厦门城市不透水面及其热环境效应的遥感分析

当前,城市空间的快速扩展使得原来以植被、水体为主的自然景观逐渐消失,取而代之的是以不透水面为主的人工建筑物,这一改变已对区域乃至全球的生态环境造成了显著的影响.本研究以海峡西岸中心城市——厦门市为研究区,以1989年、1996年和2009年的Landsat-5 TM影像为主要数据源,采用归一化差值不透水面指数(NDISI),研究了厦门市在这期间的不透水面分布的时空变化.结果发现,厦门市不透水面面积在这20年间扩展了近7倍,其增长主要占用了大面积的植被和水体.回归分析表明城市不透水面与地表温度呈明显的指数型正相关关系,而与植被、水体面积呈线性负相关关系.     

城市不透水面高光谱遥感监测研究进展

1995年Ridd提出VIS模型以来,城市不透水面便成为遥感应用领域中较为关注的问题。在城市遥感研究中,不透水面不仅仅是城市重要的物质组成,同时也对城市地表环境产生重要的影响。另一方面,随着遥感空间分辨率和光谱分辨率的提高,城市不透水面的提取在理论方法、技术路线等方面都得到了很大的提升。尤其是高光谱数据的发展,基于城市不透水面物质光谱信息的混合像元分解成为当前研究的热点。本文就城市不透水面在遥感应用领域的历史发展状况进行梳理和剖析,清晰化城市不透水面研究的状态,并介绍当前研究方向,为城市不透水面研究提供引玉之砖。主要讨论的内容包括:不透水面的内涵和物质组分研究、不透水面提取的技术方法进展、不透水面数据源/尺度变换等方面的进展以及不透水面研究的未来发展方向,尤其是基于高光谱数据的不透水面研究中的热点和存在的问题。     

基于混合光谱分解模型的城市不透水面遥感估算方法

城市不透水表面是城市发展建设的一种地表水不能直接下渗到土壤中的人工地貌特征,包括城市中的公路、车道、人行道、停车场、建筑屋顶等。城市不透水面是城市最基本的组分之一,其覆盖状况随城市发展的变化产生一系列生态环境效应。本文应用Landsat7-TM影像,基于线性混合光谱分解模型,提取了北京城市不透水面分布并对其进行分析。     

哈尔滨市城乡结合部不透水面时空变化及驱动力分析

本文选取哈尔滨市城乡结合部为研究区,以1984年、1993年、2002年和2010年的TM影像数据为数据源,利用混合像元分解方法提取了哈尔滨市城乡结合部的不透水面信息。分析了不透水面的时空变化特征。选取坡度、坡向、DEM、距河流距离、距高速公路距离、距铁路距离、距主要路距离和距1984年城区距离8个因子,利用增强回归树法进一步分析了1984-2010年哈尔滨市城乡结合部不透水面扩张的主要影响因素。结果表明：1984年哈尔滨市城乡结合部不透水面所占比例为3.9%、1993年为6.6%、2002年为9.0%、2010年为16.52%。高速公路、铁路、主要路等交通要素带动周边地区的发展,从而导致道路沿线城市扩张速度较快。     

半城市化地区不透水面遥感提取优化方法研究北大核心CSCD

快速、准确获取不透水面的空间分布信息对加快城市化进程及城市规划具有重要意义。目前多数研究注重提取大城市不透水面,忽略了不透水面占比较低的半城市化地区,而传统不透水面提取方法在半城市化地区适用性差,存在大量不透水面与裸土混分。该文在BAEM(Built-up Area Extraction Method)指数的基础上,针对半城市化地区存在大量裸土以及建筑密度低的特点,选取Sentinel-2A作为数据源,分别从指数选取和阈值方法两方面展开优化,提出一种适用于半城市化地区的不透水面提取指数MBAEM(Modified BAEM),并在江苏省淮安市盱眙县和淮阴区开展实证研究。结果表明:1)基于MBAEM指数和OTSU阈值法的优化方法提取效果最好,盱眙县和淮阴区的总体精度分别为89.50%和89.73%,Kappa系数分别为0.7907和0.7950;2)相较于传统BAEM指数提取方法,MBAEM指数较好解决了部分不透水面与水体、裸土混分的问题;3)相较于归一化建筑指数、遥感建筑用地指数、组合建筑区指数,MBAEM指数的总体精度和Kappa系数均有不同程度的提升,且优化方法的提取结果在空间分布上更接近真实结果。     

基于Sentinel-2数据的不透水面识别方法与应用研究

快速、准确获取不透水面的空间分布信息对揭示城市发展与生态环境的关系具有重要意义.该文提出一种基于Sentinel-2数据的不透水面识别方法(Impervious Surface Identification Method,ISIM-S2),首先基于分层分类思想,利用多种指数算法剔除裸土和不透水面以外的地物,得到不透水面靶区,然后采用主成分分析对裸土和不透水面进行分离.为验证ISIM-S2的普适性,将其应用于北京、长春、广州和昆明4个不同地理环境下的研究区,并与生物物理综合指数、不透水面综合指数、比值居民地指数的提取结果进行对比,结果表明:ISIM-S2方法降低了云、水体对不透水面的影响,能有效改善不透水面提取中与裸土的混淆,在上述4个研究区不透水面总体识别精度分别为92.56％ 、95.78％ 、92.70％ 和91.68％,优于其他3种指数,且该方法操作简单、易实现,可为不透水面有效识别提供一种新途径.     

粤港澳大湾区不透水面变化及城市扩展研究

监测和分析不透水面的动态变化不仅能了解城市化进程,而且对城市未来发展规划具有重要意义。该文基于Landsat TM、ETM+、OLI和HJ-1A、B数据,结合地表特征指数变化,分析1990-2020年粤港澳大湾区不透水面的时空扩展变化,并利用象限方位分析方法探索城市扩展模式,进而揭示社会经济因素和政策因素的影响。研究结果显示:1)粤港澳大湾区不透水面的扩展主要集中在1990-2010年,后10年扩展速度最快,对耕地面积的影响最大,其次为林地和湿地;2)近30年粤港澳大湾区不透水面扩展主要呈东—西向,重心沿东南—西南—西北方向迁移,区内城市不透水面扩展模式主要为跳跃式组团扩展和沿交通轴线带状扩展,对城市群的空间格局产生巨大影响,未来应加强粤港澳大湾区东西两翼的协同发展,增加城市的绿化设施建设,避免城市扩展带来的生态环境问题。     

哈尔滨市中心城区不透水面时空变化及驱动力分析（英文）

Associated with the rapid economic development of China, the level of urbanization is becoming a serious concern. Harbin, the capital city of Heilongjiang Province, China and one of the political, economic, cultural, and transportation centers of the northeastern region of China, has experienced rapid urbanization recently. To examine the spatial patterns of long-term urbanization and explore its driving forces, we employed the impervious surface fraction derived from remote sensing image as a primary indicator. Specifically, urban impervious surface information for the central city of Harbin in 1984, 1993, 2002, and 2010 was extracted from Landsat Thematic Mapper image using a Linear Spectral Mixture Analysis(LMSA). Then, the spatial and temporal variation characteristics and the driving factors of percent impervious surface area(ISA) changes were analyzed throughout this 26-year period(1984 to 2010). Analysis of results suggests that:(1) ISAs in the central city of Harbin constantly increased, particularly from 1993 to 2010, a rapid urbanization period;(2) the gravity center of impervious surface area in the central city was located in Nangang District in 1984, moving southeast from 1984 to 1993, northwest from 1993 to 2002, and continuing toward the southeast from 2002 to 2010; and(3) the urban growth of the central city can be characterized as edge-type growth.     

基于不透水面的中国县城建成区识别与时空演变研究

县城建成区的时空演变特征是县城发展状态的重要指示器,对新型城镇化和乡村振兴战略决策具有参考价值。本研究基于不透水面数据构建中国县城建成区的识别方法,提出县城建设集中度指数,并由此揭示了2010—2020年中国县城建成区的时空演化特征。研究结果：(1)本研究建立的技术方法可有效识别中国县城建成区边界,制备的30 m×30 m数据集精度高于已有的典型数据集。(2) 2020年,中国超过64%的县城建成区面积在10 km²以下,面积超过20 km²的县城主要集中在黄淮海平原、长三角、海峡西岸以及湘、赣、川的省会都市圈。2010—2020年县城建成区扩张较快的县域主要集中在中西部省份,且呈现出在西南地区空间集聚的特征。(3) 2010—2020年近60%县域的县城建设集中度增加,县城建设集中度较高的县域集中在中西部地区。总体上,地形起伏度越大,县域经济发展水平越高,县城建设集中程度也越高,且随着时间变化集中趋势不断增强。研究认为,应当加强对县城建设用地的动态监测,提高建成区土地的节约集约利用水平,做大做强县城,推进以县城为重要载体的新型城镇化建设和城...     

城市不透水面与降雨径流关系研究

城市不透水面增加对降雨径流关系有着重要的影响,本研究选择位于福州城区内的厦坊溪和解放溪2个流域,在流域尺度上研究现状和城区未来扩展过程中对应的不透水率及其与降雨一径流关系．研究结果表明不透水率与径流系数在不同降雨情况下都成正相关的线性关系,尺。达到0．9以上;随着降雨量的增大并伴随着前期湿润度由干到湿变化,虽然不透水率对地表径流的影响有所弱化,但整体而言,城市不透水面的增加导致相同降雨情况下径流系数增加,并增大城市排水系统负担．利用研究结果,论文最后从保护河网水系、合理规划城区发展、完善排水系统和加强绿地系统建设等方面对城市规划提出建议．     

基于UCI指数的1988—2021年莆田市城区不透水面时空演变分析

基于时序Landsat影像采用城市组分指数(urban composition index, UCI)获取1988—2021年莆田市城区不透水地表分布图,综合分析莆田市城区不透水面的时空变化特征,探究其演化的相关驱动因素。结果表明：1988—2021年莆田市城区不透水面面积呈增长趋势,增加面积为127.42 km²,扩张速度由快变慢;空间分布为分散-聚集格局,主要扩张方向为东南沿海方向,以市中心为内核不断完善周边建设,以交通为轴向进行带状扩展。在政府政策引导和控制城市发展进程下,人口和经济的增长是莆田市城区不透水面扩张的决定性因素,地形和交通也有着一定的驱动作用。     

河流廊道景观的热环境效应分析

河流廊道景观显著区别于其他景观类型,深入细致地分析其热环境效应有助于掌握城市热环境变化的内在规律。以四川省绵阳市为例,以Quick Bird、TM遥感影像为主要数据源,借助ArcGIS数据处理平台,研究河流廊道景观的热环境效应。首先,利用缓冲区分析方法确定涪江、安昌河和芙蓉溪的降温范围分别为300m、250m和150m,然后针对三条河流降温范围内的平均温度和河面宽度进行分析,结果表明:河面宽度、水域面积和流经区域共同影响其降温效果,三条河流中涪江降温效果最显著,且同一条河流左右两侧的降温效果也存在一定差异。     

基于Google Earth Engine的湖南省近30年不透水面时空变化研究

准确获取城市不透水面信息对洪涝治理、生态保护以及智慧城市建设等具有重要意义。该文基于Google Earth Engine云平台,以Landsat TM/ETM+/OLI影像为数据源,重构目标年份的最佳影像数据集;在此基础上构建光谱和纹理的分类特征集,采用随机森林分类算法提取不透水面信息,并分析湖南省1987-2017年每3年的不透水面时空变化特征。结果表明:1)该文方法能够有效提取不透水面信息,分类总体精度和Kappa系数分别为97.19%和0.92。2)湖南省不透水面扩张显著,面积从1987年的1 107.48 km~2增至2017年的3 929.26 km~2,平均扩展速率为94.06 km~2/a,动态度为8.49%。增长较快区域集中在长沙(19.14 km~2/a)、常德(8.46 km~2/a)、衡阳(8.03 km~2/a)、岳阳(7.10 km~2/a)、株洲(6.50 km~2/a)等地;长株潭城市群的不透水面扩张显著,扩展速率和动态度分别为30.28 km~2/a和14.27%。     

2003—2019年厦门市不透水面时空演变特征

不透水面是衡量城市化水平的重要因子,其发展趋势对城市发展规划和生态环境具有重要意义.厦门市作为经济特区,城市化率高,剖析其不透水面演变规律具有典型性.采用线性光谱混合分解法获取不透水面信息,从时间和空间角度出发,引入转移矩阵、中位数中心来揭示厦门市不透水面的演变规律,为城市发展提供一定的理论依据.结果表明:(1)厦门市...     

卫星遥感检测高原湖泊水面变化及与气候变化分析

对西藏西部的玛旁雍错、中部的纳木错和南部的普莫雍错三大湖泊地区,采用中巴资源卫星自1999年至2007年长时间序列的影像数据,通过最佳波段组合和时相的选取,高精度几何配准和镶嵌以及进行边缘信息提取等处理,绘制湖面变化解译图。并用一景同期ETM 图像作为辅助数据计算湖区地物光谱反射率曲线以辅助分类。为避免个别年份湖面变化出现偶然性,采用几个相邻年份湖面求取平均值的方法统计近年湖面面积。其结果与1984年中国科学院青藏高原综合科学考察队的数字对比表明,西藏南部的普莫雍错和中部的纳木错湖面有明显扩张,分别扩张了大约4.01%和4.55%;而西部的玛旁雍错近年间变化不大,甚至略有萎缩趋势,相比1984年也仅增长了1.31%。为研究西部地区和中东部地区出现不同变化的主要原因,通过对水位数据和气象特征因子的相关性分析,及对三地区近34年的气象资料,包括年均温度、年均降雨量、年均蒸发量等进行距平均值曲线拟合,发现中东部年均温和降雨量均呈显著增加趋势,而西部降雨量则呈微弱减少趋势。这说明近期湖面的扩张与气象资料分析的变化情况具有很好的一致性,反映遥感方法在湖泊水域变化检测方面具有较高的可用性。     

基于遥感的区域热环境分析

为研究城市及其周边区域大范围热环境变化,以秦岭山脉南坡和北坡为例,采用遥感数据反演地表温度、植被指数和地表通量,不仅从传统地表温度参数理解区域热环境问题,还着重分析了秦岭两侧地表通量空间分布格局.研究表明,秦岭山脉南坡与北坡气候、地形和地表覆被状况的差异导致地表温度和热通量等热环境均存在显著差异.北坡的西安和咸阳市平均地表温度比其他行政区显著偏高,而在南坡植被覆盖较好的周至县境内,地表温度平均值则显著下降;裸地和居民地的地表温度平均值较高,而潜热通量和蒸散发平均值则较低.遥感估算区域热通量和蒸散发信息与地表温度同样是区域热环境研究中不可忽视的重要表征变量之一,而大范围区域热环境变化对于研究城市热岛效应的形成机制具有重要推动作用.     

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。     

2006―2016年粤港澳大湾区城市不透水面 时空变化与驱动力分析

以遥感和地理信息系统技术为支撑,从城市地理学视角对粤港澳大湾区城市不透水面的时空变化状况进行分析,并探讨了不透水面变化的驱动力。结果表明：1）湾区内城市不透水面扩张现象明显,面积从2006年的12 127.69 km2增加到2016年的20 188.87 km2,年均增长速度高达6.65%;2）区域内城市不透水面空间分布越来越集中,呈现高密度区域聚集;3）交通道路（省道及以上级别）与城市不透水面扩张的速度和方向关系密切,其中与国道的关系最为紧密;4）国民生产总值（GDP）和常住人口的增长都对城市不透水面的扩张产生深刻的正向影响,相关系数分别为0.840 7和0.834 1;5）近10年来,粤港澳大湾区城市不透水面的空间格局变化显著,湾区各城市的发展阶段存在差异性,在未来城市发展中应该协调好各城市不透水面的扩张范围和速度,避免过高不透水面带来生态环境问题。     

基于植被指数的太原市绿地景观格局及其热环境效应

以中国重要的能源工业城市太原市为研究区,借助RS、GIS等手段,以太原市1986年、1995年、2001年三个时相的TM/ETM数据为基础,应用景观生态学的理论和方法,选择归一化植被指数(NDVI)和地表辐射温度分别作为城市绿地和热环境效应的反映指标,分析城市化过程中绿地景观格局及其与热环境的变化特征;探讨城市绿地景观格局的变化与城市热环境效应的相关关系;以寻求提高城市绿地生态效益的有效途径,为日后的城市园林绿地建设提供一些借鉴.研究表明:1986-2001年间,NDVI值较大的植被覆盖情况较好的绿地逐年减少,取代以NDVI值较小的植被覆盖差的硬质半硬质景观;景观水平上,绿地景观破碎化程度加剧,各景观要素混杂程度提高;景观的多样性增加,但这样的多样性是以大量的人工干扰为前提的;各景观类型的优势度降低,分布趋于均匀.反映城市绿地景观的NDVI与反映热效应的地表辐射温度LST两者之间存在较大的负相关关系,景观格局的热环境效应随着景观破碎化程度的加剧、景观优势度降低和多样性的增加而加强,城市绿地景观的空间分布格局对其热环境效应也有着重要的影响,其中混合格局的降温效果最为明显.     

基于卫星遥感的夏季长春市城区热场分析

采用先进的遥感手段,能够大面积同步和动态地监测地面热场的分布和变化情况。利用长春市地区的LANDSAT图象,对于热红外波段遥感图象灰度值和地面温度之间的关系进行了定量的解译,并且采用TM6图象增强和密度分割的方法得到了长春市地面热场等级图,取得了很好的模拟效果。结果显示了长春市热场的分布具有明显的规律性。城市能耗和下垫面性质对于区域温度有直接的影响,此外,还结合图象分析了热场分布的形成因素。