福州城市地表温度时空变化与贡献度研究

随着全球变暖和城市化进程的加快,城市区域的热环境问题日益凸显。以福州为例,基于遥感、地理信息系统和地统计学等方法,通过多尺度空间模式,定量分析以地表温度贡献度为表征的城市热环境时空变化及其特征。结果表明:①1993—2016年,研究区的土地利用/覆盖类型发生了显著变化,建设用地净增长1 231.04 km2,变化率高达295.33%;耕地被建设用地占用。②地表温度空间格局变化明显,中高温区以闽江水域为轴向周边区域逐渐蔓延,低温区和次低温区面积显著减少。③1993—2016年,福州所辖各县市区地表温度贡献时空分布不均。其中,中心城区(鼓楼区、台江区、仓山区、晋安区和马尾区)对地表温度上升表现为正贡献,闽清县和永泰县表现为负贡献。从不同土地利用/覆盖类型来看,林/草地、耕地、水体对地表温度升高有负贡献,建设用地表现为正贡献。④多距离空间聚类分析(Ripley's K函数)显示,地表温度集聚与分散存在尺度效应;1993—2016年,研究区的地表温度集聚范围逐步扩大、集聚程度增强。     

西藏玛旁雍错地热水地球化学特征及其成因机制分析

西藏地区位于欧亚板块与印度板块碰撞造山带,构造活动强烈,具有丰富的地热资源。本次研究在西藏阿里地区水热活动强烈的玛旁雍错地热田实地采集地表热泉样品进行水化学分析,依据地热水水化学特征,评估研究区热储平衡状态与热储温度,分析地热水在深部的水文地球化学过程,识别地热系统深部热源类型并阐明地热系统成因机制。通过此次研究表明：区内地热水主要为碱性Cl-Na型或HCO₃-Cl-Na型水和酸性SO₄-Na型水,地热水在深部已经与热储围岩达到完全平衡状态,通过地热温标计算热储温度在200℃左右;地热地表显示、热水水化学组分特征、热储温度类型等分析揭示玛旁雍错为岩浆热源型地热系统,地表不同类型地热水是深部母地热流体沿断裂向上运移过程中经不同水文地球化学过程形成。     

植被覆盖度与城区地表热量的动态变化分析

近几年随着城市化进程的不断加快,城市周边环境发生了巨大的变化,其中最为突出的热点表现在城市气候状况的逐年变化,针对气候变化国内、外气候学家做出了众多研究成果。这里研究的重点在利用遥感技术对客观数据大面积、高时效、全面真实地分析处理的基础上,来动态地研究城市植被覆盖度变化与城区地表热量分布的关系,通过对1992年、2006年的Landsat5TM遥感数据的分析,估算植被的覆盖度并对城区地表温度进行反演,从而客观得出植被覆盖度与城区地表热量分布图,揭示出植被覆盖度与城市地袁热量分布之间的相互关系。研究结果表明,城市植被覆盖度与城市地表热量分布之间呈现出明显的负相关性,具体表现为植被覆盖度越低的地区,城市热量值比植被覆盖度越高的地区城市热量值高。     

黑龙江省漠河地区土地覆被与地表温度时空变化特征研究

以我国高纬度多年冻土区漠河县城区及郊区862 km²的区域为研究对象,基于RS和GIS技术对该区地表覆被变化和地表温度进行研究。结果表明：地表类型和地表温度反演结果与现场比对结果一致;从1988年到2015年,经过火灾后重建和城镇化发展,建设用地面积增加了11.33 km²;以2015年为例,冬季由于积雪覆盖,有79.02%的区域无植被覆盖,夏季有80.91%的区域为高植被覆盖。冬季地表温度和高程具有高度相关性,高程每升高100 m,地表温度平均升高2.27℃,表明该区地表温度也存在显著的逆温现象。该区城镇热岛效应全年存在,城镇区域地表温度高于全区平均值,夏季最显著,最高温差可达6.37℃。地表温度与NDVI具有明显的负相关关系;不同土地利用类型地表温度由低到高的顺序为水体-林地-草地-裸地-建筑用地。     

阜平县地表温度遥感反演及其空间特征研究

以阜平县为研究区域,基于Landsat 8遥感影像和ASTGTM2 DEM数据,利用辐射传输方程法反演地表温度,运用统计学方法分析地表温度与归一化植被指数(NDVI)、海拔和坡向之间的关系.结果表明:阜平县地表温度整体呈西高东低分布,地表温度与植被覆盖、地形要素之间的关系密切,地表温度高值区域主要分布在研究区西部和东北部海拔较高且NDVI值较高区域,低值区域主要分布在东南部海拔较低且NDVI值较低区域.地表温度随海拔和NDVI的升高逐渐减小,呈现明显的负线性相关;不同坡向的地表温度分布具有一定的差异,阳坡的地表温度高于阴坡.     

大兴安岭东麓黑土地地表基质空间分布特征及其生态效应

<正>地表基质是指地球表层孕育和支撑森林、草原、水、湿地等各类自然资源的基础物质。不同的地表基质类型孕育和支撑不同的生态系统和植被类型,制约着生态要素的空间格局和演化趋势（葛良胜等,2020;侯红星等,2021）。本文以大兴安岭东麓阿荣旗为研究区,在研究地表基质和地表覆盖空间分布特征的基础上,定量评估研究区生态环境质量优劣,分析不同地表基质类型的生态效应特征,进而为黑土地保护管理与合理开发利用提供数据支撑和科学依据。     

基于GLDAS的中国区地表能量平衡数值试验

利用全球陆面数据同化系统(GLDAS)的软件平台—陆面信息系统(LIS)模拟了中国区域2003年能量平衡方程的各个分量,在此基础上进行了残差分析和地表温度的对比验证。残差的分布具有一定的时空分布特征,残差的时间分布特征表明LIS对春秋两季的模拟效果要好于其它季节,残差的空间分布特征表明LIS对纬度较高和海拔较高地区的模拟效果要逊于其他地区。对比了模拟的GLDAS地表温度与MODIS地表温度产品,结果显示两者之间的差值介于-5～5K之间,两者的散点图和标准离差显示模拟的夜间地表温度要比模拟的白天地表温度精确2～3K。     

应用遥感技术连续监测地表土壤含水量

根据地表湿度与地表温度之间的关系,以及气温变化对这种关系的影响分析,经过气象卫星热红外波段信息与地表温度的有效转换,建立起一个连续监测地表土壤含水量的遥感模型。该模型只需无云条件下的白天气象卫星资料,综合考虑了各种植被覆盖条件,所以模型操作简单、易于推广,具有大范围监测土壤含水量的实用性。     

新疆于田绿洲地表温度对土地利用/覆被的响应监测

以于田绿洲为例,以Landsat TM/ETM+图像为主要的数据源,提取了于田绿洲的土地利用/覆被信息.利用单窗算法反演了地表温度,综合分析了2001-2011年间于田绿洲±地利用/覆被变化(LUCC)及其对地表温度的影响,同时利用像元分解模型得出绿洲植被覆被度,并分析了其与地表温度的关系.结果表明:在2001-2011年的10 a期间,于田绿洲最主要的土地利用类型是以人类为主导因素的,同时以自然利用类型向人工利用类型的转化最为显著.耕地、水体等以人类为主导因素的土地利用类型面积增加了809.65 km2,盐渍地等以自然为主导的土地利用类型面积减少了758.76 km2,人为影响是于田绿洲较主要的驱动因素.于田绿洲土地利用/覆被变化改变了地表温度的空间分布特征,在土地利用/覆被类型发生变化的区域,地表温度有升有降,但总体上地表温度的空间分布与土地覆被类型的空间变化格局存在明显的一致性.地表温度的变化与植被覆被度的变化有关,证明了植被在改变下垫面热量分布的格局中扮演着重要作用.     

高寒山区地表温度测算方法研究综述

地表温度直接影响高寒山区冰川、积雪消融,冻土分布、消融和产汇流过程,蒸散发以及植被分布和演替等过程是寒区地表陆面过程、水文过程以及生态—水文过程研究的重要参数。系统总结了高寒山区地表温度的主要影响因素以及不同获取方法。研究结果认为海拔、地形和植被覆盖是影响高寒山区地表温度的主要因素。地面实测、遥感反演和模式估算是目前获取地表温度的主要手段,但在高寒山区三者均具有一定局限性:地面实测局限于实测点,难以反应区域坡面的地表温度;遥感反演受限于物理机制、地面验证和时空分辨率等,难以满足高寒山区地表生态—水文过程研究的高精度需求;模式估算试验点尺度地表温度精度较高,但在区域尺度上精度有所下降。未来的工作应加强高寒山区地表温度观测并提高模式精度,构建和发展普适性的山区任意地形和不同植被覆盖条件下的高精度地表温度计算公式,满足山区相关研究的需求。     

北京城区2000—2014年地表温度反演及因素分析

传统的城市温度监测方法周期长、效率低,而利用热红外遥感影像进行城区温度监测的方法具有准确、简便、实用等优点。基于Landsat TM、ETM+、OLI遥感影像数据,应用辐射传输方程法对北京城区（东城区、西城区、宣武区、崇文区、朝阳区、海淀区和丰台区7个区域）2000—2014年夏季地表温度的空间分布和时间变化进行分析及温度反演,结果显示,高温区分布有一定的规律,降雨情况、植被覆盖度的变化以及城区规划都是北京城区温度变化的重要影响因素。研究结果可为减缓北京的热岛效应提供依据。     

北京城市热岛效应的数值试验研究

采用数值模拟方法定量分析不同下垫面条件对于北京的城市风场、温度场等的影响,探讨北京城市热岛的形成机理和可能的改善途径。采用区域大气模拟系统MM5,模拟和分析了2000年秋季北京的城市热岛状况。结果显示,MM5模式能较好地模拟北京城市热岛现象,成功再现了城市高温中心及城市热岛环流。MM5模式与陆面过程模型Noah LSM的耦合能在很大程度上改善对热岛效应的模拟。     

基于土地集约利用水平的城市热岛效应影响因子分析

利用乌鲁木齐市1990年8月6日、2001年7月11日和2013年7月4日三期热红外遥感数据,定量反演亮度温度,利用均值-标准差法对温度进行分级后评价城市热岛效应时间变化特征:1990、2001、2013年3个时段,乌鲁木齐市最大热岛强度分别为11.48℃,12.06℃和14.01℃;加权平均热岛强度分别为1.033℃,1.603℃,1.236℃;城市热岛比例指数分别为0.1054,0.3945和0.4328;乌鲁木齐市城市热岛效应在平均水平上呈现先增强、后减弱的趋势,最大热岛强度、热岛比例指数均增加,城市已初步形成区域内的"热岛",城市高温区温度将继续上升且面积存在扩展趋势.利用PSR模型构建指标体系对城市土地集约利用水平进行评价,在同时段内乌鲁木齐市城市土地集约利用水平和协调性均在提高.从评价结果出发,通过相关分析,得出基于土地集约利用的城市热岛效应影响因子包括:人口密度、建成区绿地覆盖率、地均国民生产总值、人均建设用地面积、人均道路铺装面积、地均固定资产投资,这些因子涵盖了经济、社会、环境三个方面.     

基于时间序列建模的城市热岛时间尺度成分分离方法与应用

城市热岛效应是全球与区域气候变化研究中的焦点问题。基于2001—2012年较长时间序列的北京市MODIS地表温度产品及相关NDVI和反射率产品,给出地表温度时间序列构建方法。基于站点气象观测资料进行的精度验证表明地表温度时间序列构建方法可行,并最终给出城市热岛强度的量化方案。研究选取统计学中X-11-ARIMA时间序列建模方法,分离并分析城市热岛强度时间序列的结构性成分。分析发现,以平均城乡温差为指标的北京城市热岛强度季节性特征明显,与城乡土地利用状况、季节性地表覆盖、地物热特性以及气候因子等联系密切。趋势—循环特征与城市扩张速度及入选城市区域面积相关。以已发生城市热岛区域城乡平均温差为指标的北京城市热岛强度趋势—循环特性在12年间表现平稳。时间序列建模分析提取出不规则变动成分,为定量研究偶然因素对城市热岛的影响提供了可能。     

Numerical study of the effects of urban heat island on the characteristic features of the sea breeze circulation

A two-dimensional numerical model is employed to study the effect of the coastal urban heat island on the sea breeze front and the thermal internal boundary layer height. The temperature at the land surface is determined by solving an energy budget equation. The effect of the urban heat island is studied by varying the width of the region and its intensity. During the early afternoon, the presence of the urban heat island enhances the strength of convergence of the sea breeze front and also reduces its inland penetration. The presence of the urban heat island causes increased thermal internal boundary layer height. Larger urban width causes larger vertical velocity and higher thermal internal boundary layer. Stronger convergence and higher thermal internal boundary layer are also obtained in case of larger heat island intensity.     

城市区域热辐射方向性研究进展

城市是陆地生态系统中极为重要的地表覆盖类型,把握其热辐射特征对于研究城市地表能量平衡和城市热岛具有积极的意义.相对于自然地表,城市区域表现出更为显著的热辐射方向特征,但这方面的研究直到近年来才开始发展起来.对城市区域的航空遥感和地表观测试验均揭示,城市区域热辐射方向性与太阳-地面目标-传感器几何关系、城市形态与结构、地面目标物理性质等密切相关.同时,为描述城市区域热辐射方向性,辐射温度三维格局模型、几何模型以及辐射传输模型都相继建立起来.从热辐射方向性的试验观测、模型建立及其与城市热岛关系等角度入手,系统回顾了城市区域热辐射方向性的研究进展,并对已经取得的研究成果进行了总结.最后,指出了尚待解决的问题及今后应着重研究的方向.     

Evaluation of urban heat island effect in Turkey

Recently, the rate of urbanisation has accelerated due to increasing population density which causes unexpected environmental disturbances and problems. One of the major problems encountered to date is the change in the land use/cover (LULC) structure. Increasing the impervious surface cover has changed microclimatic properties of urbanised areas by altering their thermal characteristics. One of the most important problems facing urban planning today is the phenomena known as the urban heat island (UHI), which is largely due to the changing the character of LULC. In this study, to create a national picture of the UHI structure in Turkey, seven cities, namely Istanbul, Bursa, Ankara, Izmir, Gaziantep, Erzurum and Trabzon, each located in different climatic regions of Turkey, were investigated. The Gaussian fitting technique was applied to characterise the UHI effect in the seven cities in the study. An original contribution of the current study was that the rural reference temperature surface was automatically determined by a proposed algorithm including the automatic masking of input data, as well as the application of iterative Gaussian low-pass filtering during the fitting procedure. Within this context, the daytime and nighttime surface urban heat island (SUHI) effect was modelled and temporally analysed from 1984 to 2011 for all the sub-regions using remote sensing techniques. Furthermore, atmospheric UHI was also investigated using the mobile transect method. The findings from this study suggest that UHI is a major environmental problem in urbanised areas, both atmospheric UHI and SUHI were detected in all cities in the study area, and this problem was found to have rapidly increased from 1984 to 2011. Finally, as inferred from the multiple regression results, it can be concluded that the UHI problem in Turkey might have resulted from the altered LULC structure, as well as anthropogenic pressure on and interference in city planning geometries.     

城市不透水面与地表温度定量关系的遥感分析

作为城市下垫面的最主要组成部分,城市不透水面是引发城市热岛效应的主要因素,但目前不透水面与地表温度之间的定量关系仍不明确,不同研究的结论也不尽相同。选取了上海、广州、北京、长沙、兰州、福州等6个代表我国不同区域的城市作为研究区来进一步研究城市不透水面与城市热环境的定量关系。采用Landsat ETM+影像和线性光谱混合分析法提取出各个研究区的不透水面,利用热红外波段反演出各研究区的地表温度,采用多种回归模型和大样本量对二者之间的相关关系进行定量分析;在此基础上讨论了不透水面对城市热环境的影响机制。结果表明：不透水面与地表温度呈明显的正相关关系,并且以指数函数为最佳拟合模型,回归方程的相关系数均为0.750以上,最高可达0.954 1;高不透水面盖度地区的升温幅度更大,比低不透水面盖度地区高出0.600~1.700 ℃,其原因主要是高不透水面盖度地区的植被覆盖率低,蒸腾蒸发作用小。     

近十年淮南矿区地表热环境时空演变分析

地表温度是描述陆表过程和反映地表特征的重要参数。研究矿区地表温度的时空演变特征,对于理解煤矿开采活动对矿区生态环境的影响具有重要意义。淮南矿区是我国东部典型的高潜水位煤矿区,为了探究该区域地表温度的时空异质性与开采扰动的关系,利用2008—2018年5期Landsat影像进行地表温度的反演和下垫面信息提取,结合热力景观格局指数和城市热岛比例指数的计算,分析近十年来淮南矿区地表热环境的时空演变特征。结果表明:淮南矿区地表温度分布格局及其变化与下垫面结构及其变化密切相关。2008—2018年间,淮南矿区地表温度总体以中温区为主,其次是次低温和次高温区,高温区和低温区面积及其占比相对较低。由于城镇和矿井建设,以及煤矿开采产生的煤矸石堆积和开采沉陷积水,建设用地和水域面积不断增加,植被面积不断减少,相应的低温区、次高温和高温区增长,中温和次低温区减少,总体上城市热岛比例指数不断增加,热岛效应不断加剧;低温区斑块破碎度和复杂度不断减小,优势度不断增大。其他温度级斑块破碎度和复杂度,景观团聚程度和连通性,多样性和均匀度变化分为2008—2013、2013—2015和2015—2018三个阶段,其中2013—2015年人类干扰强度较大,斑块破碎度和复杂度增大,景观团聚程度和连通性,多样性和均匀度减小。研究成果为淮南矿区生态环境的恢复治理和城市产业规划提供了科学依据。      

Shallow groundwater temperature in the Turin area (NW Italy): vertical distribution and anthropogenic effects

This study investigated the thermal regime of shallow groundwater in the Turin area (NW Italy), where the large energy demand has motivated a new interest for renewable sources, such as the use of ground-source heat pumps for domestic heating and cooling. The vertical variability of the groundwater temperature between the ground surface and 10–20 m was detected: deeper temperatures were higher than shallow temperatures in spring, while a decrease with depth occurred in autumn. These variations are connected with the heating and cooling cycles of the ground surface due to the seasonal temperature oscillation. Variations below the seasonal oscillation are likely to be connected with the presence of advective heat transport due to the groundwater flow, according to the hydraulic features of a shallow aquifer. Temperature values mostly ranged between 12 and 14 °C in rural areas, while the values were between 14 and 16 °C below the Turin city. This groundwater warming is attributed to a widespread urban heat island phenomenon linked to warmer land surface temperatures in Turin city. Sparse warm outliers are connected with point heat sources and site-specific conditions of land and subsurface use, which may cause the aquifer temperature to rise. A relatively stable temperature below the seasonal fluctuation zone combined with high productivity and legislated limits for deeper groundwater use represent favourable conditions for a large-scale diffusion of groundwater heat pumps within the shallow aquifer. Moreover, this heat surplus should be regarded as a resource for future geothermal installations.