上海市人类活动对热环境的影响

随着城市规模不断扩张, 由城市热岛现象而导致的热环境问题不断凸现。城市热环境 的时空变化, 是下垫面改变、人为热释放和环境污染等人类活动因素相互交织作用的结果。 由于城市热环境影响因子的复杂性, 传统观测手段和统计方法在获取数据和分析人类活动对 热环境响应机制方面存在着局限性。而卫星遥感和GIS 技术为人类活动对城市热环境的影响 分析提供了技术支撑。选用Landsat ETM+ 影像, 以上海市外环内区域为研究靶区, 在探讨热 环境的空间格局基础上, 运用空间主成分分析方法替代传统的多准则判断(MCE) 方法, 分析 了人类活动对城市热环境的影响特征。结果发现, 对于上海主城区而言, 城市建筑与人口密 度、工业区布局、下垫面类型以及城市景观多样性四个因子是影响城市热环境空间格局的主 导因子; 四个因子的线性模型, 较好地模拟了热环境的空间变化, 定量揭示了上海城市人类活动对热环境的影响机制。     

上海城市热环境的空间格局分析

城市热环境是城市空间环境在热力场中的综合表现，通过对城市热环境的研究可以揭示城市空间结构、城市规模的发展变化。在RS、GIS的支持下，研究城市热环境的空间格局分析方法。借鉴景观生态学的研究方法，首次提出热力景观观点用以研究城市热环境空间格局，创建了热力景以空间格局的评价体系（总体评价指标、类评价指标、块评价指标）。对不同时期上海城市热环境的空间结构与格局进行了研究，使传统的对热环境空间格局的定性研究进入了定量阶段。     

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。     

基于多源数据的长沙市人居热环境效应及其影响因素分析

针对城市人居热环境效应研究缺乏从自然—人文多维因子组合综合评价分析的现状,本文基于多源空间数据（Landsat 5、Landsat 8卫星影像数据、POI空间大数据、数字高程模型等）反演长沙市2000年、2009年和2016年城市地表温度格局,并快速获取与城市热环境密切相关的自然和人文因素共12个影响因子。应用标准差椭圆、空间主成分分析（PCA）等方法多角度分析了城市人居热环境效应及影响因素的联动关系。结果表明：① 2000—2016年共16年间热岛面积共增加547 km²、地表最高温度差达到10.1 ℃。城市热岛区的空间分布主要集中在城市建成区,如工商业集中和人口密集的城市中心地区,并呈现出地表温度从城市中心向郊区逐渐降低的热岛的空间分布格局,出现多个高温中心点,如五一广场商圈、长沙县星沙经济技术开发区、望城工业区、岳麓工业集中区、天心工业区等;② 2000—2016年热岛空间发展主轴保持在东北—西南方向,2000—2009年热岛重心向西南偏移了2.7 km,偏转角度为54.9°,2009—2016年热岛重心向东北偏移了4.8 km,偏转角度为60.9°。整体上,长沙市热环境空间格局的变化和城市的建设强度的变化存在一定的关联;③ 通过主成分分析得出影响长沙城市热环境格局的因子为景观格局、城市建设强度、地形地貌3个主因子;④ 人文因素对于当前加剧热岛效应形成产生的促进作用明显大于自然因素的抑制作用,综合作用下地区将升温0.293 ℃。影响城市人居热环境的因素众多,多源数据有助于揭示城市热环境空间格局及演变规律,深化对城市热岛效应成因分析认知,明确人文和自然影响因素间相关关系和相关程度,以此为改善城市人居环境质量提供科学依据。     

景观格局变化驱动力研究进展

景观格局变化驱动力研究是理解人类活动与景观格局演化关系的基础。本文概述了驱动因子的分类, 分析了主导驱动因子的时间尺度效应、空间尺度效应和主题尺度效应, 并介绍了驱动因子的相互作用、驱动机制识别、驱动系统自适应等的研究进展。驱动力识别方法正经历从简单定性分析向定量、半定量分析转变的过程, 数据获取手段也随着遥感技术等的进步得到快速发展, 多学科手段综合是景观格局驱动力研究的必然趋势。但由于驱动力研究的问题导向型特征, 目前尚缺乏对某一类景观格局变化驱动力的归纳及跨时空、多尺度对比。对景观格局变化的跨界研究, 可以加深对制度、文化等驱动力的驱动机制的理解。     

全球气候变化背景下基于土地利用的人类活动对城市热环境变化归因分析——以京津冀城市群为例

近年来全球气候变化已经影响到人类生活的所有地区,气候系统变化的规模和现状是数千年来前所未有的。与此同时,中国城镇化进程显著加快,尤其以城市建设用地扩张主导的土地城镇化最为突出,导致城市热环境脆弱性加剧。已有研究探索了特定类型土地利用变化对于城市热环境的影响,但忽视了全球气候变化背景下自然气候和人类活动共同作用城市热环境变化的双重过程。因此,本研究提出一种基于土地利用类型的城市热环境变化贡献度算法,旨在厘清自然气候（表征为土地利用平均温度变化）和人类活动（表征为土地利用类型转变）对于区域热环境变化的单独贡献。本研究使用中分辨率成像光谱仪（Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS）地表温度及发射率数据,定量计算2005—2020年四季和昼夜京津冀城市群各城市土地利用类型平均温度和面积变化对于城市热环境变化的分别贡献。该算法计算各城市四季和昼夜地表温度变化与MODIS LST产品误差在1 K以内。2005—2020年各城市地表平均温度大多数呈增长态势,其中冬季白天增温幅度最高。耕地、城市建设用地和农村居民点对城市热环境变化的贡献度较其他土地利用类型突出。京津冀城市群中各城市人类活动对城市热环境变化的单位贡献强度远高于自然气候（4.03~648.07倍）,而人类活动的贡献总量（-0.25~0.92 K）低于自然气候（-2.40~6.50 K）。研究结果对于京津冀城市群空间协同发展和适应及减缓气候变化等具有重要的科学意义和实践价值。     

城市地表温度对土地利用/覆被变化响应的遥感研究——以乌鲁木齐为例

 快速的城市化对城市环境产生显著的影响,基于遥感定量研究地表温度对土地利用/覆被变化（LUCC）的响应,来评估快速城市化对环境的影响,是一种快速、有效的途径。以干旱区典型绿洲型城市——乌鲁木齐为例,将遥感与地理信息系统相结合,利用1990年和2009年两期陆地卫星影像为基础数据进行土地利用/覆被分类,并基于单窗算法定量反演同期的地表温度,从而对快速城市化进程中的土地利用/覆被类型动态变化的空间特征及地表温度对快速城市化的响应情况进行了定量研究。结果显示,在近20 a间,乌鲁木齐城市迅速扩张,土地利用/覆被类型变化显著,城市建设用地增长率高达44.73%;同时城市的快速发展使地表温度提高了近6 ℃。研究表明,温度变化格局,尤其是增温区的空间分布与城市扩张的空间格局基本一致,说明地表温度对城市的土地利用/覆被变化产生了显著的响应。     

城市景观及其格局的生态效应研究进展

城市景观是深受人类活动影响的景观类型,同时城市生态系统也深深地刻上了人类影响的烙印。随着人类社会日益城市化,未来的景观将越来越强烈地受到人类经济、社会活动的改造。人类活动一方面可以直接作用于城市生态系统,另一方面,更广泛而深远的影响却是通过城市景观格局和土地利用方式改变区域物质能量流,进而影响区域生态过程,这种城市景观通过空间格局对生态系统特征和过程造成的影响,可以称之为城市景观的生态效应。本文考察了中外学者近年来就城市景观的生态效应所作的理论和实证研究,包括景观要素与格局及土地利用/土地覆被对城市动植物群落、气候、水文、土壤等造成的影响。作者通过评述近年来城市景观及其格局的生态效应研究进展,认为尽管目前对景观格局及其生态过程的结合尚未完善,但已经有越来越多的研究者注意到这个问题,并通过在不同尺度、不同切入点的实证研究,为建立城市景观格局与生态过程的有机结合提供基础。这些研究的结论及其所揭示的规律将作为城市空间规划与管理的依据,推动城市和人类-自然系统的可持续发展。     

广州市城区热岛效应的遥感应用研究

利用Landsat TM/ETM + 热红外波段数据,根据辐射传输方程的地表温度反演方法,定量计算了广州市城区1988年、1995年和2002年的地表温度,讨论了广州市热岛扩展的时空演变格局和热岛效应形成的主要因素.结果表明,广州市城市热岛效应明显,热岛分布区域广且范围在不断扩大,在空间分布上呈现"三线四区"的特征.通过地表温度对比分析发现,老城区温度比高温区低3.7℃～4.2℃,比低温区温度高2.9℃～3.3℃,热岛强度为6.6℃～7.6℃;城市的功能布局、人类活动和经济发展与热岛效应的空间分布有十分密切的关系,也是影响城市热环境的重要因素.     

山地丘陵区土地利用分布及其与地形因子关系——以河北省怀来县为例

为探究山地丘陵地区不同地形因子对土地利用空间格局的影响,以河北省怀来县为例,研究了各土地利用类型在不同地形上的分布特征。同时,定性和定量分析了土地利用景观格局与地形环境的相关性。研究表明:土地利用景观格局分布存在明显的地形梯度特征,较高地形级别主要分布着林地和草地,其分布指数在较高地形级别占据优势位;而受人类活动干扰影响较大的城乡建设用地、采矿用地、耕地、园地和水域的优势位分布在较低地形级别上。移动窗口法得到的景观格局指数的分布定性显示出土地利用景观格局随地形变化的梯度特征,典范对应分析结果定量显示出典范对应分析排序的前4个轴的累计土地利用景观指数—地形解释变量为96.98%,地形因子第1排序轴与土地利用变化景观格局指数特征第一排序轴的相关系数达到0.671,其土地利用景观格局指数与地形因子存在显著的相关性。由此可见,高程、坡度和地形起伏度这三类地形因子对山地丘陵区的土地利用类型的结构和空间分布起着重要的影响作用。     

南水北调河北省受水区近50年生态环境演变研究

选取人类活动对河北省生态环境影响最剧烈的1950s—2000s初期,从气候、水环境、土壤及环境地质、土地利用/覆盖、社会经济等角度,分析河北省中南部平原,即南水北调河北受水区的生态环境演变状况,为研究南水北调工程实施对生态环境变化的影响及河北省生态省建设提供科学依据。     

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。     

运用树木活力度进行城市生态环境质量分区--以吉林市为例

城市生态环境质量是影响城市景观和居民身心健康的重要因素，环境质量分区是进行生态环境评价的基础性工作。在以往生态环境质量评价中，通常采用单一的环境污染指标，难以全面综合的反应生态环境质量状况。植被的面貌是一定时期内大气、土壤、水分、人类活动综合作用的结果。由于树木有生命而又不能移动，它的健康状态是一定时期因素内，综合地反映其生活环境条件的最好尺度。借鉴国外环境诊断的研究方法，提出“树木活力度”，即树木的枝、叶、梢、树形等各个部位的生长状况和健康程度这一新的综合生态指标，并结合实际，以吉林市为例，对运用这一指标进行城市生态环境质量评价的方法、原理、问题等进行了初步探讨。指出运用树木活力度进行城市生态环境质量分区，具有迅速目测、计算简便，快速经济的特点，是当前较为流行的一种景观诊断的简便易行的方法。     

长江中游城市群城市人居环境演变及驱动力研究

从生态、居住、公共服务、休闲环境等人居环境核心系统出发,综合运用AHP、地理探测器方法,对长江中游城市群城市人居环境时空演变过程、核心驱动力、驱动机理进行了系统研究。研究表明：① 城市人居环境综合质量格局呈现出西北部相对下降,东南部逐渐提升的过程,优质的人居环境逐步向环鄱阳湖地区及京广线沿线集中分布;② 生态环境质量格局逐渐呈现以襄阳-吉安连线为界,东侧质量显著优于西侧的格局。京广线沿线城市的居住、公共服务质量始终优于江西片区浙赣线沿线城市,但休闲环境质量则逐渐劣于江西片区浙赣沿线;③ 城市人居环境演变驱动力作用对象、程度、方向各异。其中经济发展、政府投入为城市人居环境演变的主导动力,社会群体收支为其内部关键动力,而土地供给与建设投资为现阶段次要动力,此外,城市规模通过集聚、催化作用推动城市人居环境的演变。     

Effect of human settlements on urban thermal environment and factor analysis based on multi-source data: A case study of Changsha city

In view of the lack of comprehensive evaluation and analysis from the combination of natural and human multi-dimensional factors, the urban surface temperature patterns of Changsha in 2000, 2009 and 2016 are retrieved based on multi-source spatial data(Landsat 5 and Landsat 8 satellite image data, POI spatial big data, digital elevation model, etc.), and 12 natural and human factors closely related to urban thermal environment are quickly obtained. The standard deviation ellipse and spatial principal component analysis(PCA) methods are used to analyze the effect of urban human residential thermal environment and its influencing factors. The results showed that the heat island area increased by 547 km~2 and the maximum surface temperature difference reached 10.1℃ during the period 2000–2016. The spatial distribution of urban heat island was mainly concentrated in urban built-up areas, such as industrial and commercial agglomerations and densely populated urban centers. The spatial distribution pattern of heat island is gradually decreasing from the urban center to the suburbs. There were multiple high-temperature centers, such as Wuyi square business circle, Xingsha economic and technological development zone in Changsha County, Wangcheng industrial zone, Yuelu industrial agglomeration, and Tianxin industrial zone. From 2000 to 2016, the main axis of spatial development of heat island remained in the northeast-southwest direction. The center of gravity of heat island shifted 2.7 km to the southwest with the deflection angle of 54.9° in 2000–2009. The center of gravity of heat island shifted to the northeast by 4.8 km with the deflection angle of 60.9° in 2009–2016. On the whole, the change of spatial pattern of thermal environment in Changsha was related to the change of urban construction intensity. Through the PCA method, it was concluded that landscape pattern, urban construction intensity and topographic landforms were the main factors affecting the spatial pattern of urban thermal environment of Changsha. The promotion effect of human factors on the formation of heat island effect was obviously greater than that of natural factors.The temperature would rise by 0.293℃ under the synthetic effect of human and natural factors. Due to the complexity of factors influencing the urban thermal environment of human settlements, the utilization of multi-source data could help to reveal the spatial pattern and evolution law of urban thermal environment, deepen the understanding of the causes of urban heat island effect, and clarify the correlation between human and natural factors, so as to provide scientific supports for the improvement of the quality of urban human settlements.     

哈大巨型城市带要素集聚程度与生态环境水平关系演变

基于耦合模型和象限图法,从整体和内部分异2个角度对2000~2012年哈大巨型城市带要素集聚程度与生态环境水平演变及其关系进行分析,结果表明：哈大巨型城市带要素集聚程度呈波动上升的演变特征,生态环境则“先波动上升,后缓慢下降”,城市带整体要素集聚程度与生态环境水平间关系趋于协调,产业结构演变、资源消耗水平、经济密度是导致城市带要素集聚程度与生态环境水平协调度提高的主要驱动因子,其中产业结构演变的影响作用更加明显。城市带内部要素集聚的“四城市”格局已经形成,呈现出“核心-边缘”结构,要素集聚程度与生态环境水平可分为高级协调、要素集聚滞后、低级协调、生态环境滞后4种类型。4个区域中心城市要素集聚程度与生态环境水平关系趋向不协调,中心城市周边地区主要向要素集聚滞后型转变,资源型城市和重工业城市要素集聚程度与生态环境水平多表现为低级协调。     

基于生态足迹的西安城市生态游憩空间优化研究

城市生态游憩空间是进行城市生态游憩活动的重要基础,生态游憩空间的合理配置是生态休闲城市建设的重要内容。基于生态足迹理论模型,构建生态压力指数标准,并结合空间叠加分析法分析了西安市市区生态游憩空间的分布现状以及生态足迹、生态承载力、生态盈亏和生态压力情况。结果表明：西安市市区的人均生态赤字达到了1.4136 hm²/人,生态压力指数为13.2,生态环境状况极不安全;并且区域内生态游憩空间布局和当地的生态环境状况相矛盾。针对西安市生态游憩空间目前存在的问题,对生态游憩空间布局进行优化调整,构建西安市生态游憩廊道系统,对西安市未来城市生态文明建设、城市优质生活环境的塑造和生态安全格局的构建具有重要意义。