2001—2020年中国地表温度时空分异及归因分析

地表温度（LST）变化对陆面过程的能量收支平衡与生态系统稳定有着至关重要的影响。本文基于MOD11C3数据,使用回归分析、GIS空间分析、相关性分析及质心模型等方法,分析了中国2001—2020年LST变化及其时空分异格局;运用地理探测器识别中国38个生态地理分区下LST变化的主导因子,进而探寻其形成原因。结果表明：① 中国2001—2020年LST气候平均值为9.6 ℃,整体呈东南及西北干旱区高、东北及青藏高原低,平原高、山区低的基本格局;LST与海拔呈显著负相关,相关系数达-0.66;第一阶梯负相关性最为显著,相关系数达 -0.76,LST递减率为0.57 ℃/100 m;② 中国2001—2020年LST倾向率为0.21 ℃/10 a,升温区占国土面积的78%,整体呈现“多核式升温,轴线式降温”的空间特征;③ 中国LST及变化具有显著的季节性特征,冬、夏两季均温空间分布较其他季节的差异较大且波动更为明显;季节性升/降温区的质心轨迹呈环状,且运动呈现出对应的季节性反向轨迹,降温区质心移动幅度更大,说明降温区的区域差异性和季节变异性较大;④ 中国LST变化由自然影响与人类活动共同驱动,其中自然因素贡献更大,日照时数和海拔是关键因子;两大主导类型在空间分布上与“胡焕庸线”高度吻合,其以东区域多以人类活动强度为主导并与地形因子共同作用,而以西区域则多以自然因素为主,通过与气候、地形、植被等因子的相互耦合从而增强/削弱LST变化幅度。本文可为应对气候变化、解析地表环境模式、保护生态环境等方面提供科学参考。     

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...     

基于MODIS的新疆地表温度时空变化特征分析

地表温度（LST）作为陆地环境相互作用过程研究中的重要地学参量,其时空分异与下垫面属性、地形地貌格局等息息相关。本文基于2000—2020年MOD11C3数据,采用GIS空间分析、空间重心模型及改进的半径法等手段,对新疆地区月、季、年及昼夜等序列时空尺度LST的分布特征及变化趋势进行研究,并借助LUCC、DEM等多源遥感数据进一步探讨各类下垫面、不同地貌单元及部分典型区域的LST垂直递减率、增减温及热（冷）岛效应等地理特征。结果表明：① 研究期间新疆年均LST为9.45 ℃,呈减温和增温趋势的区域分别占研究区面积的13.3%和86.7%,增温区域占绝大部分,故近20年研究区整体呈升温趋势（0.024 ℃·a^-1）,较全国高出约0.01 ℃·a^-1,其中春季增幅最大,冬季次之;夜间LST变化明显强于白天,春、夏两季昼夜温差均大于23.7 ℃,而冬季最小（约15 ℃）;研究区年际高、低温重心迁移轨迹大多分布于LST变幅较大区域,各月LST空间分布及高低温重心转移轨迹均表现出以7月为中点的年内强对称性规律。② 不同下垫面地表冷热环境空间分布差异较显著。其中以荒漠和裸土为主的未利用地年均LST最高（13.42 ℃）且昼夜温差最大（23.6 ℃）,高寒区冰川年均LST最低（-7 ℃）且昼夜温差（14.3 ℃）最小,其他下垫面年均LST在2.6~11 ℃之间,昼夜温差较小且较一致（平均16.75 ℃）。③ 东西走向的“三山夹两盆”地貌结构,使新疆LST的纬度地带规律被大幅削弱。研究区各山区（群）LST垂直递减率不尽相同,地处较高纬的阿尔泰山递变（0.63 ℃/100 m）最明显,山体高大的帕喀昆阿山群递变（0.57 ℃/100 m）次之,天山山脉递变（0.54 ℃/100 m）最小。另外各山区（群）山麓处均出现了不同程度的逆温现象,而山腰处LST垂直递减率线性拟合效果最佳。④ 本研究所选取的部分典型城市大都表现出不同程度的热岛效应。其中乌鲁木齐市热岛效应最为强烈,伊宁市其次,哈密市最微弱,而阿克苏市则表现出绿洲城市冷岛效应,但各城市热（冷）岛效应均存在一定环数（8环）范围的冷、热岛足迹。     

乌鲁木齐大气混合层厚度和稳定度与大气污染的关系

利用乌鲁木齐市4座10层100 m梯度气象塔2013年6月~2014年4月气象观测资料和7个环境监测站[WTBX]AQI[WTBZ]资料,计算并分析了大气混合层厚度和稳定度特征,探讨了大气混合层厚度和稳定度与污染的关系。结果表明：乌鲁木齐市混合层厚度夏季郊区高、城区低,冬季从南郊—城区—北郊随地势降低依次降低;夏季和冬季分别在1 559～1 772 m和526～1 156 m之间。地面至2 km以上每500 m高度间隔统计混合层厚度,500～1 000 m出现频率最多;月变化为6～9月基本在500 m以上,且每个高度区间其概率均超过10%,10月～次年2月1 500 m以上区间概率明显减小;日变化为中午13:00～16:00达到最高值,下午和傍晚迅速下降。白天较大的感热输送提供充足的热力条件,这也体现出白天以不稳定层结为主,夜间则以稳定层结为主。大气稳定度分类结果,夏季郊区和城区不稳定（A～C类）所占比例差不多,冬季北郊稳定（E、F类）所占比较最大、城区最弱。[WTBX]AQI指数冬季最大,从南郊—城区—北郊依次增大,这与采暖期污染物多、南郊比北郊地势高有利于扩散输送有关。总体来看,乌鲁木齐大气混合层厚度空间分布与气象要素、大气稳定度、地形等密切相关,对AQI[WTBZ]指数分布有重要影响,这对近地层大气污染状况预报有着重要的指导意义。     

深圳快速城市化中地形对景观垂直格局的影响

基于RS 和GIS 的支持, 以深圳市为案例研究地形对景观格局及其垂直分布的影响, 进行景观格局时空动态分析。文章指出, 人类活动对土地的干扰程度表现为从低平地区向高 峻地区递减, 从而导致在以山地占主体的盐田等区在城市化前期低于地势平坦的福田等区; 随着城市的进一步加深, 福田等区多样性指数则快速降低, 盐田等区相对降低很少, 或还处 于上升状态。多样性指数在高程带和坡度带上多时段变化表明: 在垂直空间上, 土地利用结 构的垂直分异是景观格局垂直分异内在原因, 多样性指数的空间曲线和时间曲线具有反“U” 形库兹涅茨曲线特征, 但是这种曲线变化特征需要到一定的城市化阶段才能形成, 并且曲线 特征随城市化的加深而更加明显; 在时间上, 低海拔和低坡度地区的多样性指数的动态特征 也有类似库兹涅茨曲线的反“U”形, 而且随城市化的加深, 具有这种特征的高程带和坡度 带均在上移。     

MODELLING OF LOCAL CLIMATE FOR PREDICTION OF ROAD SLIPPERINESS

Recent research for the Swedish Road Weather Information System (WIS) is discussed along with a method for determining temperature variations attributable to topography during different weather situations. Topographical areas are classified according to factors determining temperature differences. The investigation concentrates on areas where great temperature differences occur during different weather situations, producing a risk of local road slipperiness. Geographical factors analyzed and discussed include valleys, height differences, shadow areas, bridges, and regional climate. Cold air pool intensities are shown to be influenced by weather but a variation between different valleys also occurs owing to valley width, area of cold air production, wind shelter, and ratio between height and width of valley slopes. During neutral or unstable lapse rate conditions, the lowest road surface temperature is closely related to the air temperature and decreases with increasing altitude above sea level. Screened areas have a lower surface temperature than areas exposed to sun. Factors such as bridge size and type also affect road surface temperature on bridges. These different factors are integrated into a local climatological model. [Key words: topoclimatology, local climatology, modelling, road slipperiness, road surface temperature.]     

Spatio-temporal dynamics of land cover and land surface temperature in Ganges-Brahmaputra delta: A comparative analysis between India and Bangladesh

Land use and land cover (LULC) change in the Ganges-Brahmaputra delta (GBD) poses significant challenges towards future environmental sustainability of the region and requires regional scale monitoring of key bio-physical variables and changes in their inter-relationship over space and time. Focusing on the southern part of the lower GBD region along the international border of India and Bangladesh, this study examined the spatio-temporal variability of LULC change and its relationship with Land Surface Temperature (LST). Furthermore, LULC-LST relationships were compared between Indian and Bangladesh part and its trend in and around big cities (with more than 1 million population) and towns (with more than 100,000 population) was investigated. Results showed that LST changes were predominantly driven by LULC changes on both sides of the border. Urban growth is the dominant form of LULC change, and the rate of land change was faster in 2005–2010 time period than 1989–2005. Over the period of 21 years, mean January LST decreased by approximately 1.83 °C in Indian part and 1.85 °C in the Bangladesh part. Areas that changed from to rural from agricultural experienced decrease in mean LST, whereas those areas that changed to urban from either agriculture or rural, experienced increase in mean LST. The relationship between LULC and LST are same on both sides of the Indo-Bangladesh border. In bigger cities like Kolkata (in India) and Khulna (in Bangladesh), there is a high spatial variability in relationship between LULC and LST compared to large towns. The LULC-LST relationship in large towns in India was influenced by proximity to Kolkata and coastal areas, whereas in Bangladesh no such influence was evident. The results and the data produced in this study are crucial for monitoring LULC changes, for developing spatial decision support system, and thus will be helpful to address the current challenges of land management in the GBD region. Changes in the LULC and LST are important indicators of GBD's environmental health and access its vulnerability and thus the present findings serve as baseline information for future studies seeking to examine the impact of differential policies on the LULC change in the region.     

基于Google Earth和MODIS陆地数据的农林地转换对地表温度的影响——以长江中下游及毗邻地区为例

揭示耕地与林地转换对地表温度的影响对于认识人类活动的气候与环境效应具有重要意义。基于卫星遥感数据的统计分析是揭示土地利用/覆盖变化对地表温度影响的重要手段。但是,在景观破碎度较高地区,混合像元问题成为使用这一技术手段的主要限制性因素,中国南方长江流域尤为典型。为突破这一限制,论文基于Google Earth高清影像,在1 km尺度上辨识了200对耕地与林地纯像元,进而利用MODIS陆地数据产品,对比分析了耕地与林地的地表温度(LST)、叶面积指数(LAI)、地表反照率(Albedo)之差。结果表明：耕地的LST高于林地,白天和夜间温度分别约偏高2.75 ℃和1.15 ℃,并且温差因季节而异,白昼温差呈双峰(分别是5月和10月,温差约3.18 ℃和3.33 ℃),夜间温差为单峰(7月,约2.46 ℃)。同时,温差因地而异,总体表现为西高东低,陕甘交界处的白昼温差最大,年平均约为3.83 ℃;安徽中南部温差最小,约为1.1 ℃。耕地与林地的LST之差主要由蒸散发的差异所致。林地的LAI较大,蒸散发较强,地表向大气的潜热通量较大,用于直接加热地表的感热相对偏少,因而LST相对偏低。上述结果表明近年来长江流域及毗邻地区的耕地转为林地通过增加蒸发产生了一定的致冷效应。     

风电场风速规律分析及风电功率预报方法研究

利用陕西省某一风电场区域内的观测资料,分析了该风电场的风速规律,并引入最优训练 期方案,研究利用线性回归方法建立风电功率预报模型的可行性。结果表明：该风电场区域,不同 高度的风速及其高度间的风速差异均表现出最大值出现在夜间,最小值出现在白天,从低层到高 层的风速日变化趋势一致的特征。一日中,风速与风电功率在 09:00 ~ 17:00 时段的相关系数明显 小于其它时段。按照风速是否大于 5 m·s^-1 将训练期观测样本分为 2 组,可以明显改善风速与风电 功率的回归关系。以风机轮毂高度处的风速作为预报因子,并引入风电功率与风速之间相关系数 的日变化规律、以及不同风速量级下风速与风电功率之间回归关系的差异性,采用最优训练期方 案和一元线性回归方法建立的风电功率预报方程,具有预报误差小和最优训练期短的特点,满足 实际业务需求。     

闽南三市城镇发展与地表温度的空间关系

基于厦门、漳州、泉州三市1996—2017年的Landsat遥感数据与夜间灯光数据,应用总体耦合态势模型及协调性模型探讨了城镇发展与地表温度的时空耦合规律,并运用标准差椭圆、双变量空间自相关及景观指数分析两者之间的空间响应规律,结果表明：1996—2017年,闽南三市表征城镇发展变化的夜间灯光与地表温度的空间分布呈现出与地形、区位等因素的空间耦合性。三市夜间灯光与地表温度的总体耦合态势不断加强,协调类型逐渐增多;城镇发展早期,夜间灯光对地表温度的影响存在滞后性,在城镇发展后期,夜间灯光则对地表温度的影响呈超前性;夜间灯光与地表温度呈正相关关系,空间溢出效应明显。夜间灯光对地表温度的正向影响逐渐加强,其与地表温度的HH、LL聚集不断扩张;HH集聚连片趋势明显。厦门的城镇发展对地表温度的影响更显著,而在泉州、漳州则较弱。本文可为闽南三市热环境优化提供科学指导。     

NDVI、NDMI与地表温度关系的对比研究

通过研究归一化植被指数(NDVI)、归一化水汽指数(NDMI)与地表温度(LST)的相关关系,对比NDVI和NDMI定量分析LST的适宜程度。以Landsat 8遥感影像为数据源,以郑汴都市区为例,反演LST,计算NDVI和NDMI。从整体、分区、像元等不同层面分析NDVI和NDMI与LST的相关关系,并利用GEO-Da软件,分析150 m、300 m、450 m三种不同采样间隔数据的NDVI、NDMI与LST的空间相关性。主要结论为：①NDVI与LST的线性拟合度较差,而NDMI与LST具有很强的线性关系,剖面分析显示NDMI与LST呈显著负相关关系。②缓冲区分析结果表明,随着距城市中心距离的增加,用地类型增多,LST和NDMI之间的相关性逐渐增强。③在Moran's I空间相关性分析中,不同采样间隔下两指数与LST的负相关关系均比较明显,但由于水体在2个指数中数值的差异,使NDMI与LST表现出更强的空间负相关性,而NDVI与LST空间相关性则相对较弱。因此,总的来说NDMI是热环境研究的有效指标,与NDVI相比,NDMI与LST的负相关关系更强、更稳定,也更适宜于对LST的定量分析。     

中国天山积雪垂直分布异质性研究

基于2001—2018年MOD10A2积雪产品和MOD11A2陆地表面温度数据,采用精细分区统计和相关性分析方法,研究了中国天山不同海拔高度上积雪垂直分布特征及其与地表温度（Land surface temperature,LST）的响应关系。结果表明：中国天山积雪覆盖率（Snow cover percentage,SCP）随海拔的变化呈现春、夏、秋、冬4种不同的季节变化模式。SCP在海拔4200 m以下呈秋冬季增加、春夏季减少态势,在海拔4200 m以上呈秋冬季减少、春夏季增加态势。除冬季外,春、夏、秋3个季节的SCP与LST均具有显著强负相关性。     

城市地表温度与NDVI空间相关性的尺度效应

城市地表温度与NDVI的空间相关性已被广泛研究,但是其尺度效应常常被忽略,给研究结果带来不确定性。本文以郑州市为例,基于四幅Landsat8影像,经辐射传导法反演地表温度(LST),运用半变异函数识别地表温度的空间相关性分析尺度,并结合空间相关指数Moran's I,从多尺度、多季节、多邻接范围3个方面对地表温度与植被覆盖的空间相关性的尺度效应进行了探讨,结果表明：①LST和NDVI的单变量空间自相关和双变量空间相关尺度均在300 m左右;②300 m相关尺度内,单变量空间自相关性存在显著尺度效应,相比之下双变量空间相关性尺度效应较为微弱;③LST和NDVI的单变量空间自相关性和双变量空间相关性尺度效应均表现出明显的季节差异;④随着邻接范围增大,LST和NDVI的空间自相关性减弱,尺度效应更明显。因此度量LST和NDVI的空间相关性要考虑时空尺度效应,本文研究结果有助于进一步认识LST和NDVI间空间相关性的尺度效应。     

水体对湍流交换系数的影响*

本文根据边界层理论,计算水体附近湍流交换系数的变化。计算结果表明:白天整个水体上的湍流交换系数都比陆面上同高度的要小,并且有二个低值中心:一个靠近水面,另一个在约100m高度;夜间靠近水面的那层空气的湍流交换系数仍较小,但其上方的湍流交换系数要比陆面上大。水面上的湍流交换系数日变化小于陆面上,特别是靠近水面那层空气日变幅很小。同时指出:水陆间粗糙度的差异和稳定度的差异控制着水陆湍流交换系数的差异;前者是稳定的;后者有周期性的变化。     

美国山地降水量垂直分布的研究

根据美国西部山地资料,依据宏观地理因素和局地海拔高度因素从各种气候区域和不同纬度上选择典型坡地研究了降水的垂直分布规律。     

The impact of tree cover loss on land surface temperature: A case study of central Massachusetts using Landsat Thematic Mapper thermal data

Land surface temperature (LST) variability results from diversity in urban surface materials over space and time such that locations with impervious urban cover experience higher temperature and larger temperature variation compared to non-impervious cover. There is growing awareness that warmer temperatures in urban locations negatively impact city residents by increasing heat related death and energy usage during heat waves. However, little previous work investigates the linkages between urban tree cover loss events related to invasive species eradication and urban heat trends. This paper examines the variation in LST using Landsat-5 Thematic Mapper (TM) thermal imagery in Worcester County, Massachusetts where over 30,000 trees were removed since 2008 to eradicate the invasive Asian Longhorned Beetle (ALB), most of which existed in urban residential areas. Throughout the study area a 10% loss in tree canopy cover caused a 0.7 °C increase in LST whereas a 10% increase in sub-canopy impervious surface area exposed due to tree loss caused 1.66 °C increase in LST. The Burncoat and Greendale neighborhoods in northern Worcester experienced a combined 48% tree cover loss from 2008 to 2010 due to ALB eradication and an average relative LST increase of 2.4 °C (range 0.6–4.1 °C). Given that areas with an increase in exposed impervious surface produce greater temperature increases than areas of tree loss, future tree replanting efforts may focus on locations that reduce exposed impervious surfaces.     

Topographic, geologic and cavity effects on the harmonic content of tidal strain

Summary. The combined effects of topography, geology and cavities upon the measurements of tidal strains are considered. A theoretical model is proposed in which the topography and geology are modelled with finite elements, and the cavity (assumed to be elliptical) modelled using the analytical theory. The three effects are then superimposed to form a total model. Previous experimental results obtained for the solid tidal strain in Eastern Australia (Blair & Sydenham) are compared with the present theoretical model and reasonable agreement is found assuming values of the Love numbers for the Gutenberg—Bullen A earth model in which h = 0.61 and l = 0.08 (Farrell). Further experimental results are presented for two strain meters, only one of which is not significantly influenced by the cavity. The relative difference, in harmonic content between the recordings of both strain meters is compared with that predicted by the theoretical model.     

黑河中游夏季昼夜水汽同位素特征及水汽来源分析

基于2012年6~8月的实测水汽同位素数据及相关气象数据,对黑河中游夏季昼夜的同位素基本特征、水汽来源方向及潜在蒸发源地进行了研究。结果表明：空气水汽线斜率白天大于夜晚和水汽过量氘值白天大于夜晚,综合说明白天局地蒸发较夜晚强烈;夏季受西风水汽影响显著。其中,6月主要受西风水汽和北冰洋水汽影响,7、8月主要受西风水汽和东南方向水汽影响,且8月受东南方向水汽影响最为明显;水汽运移路径上下垫面地形和气压带移动会影响水汽后向轨迹高度,西北方向上水汽输送通道较顺畅,风速较大,有利于水汽的输送;水汽蒸发源地主要集中在研究区周围及以东、以北部,其次是西北部。绿洲是主要的水汽蒸发源地,其次是城市和河流,白天较夜晚局地蒸发强烈且面积大。     

基于MODIS日地表温度产品的兰州市热岛效应特征

由于MODIS 8 d地表温度产品和Landsat热红外波段很难准确反映地表温度的日变化,这导致由此得到的热岛效应结果不够准确,因此利用MODIS日地表温度产品1天4次的数据来分析长时间段上的热岛效应变化和已有将日地表温度转换成月和年地表温度的算法得到月和年地表温度值,以兰州市为实验区分析了2002-2015年兰州市的热岛变化特征,结果表明：兰州市热岛效应总体上处于增长趋势,2002-2009年波动变化,2010-2015年平稳增加。空间上由中部逐年向北部永登县和皋兰县方向扩展;兰州市热岛的月变化特征分为两个部分,1～5月呈“人”字形变化;6～12月整体下降,空间上表现为东北和西南向条带中心紧缩;兰州市热岛季节变化表现为：夏季>春季>秋季>冬季,空间上在兰州的中心位置以及延伸至榆中县的东南角高温区面积增减。研究表明MODIS日地表温度产品能更加准确地评价区域尺度热岛效应的演变特征。     

松嫩草原地形分异对土壤动物分布格局的影响

松嫩草原土壤动物的分布格局受多种因素的综合影响,地形通过影响其他环境因素进而能够影响土壤动物的分布格局。本研究分别在松嫩草原固定沙丘和草甸选取5个生境,进行为期一年的土壤动物群落调查,分析土壤动物生态分布特征和多样性特征,探讨地形和时间对土壤动物分布格局的影响。结果显示,研究期间获得土壤动物密度为5144.62 ind·m^-2,所获土壤动物隶属于4门8纲24类;不同生境土壤动物多样性指数随时间变化规律存在一定的差异性,方差分析发现,时间和地形对土壤动物数量特征和多样性特征具有明显的作用,但是地形和时间对土壤动物群落的交互作用不是十分明显。因此,地形分异能够显著地影响松嫩草原土壤动物的分布格局,这可能主要与生境的生物和非生物特征有关。