基于形态学的城市建成区绿色空间与地表热岛演化关系研究——以西安市为例

以形态学视角,厘清城市绿色空间（urban green spaces,UGS）与地表城市热岛（surface urban heat island,SUHI）形态演化的关系为存量背景下如何微调绿地改善城市热环境提供了新途径。本文以西安市建成区为例,基于形态学空间格局分析法,分析2002—2021年UGS形态演化特征,同时识别SUHI范围,以地表城市热岛扩张指数拆分SUHI形态演化过程。在此基础上,采用皮尔逊分析法与随机森林模型相结合的方式,探讨UGS与SUHI形态演化的动态关系,同时参照西安市国土空间总体规划草案,提出具体的UGS改造方案并进行空间落位,进而预估改造措施实施后的效果。结果表明：(1) 2002—2021年,UGS面积缩减,整体呈现大斑块破碎,小斑块消失,相互间连通性降低的趋势。(2) 2002—2021年,地表温度最高值逐年攀升,温度增幅下降;SUHI覆盖范围蔓延程度大于收缩程度。SUHI收缩由建成区中央点状收缩转变为建成区边缘点状收缩。2002—2012年,边缘式扩张为主要扩张类型,存在于城市边缘地带,2012—2021年,边缘式扩张和填充式扩张比例相当,在研究区均匀分...     

亮温与地表温度表征的城市热岛尺度效应对比研究

利用ASTER数据反演亮温和地表温度,并对二者差异进行对比;利用地统计学界定采样的最大尺度范围,并分别将亮温和地表温度影像以原分辨率为基础进行尺度下推分析,在多尺度分割基础上,构建热岛面积百分比、热岛强度两个指标,用于表征城市热岛尺度效应的差异性。结果表明:亮温和地表温度在数量结构、表征地物温度变异程度上存在很大差异;随着像元尺度增加,用亮温和地表温度表征的城市热岛面积百分比存在明显的尺度效应,且前者明显强于后者,但二者表征的城市热岛强度的尺度效应不明显,且后者稍强于前者;二者表征的城市热岛面积百分比和热岛强度均存在明显差异,表明亮温表征城市热岛的欠合理性。鉴于以上不同,在相关研究中应谨慎选取研究尺度和温度类型。     

城市地表温度热岛影响因素研究进展

城市地表温度热岛是城市生态环境效应研究的热点之一,其影响因素研究为缓解城市热岛带来的负效应、促进城市可持续发展提供依据.本文系统回顾了国内外关于城市地表温度热岛影响因素的研究进展.首先结合热岛效应表征的地表能量过程,基于景观生态学格局-过程理论,从地表能量吸收释放、转换及传输3种过程中归纳热岛效应的影响机理,分别对应地...     

基于遥感监测的城市热岛研究进展

全球正经历快速、高强度的城市化,导致城市热岛加剧,并对城市、区域乃至全球许多的生态环境要素直接或间接地产生多方面的影响,与人类福祉密切相关。遥感具有宽覆盖、信息量大、重复观测周期短等优点,已成为地表城市热岛(Surface Urban Heat Island, SUHI)监测广泛采用的一种方法。针对前人相关研究对热红外数据源、监测指标及SUHI时空变化规律尚缺乏系统总结且内容需要更新等问题,本文首先分类评述了SUHI遥感监测所采用的热红外遥感数据源。其次将现有的SUHI监测指标分为土地覆盖类型驱动型、地表温度格局驱动型及两者复合驱动型3类来述评,详细介绍了它们的计算方法、应用案例及优缺点;并从日间变化、夜间变化及昼夜对比的变化3个方面述评了SUHI的年内时空变化规律;归纳了其年际变化规律。最后,依据现有研究结论中相互冲突或尚需深化的地方,指出几个潜在的关键问题或研究方向。     

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。     

基于FSDAF模型的干旱区典型绿洲城市夏季地表热岛效应时空演变研究

全球城市化进程加快引起的干旱区绿洲城市热岛效应变化及其生态环境问题已成为当前国内外城市气候、环境和生态等领域的研究热点之一。基于遥感热红外通道反演的地表温度(Land surface temperature,LST)是开展城市地表热岛(Surface urban heat island,SUHI)效应监测研究的关键参数。然而,受热红外遥感数据“时空矛盾”的制约,目前在单一星载卫星传感器下尚不存在同时具有高时间分辨率和高空间分辨率的热红外遥感数据源,因而制约了在干旱区绿洲城市范围内开展高精度地表热岛效应监测研究。针对上述问题,以干旱区典型绿洲城市--乌鲁木齐市为研究区域,以Landsat系列影像和MODIS地表温度产品为基础数据源,基于FSDAF(Flexible spatiotemporal data fusion method)时空融合模型分析了2001-2018年乌鲁木齐市在城市扩张背景下夏季地表热岛效应的时空变化特征以及夏季LST与城市地表参数之间的关系。研究结果表明:(1)乌鲁木齐市夏季热岛强度(SUHI intensity,SUHII)在不同的郊区范围内均呈现增加的趋势。在较小的郊区范围内,SUHII1从2001年的1.24℃增加到了2018年的2.83℃;在较大的郊区范围内,SUHII2从2001年的1.44℃增加到了2018年的2.88℃;(2)在研究区各土地利用类型中,裸地的夏季LST最高,水体最低;(3)研究区地表反照率和不透水面的增加与城市夏季LST升高呈正相关,而植被指数与植被覆盖度则与LST呈负相关关系;(4)在干旱区绿洲城市,城区内部植被面积的增加有助于缓解城市热岛效应,而仅郊区植被的增加则会导致SUHII的进一步增强。     

地表参数反演及城市热岛时空演变分析

采用TES算法实现了ASTER地表温度的反演,在对发射率估算方法改进基础上,利用单窗算法反演1989年TM地表温度。结合C地形校正,利用线性光谱模型提取植被覆盖度与城市不透水面密度,利用反射率提取NDVI。从多方面对城市热岛时空演变进行综合研究,研究表明,与等间距法相比,均值-标准差法可以较合理地刻画地表热场的分布,一定程度上可以避开不同时相的差异。最后时空对比及空间统计学分析显示,1989~2004年间福州市城市热岛面积、热岛强度都有所增加,城市热岛总体趋势为西北-东南走向,并逐渐向北-南方向偏移,而且城市热岛重心向东南方向偏移。     

“源-汇”景观格局的热岛效应研究——以武汉市为例

论文基于2017年Landsat 8遥感影像,通过GIS技术选取城市地表温度、源汇景观密度、源汇景观贡献度和景观效应指数,结合地理空间分析和数理统计方法,分析了武汉市局部源汇景观格局对城市地表温度的贡献及其效应。结果表明：① 武汉市城区热岛(urban heat island, UHI)季节变化明显,夏季热岛强度大、范围广,呈“大”字型分布,工业集聚区和经济开发区产生的UHI更显著;② 武汉市城区平均地表温度(land surface temperature, LST)在距市中心约8 km处达到峰值后沿城乡梯度逐渐下降,呈现“倒钩型”特征,这一现象与景观密度变化密切相关;③ LST与源(正向)、汇(负向)景观密度存在极强相关性,不透水表面是城区热岛的主要贡献因子;④ 相同密度的水体和绿地,水体更具有削弱城市热岛效应的功能;⑤ 一般当汇-源景观面积比>0.89(汇区密度>0.47)时,局部景观格局对城市热岛有缓解作用,且局部汇区越集中缓解效果越显著。     

城市群空间发育范围识别方法综述

城市群既是城市区域化的重要表现形式,也是区域工业化和城镇化发展到高级阶段的标志性产物。本文基于城市群多元化的概念演进历程,以城市群识别的技术方法和手段为主线,详细梳理了国内外学者对城市群发育范围划分和界定的研究历程,认为"概念本质的认识、界定标准的设定、最小分析单元的选用和识别方法的选择"是学术界对城市群空间范围识别难以共识的主要原因;理清了城市群空间发育范围识别和界定的研究脉络:以美国都市区划分为代表的传统社会经济指标法影响深远,奠定了西方国家关于城市群发育范围识别和界定的研究基调;采用引力模型对中心城市辐射范围划分成为当前中国城市群发育范围划分的主流;在明确识别对象的基础上,以GIS空间分析技术为手段,综合指标和模型多种方法为一身的集成模拟法,代表了城市群空间发育范围识别和界定研究的未来趋势。     

珠江三角洲城市热岛空间分布及热岛强度研究

进入21世纪,我国珠江三角洲地区城市化规模越来越大,研究该地区的热岛效应具有重要的现实意义。研究区21世纪初自动气象站点运行趋于稳定,数据质量好,为城市气候研究提供了数据基础。利用2000—2003年的珠江三角洲城市群自动气象站温度数据进行空间分析,统计热岛和冷岛出现的频率,总结空间分布规律,并对照土地利用类型图分析热岛区域与地表覆被的对应关系。计算每月热岛强度值,通过热岛的月际变化曲线,总结热岛的年变化规律以及昼夜差异。研究结果表明,研究区城市热岛呈现"六区两带"的空间分布格局;全年中夏季白天的热岛强度最大,并且夏季的热岛强度出现昼强夜弱的现象。     

Influence of urban expansion on the urban heat island effect in Shanghai

The urban heat island (UHI) effect resulting from rapid urbanization is attracting increasing attention among the global scientific community. This research analyzed the relationship between urban expansion and the UHI effect utilizing an integrated approach, including urban land interpretation and retrieving land surface temperature based on remote sensing, and spatial overlay analysis for revealing the relationship for different time periods between 1984 and 2014 in Shanghai, China. The results show that (1) the spatiotemporal changes in UHI are consistent with the expansion of urban land, and rapid urban expansion leads to an expansion of the UHI, in particular along roadways. (2) The mode of urban expansion is an important factor influencing the UHI effect. Urban sprawl (urban expansion in the edge-expansion way) is a form of typical expansion that leads to the rapid increase in the UHI. When the urban compactness ratio is less than 0.15, a compact design can effectively control the expansion rate of the UHI and mitigate its range of influence and intensity. However, when the urban compactness ratio is greater than 0.15, the urban design has a marked influence on the UHI ratio index: a more compact form produces a stronger UHI effect. So, finding an equilibrium between urban compactness ratio and urban expansion rate is good for effective urban management and planning.     

A historical review and assessment of urban heat island research in Singapore

This historical review of 20 studies since the 1960s examines the influence of urban development on the thermal environment in Singapore, a fast growing tropical island city‐state. Past observations are critically assessed with regard to experimental controls and station metadata. Given the availability of historical climate and developmental data spanning almost 50 years, changes in urban heat island (UHI) intensity and spatial coverage can be traced temporally. Rapid urban expansion in Singapore is clearly reflected in spatially and temporally changing air and surface temperature patterns. The nocturnal canopy‐layer UHI intensity – measured as the difference between the commercial urban core and undeveloped areas close to primary or secondary rainforests for example – doubled in magnitude between 1965 and 2004. At the same time, the spatial extent of the nocturnal UHI has also expanded with the development of new housing and industrial districts. The influence of the growing city is also reflected in surface temperature. Two satellite images dated 13 years apart demonstrate the encroachment of areas with high surface temperatures into previously cooler areas during daytime corresponding with new public housing estates and low‐rise residential areas or facilities being built. The results from our study contribute to the growing body of tropical heat island research. They provide baseline data for future research and urban development in the Singapore context and, more generally, offer important cues for urban planners to make tropical cities more sustainable.     

城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响研究进展

随着全球城市化的快速发展和气候变暖及极端高温事件的加剧,城市热岛效应已成为了21世纪影响人类生存发展的重要环境问题。因此,阐明城市热岛强度时空变化特征,揭示多空间尺度下的形成机制是人文地理学和气候学研究的热点和前沿交叉科学问题。从街道峡谷微观尺度、城市街区局部尺度和城市宏观尺度全面总结和系统梳理了城市空间形态对城市热岛效应的多尺度影响和耦合机制,提出了未来通过定量表征城市热岛强度、城市空间形态的空间格局、时间演化特征及规律,构建空间关系分析模型,进而揭示城市空间形态在不同时空尺度对城市热岛强度的作用机制,为城市规划、宜居城市建设以及气候变化的响应与适应研究提供理论指导。     

上海城市热岛与热浪协同作用及其影响因子

在全球变暖的背景下,热浪变得更加频繁。城市地区由于城市热岛效应在热浪事件中承受更大的风险。然而城市热岛与热浪之间的相互作用还少有研究。利用2016-2017年两个夏季（6-8月）上海城、郊气象站逐时气温、风速、相对湿度资料、城区徐家汇和郊区奉贤涡动相关通量观测资料对比分析了热浪和非热浪期间城市热岛强度的差异,并利用一个平流扩散解析模型揭示了城市热岛与热浪相互作用的物理机制。结果表明,热浪期间的城市热岛强度相比非热浪期间明显增强,且白天增强大于夜间,显示出城市热岛与热浪之间的协同效应。热浪期间城、郊相对湿度比值相对非热浪期间明显减小,表明热浪期间城区地表相对郊区变得更干,从而抑制了蒸发作用,加剧了城市热岛强度;平均风速也明显减小,平流降温效应减弱,对城市热岛强度起正反馈效应。热浪期间城区净辐射通量的增加大于郊区,使城区获得更大地表辐射输入;由于城区更少的植被覆盖和更多的不透水下垫面,热浪期间城区潜热通量略有降低,而郊区明显增加;城区感热通量增幅则大于郊区,这种感热和潜热通量分配的改变也加剧了城市热岛强度。本研究对城市如何应对加剧的热风险具有重要的科学指示意义。     

The socio-spatial dynamics of extreme urban heat events: The case of heat-related deaths in Philadelphia

Heat is the number one weather-related cause of mortality in the United States; typically punctuated by extreme heat waves. This study examines the relationship between the spatial distribution of vulnerable populations, satellite-detected urban heat island (UHI) and heat-related mortality distributions during a 1993 extreme heat event in Philadelphia, PA. Geostatistical methods are used to compare spatial distributions of vulnerability and to determine concentration of mortality within surface UHI intensity levels. The results suggest the spatial distribution of urban poor is congruent with heat-related death. Additionally, deaths are concentrated in higher order surface UHI intensity levels. The findings suggest that surface UHI measures and population in poverty are important variables in spatially measuring risk from extreme heat events. Coupling surface UHI measures with socioeconomic indicators of vulnerability may enable creation of risk models with improved spatial specificity to assist public health professionals. This approach is demonstrated by developing a linear regression model of potential risk in Philadelphia for the 1993 extreme heat event.     

基于遥感数据的苏州市热岛效应时空变化特征分析

城市化对于城市环境的一个重要影响是热岛效应.为了研究苏州市20多年来城市化进程对热岛效应的影响,采用遥感与GIS相结合的方法来定量的分析城市热环境的时空变化.根据1986和2004年两个时相的Landsat TM影像提取了研究区的土地覆盖以及亮温信息,在此基础上通过统计分析和GIS的缓冲区分析对这18a来苏州地区的热岛时空变化及其与土地覆盖变化的关系进行了深入研究.分析结果表明,城市热岛与城区的空间分布之间存在明显的一致性.     

北京地区城市热岛强度长期变化特征及气候学影响机制

选择北京地区为研究区,基于1967~2016年城市站（北京站）和城郊农村站（密云站）的长期气象观测数据,研究平均气温、最高气温、最低气温对应的城市热岛强度长期变化特征及其气候学影响机制。研究发现,过去50 a平均气温和最低气温对应的城市热岛强度显著增加,增温率分别为0.29℃/10a和0.45℃/10a,而最高气温对应的城市热岛强度则没有明显变化趋势;统计分析显示过去50 a北京地区相对湿度、风速和日照时数显著降低以及气温显著上升有利于城市热岛的形成,强化城市热岛强度;未来全球变暖和快速城市化背景下北京地区城市热岛效应将进一步加剧,形成更频繁和持续时间更长的夏季城市高温热浪,严重危及城市居民生产生活和生命健康。     

珠三角地区地表温度与土地利用类型关系

随着城市化进程的加快,城市气候与环境问题日益显现,尤以城市热岛效应最为突出。通过监督分类方法对TM遥感影像进行了土地利用分类,并运用TM热红外波段线性拟合模型进行近地表气温反演,分析城市热岛的空间分布及地域性差异,以及与土地利用类型的关系。结果表明:珠三角地区近地表气温与土地利用类型紧密相关,城市建设区形成高温中心,是热岛的主要贡献因子,植被和水体则有明显的冷岛效应;研究区热岛具有区域性集中与分散分布的特点,且以区域性热岛为中心向周边扩展;分析热岛强度剖面线发现,由于地形、植被覆盖度等因素影响,研究区热岛强度的南北差异较大,而东西差异较小;热岛分布与土地利用类型分布格局较为一致,但也有分布不一致性的区域,表现为城市热岛向非城市建设用地扩展。