长沙市热岛效应时空特征变化研究

本文基于1991-2015年长沙市9景Landsat TM/ETM影像,采用单窗算法反演了长沙市建成区的地表温度,提取了土地利用/覆盖类型,并结合相关资料对长沙市热岛效应时空变化特征以及城市热环境与城市土地利用/覆盖变化之间的关系进行了分析。结果表明长沙市热岛范围随着建成区范围的扩大不断增大,并且热岛的时空演变与建成区扩大的趋势一致：1991-1996年,长沙市热岛向东发展迅速,截至1996年东部热岛面积增加达53.54 km² ;1996-2003年,受城市建成区扩展影响,热岛向西部延伸,增加面积达39.88 km²;2003-2007年,建成区热岛向西部、南部加速发展,热岛增加总面积达33.55 km²;2007年后,长沙市建成区与热岛范围开始向东、西、南、北4个方向全面扩展。此外,建成区土地利用/覆盖情况发生了很大的变化,大量绿地转变为建设用地和耕地,极大地影响了地表温度的空间分布,各土地类型之间的温度差异显著缩小,水体良好的吸热性能明显地体现出来,建筑用地和裸地则对地表温度的贡献显著增大。     

近20年来福州城市热环境变化遥感分析

城市热环境是城市微气候的重要组成部分,已成为近年来的研究热点。受制于卫星传感器较低的热红外波段空间分辨率,此类数据反演得到的地表温度难以反映城市热环境的实际情况。为解决这一困境,本文利用空间降尺度HUTS算法反演得到30 m空间分辨率的福州市中心城区1994年5月12日、2003年5月29日和2016年7月27日3个时相的地表温度影像。在此基础上,结合土地利用等数据对热环境的时空变化做定量分析,并进一步引入景观指数,分析近20年间福州市中心城区高温度等级斑块的形态变化。结果表明：① 近20年间随着城市拓展,福州市建成区的高温区域面积从35.75 km²增加到184.11 km²,高温度等级斑块不断从市中心向四周扩散;② 市中心的特高温斑块和高温斑块趋向破裂、分散,聚集程度下降,次高温斑块的面积与占比均大幅提升,成为建成区内高温区域的主要组成部分;③ 城市热岛比例指数URI由0.39上升到0.52,热岛效应明显加强。总体上,近20 a间福州市建成区的热环境变化较大,其中鼓楼区南部、台江区和晋安区南部的高温区域聚集现象有所改善,而仓山区、马尾区和闽侯县的大部分区域在经历快速城市化过程后温度等级明显升高。     

北京城区不透水地表盖度变化及对地表温度的影响

基于QuickBird高分辨率影像、LandsatTM影像及夜间灯光数据,设计了集成CART（Classification and Regression Tree,）算法和多源遥感数据估算亚像元级不透水地表盖度的技术方案,采取适用于典型温带半干旱地区的ISP（Impervious Surface Percentage ）提取方法,提取2001年和2011年北京城区不透水地表盖度,并将不透水地表盖度分为3类,ISP为10%~60%的区域为低密度区,60%~80%的区域为中密度区,大于80%的区域为高密度区。同时采用单窗算法反演2001年和2011年地表温度,对2001-2011年北京六环以内城区不同环路区域ISP发展趋势,以及其与地表温度的相关性进行分析。结果表明：（1）北京城区的不透水地表盖度变化主要集中在低密度区域,与之相比,中密度区域和高密度区域不透水地表盖度变化不大。2001-2011年来北京五环以内区域由于城建区较多,整体不透水地表变化并不明显,主要变化区域集中在五环至六环以内区域,其中低密度区增长明显,中密度区和高密度区主要增长集中在东部,可以看出,近年来五环至六环以内区域发展迅速,城建区范围不断扩大。（2）相较于2001年,2011年北京市中心地表温度明显上升,高温区聚集程度更为明显。其中四环以内地表温度与周边区域地表温度相比,温差明显增大。（3）通过对比2001年和2011年各密度区平均地表温度发现,相较于2001年,2011年北京市六环以内城区各密度区之间的地表温度差异更大,城市热岛效应更为明显。（4）2001年和2011年北京城区各环路区域内不透水地表盖度与地表温度均呈正相关。四环至六环区域,地表温度随不透水地表盖度变化的趋势相近。ISP在10%~20%的区域,地表温度随不透水地表盖度增高而上升的速率明显高于其他区域,ISP大于20%的区域地表温度上升速率下降,且趋于一致。     

基于地表通量特征的城市不透水表面定量热红外遥感反演

城市不透水地表格局通过改变城市下垫面结构,引起地表反照率、比辐射率、地表粗糙度的变化,从而对地表辐射和能量平衡产生直接影响。不透水地表能增强地表显热通量,导致地表波文比升高,因此地表波文比的空间差异可推算城市人工不透水表面的分布。本研究选择北京市为实验区,应用Landsat TM卫星热红外遥感数据,采用PCACA模型及理论定位算法,对城市地表波文比进行反演,进而计算遥感地表波文比空间分布数据与城市不透水表面比例数据之间的相关关系,构建回归方程,实现北京市城区与近郊区人工不透水表面百分比分布的定量估算,最后以高分辨率遥感数据获取的城市人工不透水表面比例数据进行结果验证。结果表明,采用PCACA模型定量反演城市地表波文比数据,利用地表波文比数据与不透水表面比例数据之间的相关关系可实现城市人工不透水表面百分比数据的定量估算;波文比值不仅可在遥感像元水平定性判定不透水像元,还可对混合像元中的不透水比例进行较高精度的定量反演,其相关系数R²值为0.731。此方法有效地揭示了城市不透水下垫面对地表热通量影响的机制以及空间定量关系。     

煤矸石回填地基的环境效应研究

为了弄清楚煤矸石回填地基对复垦区的环境效应,以开滦矿区吕家坨复垦新村为例,介绍了地基回填煤矸石工艺,分析了煤矸石化学成分及其含量;采用室内淋溶实验,对pH、总硬度(CaCO3)、F-、SO2-4、Pb、Cd和Cr6+浓度等地下水环境质量指标进行分析,探讨了煤矸石回填地基对水环境的影响;讨论了煤矸石回填地基对大气质量的影响;参照《城市放射性废物管理办法》规定,评价了回填地基煤矸石的放射性对人体健康的危害.结果表明:通过现场振动压实试验确定了回填地基分层充填、分层振动压实参数及碾压趟数,确定按照煤矸石与土体积之比5∶2进行回填,若回填一层厚500 mm煤矸石,则要回填一层厚200 mm粉煤灰或土,地表覆土厚度确定为0.5m;煤矸石中SiO2和Al2O3含量较高,属基性岩类,同时煤矸石含有炭、铝和CaO等物质,易发生水解和风化等现象;地基分层回填压实的复垦工艺减少了煤矸石中有害物质的释放量,降低了污染物的迁移速度,不会对水环境造成污染;地基回填煤矸石也显著减少粉尘和有害气体的排放量,降低对大气的污染;研究区煤矸石不属于放射性废物,不会影响人体健康,可作为建筑材料使用.     

天津市滨海新区近20年城区时空演变特征及驱动力分析

以天津市滨海新区2000―2020年每间隔5年的Landsat系列遥感影像作为数据源,利用基于MNDBI的建筑指数方法提取城区建设用地区域范围,在此基础上通过计算建设用地扩张速率、扩张强度、紧凑度、分形维数和重心迁移距离等量化指标探讨分析天津市滨海新区2000―2020年时空演变特征,并结合社会经济、人口等数据分析驱动力因素的影响机制。结果表明,随着时间的推进,滨海新区建设用地面积在近20年间扩张了近5.6倍,尤其是三大主城区范围内的建设用地扩张较为明显,2010―2015年扩张速率最大,2005―2010年扩张强度最强;城区形态由离散、扩张无规律逐渐变得紧凑、合理分布,城区重心总体向西南方向迁移;人口、经济和政策因素对城区建设用地扩张有着重要的驱动作用。     

2005-2016年北京中心城区热岛时空格局及影响因子多元建模

城市热岛效应作为城市范围的一种典型气候特征,在近年来受到了广泛的关注。了解城市热岛时空演变及形成原因对缓解城市热环境和提高人居舒适性有着重要意义。以北京市中心城区为例,首先,基于Landsat卫星2005、2010、2016年的热红外影像数据反演得到地表温度,采用均值标准差方法对地表温度进行划分得到多等级的热岛强度,分析城市热岛的空间格局和随时间的演变规律;其次,提取不透水层、植被、裸土和水体4种典型地物类型,统计不同年份下各热岛强度之间的转移信息并计算相关的热力景观格局指数;接着,依据离市中心的距离将中心城区分为30级缓冲区,统计分析每一级缓冲区内各地物类型的面积比例与热岛强度信息。最后,以各地物类型的统计数据,结合离市中心的距离,建立各影响因子与热岛强度之间的多元关系模型,综合分析地物类型和市中心的距离变化对城市热岛的影响。结果表明：北京中心城区整体热岛强度呈逐年增长的趋势,高等级热岛强度的热力斑块面积逐步扩张,热力景观类型的多样性随时间推移呈下降态势。不透水层对热岛强度的影响较大,具体表现为不透水层盖度越高,热岛强度越大;热岛强度随离市中心距离的增大逐渐降低。     

广西XL矿泉水文地球化学特征及其热温度评价

XL矿泉水含有多种微量元素及特殊组分,是一处优质矿泉水。根据地面调查、钻探资料对矿泉水的出露条件、地热异常分布进行分析,认为矿泉水的出露受北西向断裂控制,地热异常集中分布于断裂端点。根据水质监测资料对矿泉水的水文地球化学特征及其成因进行分析,指出矿泉水主要接受大气降雨补给,大气降雨渗入地下后沿断裂带进行深循环,截取大地传导热流而被加热,被加热后的地下水与围岩发生化学作用,使得围岩中的一些组分及微量元素溶解于水中而富集,从而形成了矿泉水的特殊组分。文中还依据矿泉水中的一些组分含量对热储层的温度进行推算。     

TM热波段图像的地表温度反演算法与实验分析

目前利用LandsatTM热波段数据反演地表温度有3种算法:辐射传导方程法、单窗算法和单通道算法。辐射传导方程法由于计算过程复杂且需要实时大气剖面数据,因而实际应用较为困难。单窗算法和单通道算法对Landsat热波段反演地表温度能获得较高精度。单窗算法所需的大气参数包括近地表气温和大气水分含量,单通道算法所需的大气参数仅为大气水分含量。地表辐射率为这两种算法共有的关键参数。本文以福建省福州市为研究区,使用1989年6月15日LandsatTM数据,利用单窗算法和单通道算法对研究区进行地表温度反演,并将这两种算法的反演结果与研究区反演的亮度温度进行了比较,结果表明:(1)两种算法反演的结果总体趋势比较接近,但单窗算法的结果相对于单通道算法较低,二者相差约2.45℃;(2)两种算法的结果与亮度温度相比,单窗算法要高出约2.84℃,而单通道算法则要高出约5.28℃。     

基于长时序MODIS数据的中国城市昼夜热岛强度时空特征

随着我国城市化进程的加快,城市热岛难显缓解之势,有关土地利用/覆盖类型、城市规模、城市形态对城市热岛的影响已有较多研究,尚缺少气候背景对我国城市昼夜地表热岛强度的影响研究。本文通过长时序的MODIS地表温度数据,从年均、季节和昼夜3个时间尺度,从全国、气候带、城市3个空间尺度探讨了我国347个城市昼夜地表热岛强度的空间分布特征以及时间变化规律。结果表明：(1)昼夜差异：我国城市年均地表热岛强度白天（1.25±0.81℃）高于夜晚（0.79±0.43℃）;(2)季节差异：昼夜地表热岛强度在不同季节表现不同,白天表现为夏季高,冬季弱,夜晚四个季节差异不大;(3)气候带差异：昼夜地表热岛强度分布呈现明显的空间分异。白天地表热岛强度表现为热带及亚热带地区高于温带及高原地区,其中南亚热带表现为最强,高原气候区最弱;夜晚则表现为温带高于亚热带、热带及高原地区,其中中温带最强,北亚热带最弱;(4)时空变化：白天地表热岛强度年际呈非显著下降趋势（|Z|<1.96）,而夜晚呈显著上升趋势（|Z|>1.96）;昼夜地表热岛强度年际变化存在季节差异,白天地表热岛强度夏季上升趋势显著高于其他季节,...     

基于支持向量机的京津冀城市群热环境时空形态模拟

城市群热环境作为区域生态重要组成部分,已成为近年来的研究热点。而如何选择针对城市群这种复杂地地貌特征的热环境量化工具一直是亟待解决的技术难点,基于此本研究提出了一种解决多样本、非线性、非平稳及高维函数拟合的计算方法,并建立了基于支持向量机(SVM)的京津冀城市群热环境曲面模型来揭示城市群热环境的时空形态变化。研究结果表明：① SVM模型在刻画多核心、多种土地利用类型城市群热环境的空间分布方面具有理论与实践可行性,能够根据热环境的整体空间布局通过高斯核函数进行局部优化差值,最大限度减少缺省值对模型拟合结果的影响。相比于对照方法可以模拟出更高精度的复杂地貌特征城市群热岛空间分布格局;② 在SVM模型曲面拟合的过程中,拟合精度和拟合时间是衡量拟合结果的重要指标,而原始影像的分辨率则是影响该指标的决定性因素;③ 2003-2013年区域内北京市与天津市的城市热岛效应变化最为明显,热岛面积分别增加7091 km²与4196 km²,空间上呈现出逐年接近连片发展趋势,热岛重心移动轨迹具有明显的时空分异性。北京城市热岛特征为东南部地区异速增长,西部地区缓慢增长;天津城市热岛特征为以城市中心为圆心向周围扩展。本研究进一步丰富了城市群热环境评测的定量方法,可以在实践上对城市群的城市规划、城市建设、环境保护和区域可持续发展等提供定量化、可视化的决策支持。     

基于GIS的城中村改造规划绿地景观格局分析

城市绿地是改善生态环境,提高市民生活质量的公益性基础设施。武汉市城中村改造工作十分注重城市公共利益的保障,在改造规划中优先落实绿地、规划道路等强制控制用地的指标,因而必然对城市绿地空间格局产生影响。本研究以景观生态学基础理论为依据,利用地理信息系统技术,对武汉市中心城区城中村改造规划范围内的绿地空间信息进行处理,然后进行景观格局分析,进而依据分析结果对城市绿地布局规划进行评价,以期为今后的城中村改造规划编制提供一定的参考借鉴。     

北京市TM图像城市扩张与热环境演变分析

北京城市规模的扩大,对城市环境的影响越来越显著。本文利用3期TM数据对北京市城市扩展、植被变化及其环境影响进行了分析。首先对图像进行辐射归一化,然后分别提取城市用地扩展信息和植被变化信息。并利用普适性单通道算法反演了地表温度,分析了热环境的变化。结果表明,城市扩展区和热状况加重区具有很好的对应性,而植被增加区则对应着热状况减轻区和热状况基本未变化区。城市扩展和热状况加重具有相似的规律,都是从市中心向外围呈辐射状蔓延,与北京市的环状城市结构相符合。     

森林脑炎时空分布特征和环境影响因素分析

森林脑炎作为一种蜱传自然疫源性疾病,其空间分布与环境关系密切,探索其时空分布模式与环境因子对其影响机制对于掌握和预测森林脑炎的发病风险区域具有重要意义。本文以我国东北疫源区（黑龙江省、吉林省和内蒙古自治区）为研究区,通过统计分析和空间自相关分析探究了2005—2015年森林脑炎时空分布特征,进而运用地理探测器模型探讨森林脑炎空间分布影响因素及其指示作用。结果表明：① 研究区内森林脑炎发病率在2005—2015年有明显的增长趋势和季节性发病特征,且其发病率具有较强的空间集聚模式,主要有2个大的热点集聚区;② 从整个研究区来看,植被类型、土地利用、年均气温、土壤类型、5—8月均气温、坡度、高程和年均降雨量是森林脑炎发病率空间流行的主要环境影响因素;③ 对于所筛选的环境指示因子而言,各指示因子对森林脑炎发病风险的影响程度存在差异,即各因子的各类型（范围）内,森林脑炎发病率不同;各指示因子两两之间的相互作用对森林脑炎的发病风险具有显著增强效应。研究结果可为研究区及全国森林脑炎疫情的有效控制提供科学依据和决策支持。     

城市地表热辐射方向性研究进展综述

热辐射方向性是指从不同方向观测同一目标地物时,测得的热辐射值各异的现象,通常体现为方向性辐亮度或亮温各异。随着高空间分辨率遥感数据的出现,面对高精度地表温度产品的需求,热辐射方向性效应不可忽视,如今已成为热红外遥感重点关注的问题之一。对于物质组成不均一、几何结构复杂的城市地表来说,热辐射方向性尤为显著。本文整理、分析了在城市地区开展的一系列热辐射方向性观测试验和正演模型,其中也包括一些对地表温度真值的有益探索;并对城市热辐射方向性强度的影响因素进行了归纳,包括观测季节与时间、地表几何结构、材料自身的物理属性、观测角度、视场角等,这些因素会使热辐射方向性的强度呈现出一定的时空规律性。最后,针对提高城市地表温度的反演精度、如何更好地开展城市热辐射方向性研究提出了5点展望。     

基于地理探测器的中国中部城市土地绿色利用效率时空演变及影响因素研究

中部崛起战略后,中国中部六省（湖北省、湖南省、安徽省、山西省、江西省和河南省）经济快速发展,建成区面积不断扩张,不仅威胁粮食安全,更加剧资源环境约束。在此背景下,本文采用2007—2018年中部六省80个地级市面板数据,并运用Malmquist-Luerberger指数、重心模型、空间计量模型和地理探测器模型分析中部六省80个地级市土地绿色利用效率时演变、重心移动轨迹变化及其影响因素情况。结果表明：① 2007—2018年中部六省土地绿色利用效率增长是靠技术进步“单轨驱动”的。② 城市土地绿色利用效率值表现出明显的空间分异特征,且重心总体向东北方向移动。③ 中部六省各地级市之间土地绿色利用效率存在空间依赖性和空间溢出效应。④ 除城市建设用地面积外,城镇化率、产业结构高级化水平、经济发展水平、外商直接投资额均正向影响中部六省80个地级市土地绿色利用效率。其中,各个影响因素对土地绿色利用效率的影响从强到弱依次为产业结构高级化水平、外商直接投资额、建设用地面积、城镇化率、经济发展水平。     

一种基于移动窗口的城市绿度遥感度量方法

针对城市绿度空间分布特征难以描述且合理性难以度量的问题,在基于多光谱遥感数据和激光雷达数据（LiDAR）获取高精度城市建筑物与绿地信息的基础上,本文提出一种基于移动窗口的城市绿度遥感度量方法。其通过遍历研究区像元,建立了移动窗口内的城市绿地面积与固定窗口面积之间的关系,计算了中心像元的绿度指数,并与传统的格网法、缓冲区法进行了比较。研究结果表明：该方法建立的绿度指数,能很好地反映城市居民在区域内接触城市绿地的概率及其空间分布特征,与格网法和缓冲区法相比,有效避免了格网法产生的边缘效应,并解决了缓冲区法空间不连续性的问题,实现了区域范围内任意点的城市绿度度量。该方法为城市绿地度量、城市规划、管理提供了一种新视角。