vertical expansion. Those two driving forces were simultaneously affected by city’s political factors.     

上海气候空间格局和时间变化研究

基于上海地区11个气象站气温、降水数据和主要天气现象记录资料,利用气候统计诊断方法研究了上海主要气候要素和天气现象的时空分布和变化特征。结果表明,上海年均气温呈中心城区高、周边郊区低的分布,中心城区与郊区年均温差最大可达0.9 ℃;降水量在中心城区和南部地区较多,而在北部和西部地区较少;高温日数中心城区明显多于东部和南部沿海,最多相差9.5 d;暴雨日数在中心城区和浦东较多,而在西部地区较少;雷暴、大风和大雾日数没有呈现出显著的城郊差异;霾日数在中心城区远高于郊区,最多相差49.2 d。1961-2013年间,上海年均气温显著上升,降水量略有增加,高温日数和霾日数分别以2.7 d/10 a和11.3 d/10 a的线性趋势增加,暴雨日数呈弱的增加趋势,而雷暴、大风和雾日数在1961-2013年间,分别以1.9、3.7和5.2 d/10 a的线性趋势减少。     

Temperature variations at the Great Wall and Zhongshan stations

Surface meteorological observations have been carried out at the Great Wall station (GW) and Zhongshan station (ZS) from 1984 to 2008 and from 1989 to 2008 respectively. The variation in mean air temperature and its trends are derived from the meteorological observation data recorded at both stations. The warming rate of the annual mean temperature at GW is similar to that at Bellingshausen station, which is about 3 km distant. Thus, the warming trend is representative of the King George Island region. The warming rate of ZS is less different from that at Davis station,which is about 100 km from ZS. It can be said that the meteorological data recorded at both stations are representative of the regions of the King George Island and east coast of the Antarctic.     

Diurnal and seasonal variation of the elevation gradient of air temperature in the northern flank of the western Qinling Mountain range,China

The typically sparse or lacking distribution of meteorological stations in mountainous areas inadequately resolves temperature elevation variability. This study presented the diurnal and seasonal variations of the elevation gradient of air temperature in the northern flank of the western Qinling Mountain range,which has not been thoroughly evaluated. The measurements were conducted at 9 different elevations between 1710 and 2500 m from August 2014 to August 2015 with HOBO Data loggers. The results showed that the annual temperature lapse rates(TLRs) for Tmean,Tmin and Tmax were 0.45?C/100 m,0.44?C/100 m and 0.40?C/100 m,respectively,which are substantially smaller than the often used value of 0.60°C/100 m to 0.65°C/100 m. The TLRs showed no obvious seasonal variations,except for the maximum temperature lapse rate,which was steeper in winter and shallower in spring. Additionally,the TLRs showed significant diurnal variations,with the steepest TLR in forenoon and the shallowest in early morning or late-afternoon,and the TLRs changed more severely during the daytime than night time. The accumulated temperature above 0°C,5°C and 10°C(AT0,AT5 and AT10) decreased at a lapse rate of 112.8?C days/100 m,104.5?C days/100 m and 137.0?C days/100 m,respectively. The monthly and annual mean diurnal range of temperatures(MDRT and ADRT) demonstrated unimodal curves along the elevation gradients,while the annual range of temperature(ART) showed no significant elevation differences. Our results strongly suggest that the extrapolated regional TLR may not be a good representative for an individual mountainside,in particular,where there are only sparse meteorological stations at high elevations.     

近40年来中国大陆地表气温变化估算

 本文对近20年来中国地表气温变化估算方法进行了全面的总结,并对不同研究者所采用的资料、时间尺度及研究结果进行了对比分析。结合当前国际上应用较多的几种升温估算方法,本文以1970-2007年的气温数据为基础,分别应用直接算术平均法、逐站计算法、区域面积加权法、一级差分法和空间插值法,对中国大陆近40年的升温幅度分别进行了估算,从结果的对比分析中揭示中国地表气温变化估算中存在的不确定性:中国大陆地区近40年来的增温趋势在0.30~0.43℃/10a之间,升温幅度在1.16~1.56℃之间;冬季升温最为显著,夏季升温最少;整体上北方升温幅度高于南方。不同计算方法计算得到的增温速率在绝对值上有着一定差异,但整体趋势是相同的。     

近32年来南京城市扩展与土地利用演变研究

基于1980-2012年6个时相的遥感影像分类成果,运用扩展强度的等扇分析和土地利用转移矩阵对南京市城市扩展区由城市扩展引起的土地利用布局、结构演化进行了长周期、多时段的研究。结果表明：32年间5个阶段城市扩展的方向极不均匀,城市经历了东北-东南-西南的扩展演化过程,2000年之后的扩展强度显著扩大;在总变化量的构成中,耕地净变化量和交换变化量所占的比重较为接近,在面积净减少的同时,空间位置的转移也较为突出;城市建设用地、城市绿地、采矿用地与裸地以净变化为主,水面、村镇建设用地以交换变化为主;2000年后,各时段耕地和城市建设用地年均总变化量远高于2000年之前,以2004-2008年的值最高,2008-2012年有所回落;32年间各单项类型动态度均较高,城市绿地、村镇建设用地和城市建设用地均达90%以上;综合动态度的结果揭示32年来南京城市的扩展历经了加速演变-变化趋缓-剧烈演变-整合重构4个主要阶段。     

Impacts of global warming on patterns of temperature change in China

Global climate change has a wide range of impacts, and this paper presents an investigation on how global warming has changed the relationship between air temperature and latitude ＆ altitude using the meteorological data obtained from 160 stations in China. The investigation indicates that there are very distinct seasonal differences in patterns of temperature variation as a function of latitude and altitude： a very significant latitude effect in winter and a very significant altitude effect in summer. However, with global warming, the latitude effect in winter is weakening and the altitude effect in summer is strengthening. This pattern of change in the relationship between temperature and latitude ＆ altitude is helpful in efforts to reconstruct and explain the past temperature patterns and variations.     

北京市热岛效应时空变化的HJ-1B监测分析

 本文利用2008-2011年HJ-1B/CCD可见光-近红外数据,以及HJ-1B/IRS热红外数据,采用遥感算法反演北京市地表温度,并用MODIS地表温度产品对反演结果进行了初步验证。同时分析了北京市热岛效应的年际、年内变化趋势。另利用热场变异指数分析其空间分布特征,以及NDVI、NDBI与城市下垫面对热岛效应的影响。结果表明:(1)2008-2010年北京市热岛强度总体呈上升趋势,2011年有所缓解,4年热岛强度分别为:5.2℃、5.2℃、9.2℃、8.2℃;(2)北京市2010年四季存在明显热岛现象,夏季最强,春、秋次之,冬季最弱,四季热岛强度分别为8.2℃、9.4℃、9.2℃、4.3℃;(3)2008-2011年北京市热岛空间分布特征表明,房山区和大兴区的南部热岛效应逐年缓解,2011年昌平区热岛效应比前3年明显,植被和水体形成城市冷岛;(4)地表温度与NDVI呈明显负相关,与NDBI呈正相关,城市热岛效应与下垫面类型存在明显相关性。