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。     

基于局地气候分区体系的福州城市热环境研究

局地气候分区体系(LCZ)能够有效建立城市气候与空间形态间的定量关系,揭示城市内部热环境分异特征,是当前备受关注的城市热环境研究方法。本文以我国新晋"火炉城市"福州的主城区为研究区,使用2019年9月22日过空的Landsat-8影像,对基于LCZ的热环境空间分布特征与LCZ类间/类内差异进行分析,并就福州城市热环境的改善提出规划建议。研究表明:(1)福州主城区以密集的中、低层连片建筑为主,并呈集聚式分布;(2) LCZ各类间存在明显的地表温度差异,大型低层建筑(LCZ 8)的温度最高,达41.56℃,密集低层建筑(LCZ 3)和工业厂房(LCZ 10)次之,分别为40.90℃和40.39℃,而茂密树木(LCZ A)和水体(LCZ G)的温度最低,均值为29.94℃;(3)根据福州城市发展的时空特征,将主城区分为二环区与三环区进行LCZ类内温度差异的比较分析,可以发现主城区内的主要LCZ建筑类别存在0.5～1.5℃的类内差异,造成这一差异的主要成因包括植被、水体等环境要素配置、建筑布局与邻近效应;(4)建筑层高与地表温度呈现显著的负相关关系(r=-0.858,p<0.001),并...     

长江三角洲城市群热环境安全格局及土地利用变化影响研究

城市化进程的加快对区域热环境具有重要影响,热环境的改变会引发一系列生态环境问题,科学地评价城市群热环境安全对于城市发展的规划布局和建设舒适的人居环境具有重要意义。本文利用多期MODIS地表温度数据产品,在构建热环境安全等级分级标准的基础上,对长江三角洲城市群热环境安全格局时空变化特征和土地利用变化的影响进行了探讨。结果表明：① 2015年长江三角洲城市群热环境不安全区域多分布于城市建成区及建成区周围,以南京、上海、杭州和宁波等城市形成的“Z”型区域最明显,临界安全区域多分布于郊区,较安全区域集中分布于长江以北平原区域,安全区域则主要分布于杭州及杭州以南山地、丘陵区,太湖大部分区域以及长江三角洲城市群北部区域;② 2005-2015年长江三角洲城市群热环境不安全区域、临界安全区域、较安全区域和安全区域分别呈现扩张、小幅增长、缩减和先缩减后扩张趋势;③ 土地利用结构中建设用地比例过高和林地比例过低是导致热环境安全等级下降的主要原因,其次,建设用地侵占大量耕地也是导致热环境不安全区域扩张的主要原因。     

城市热山波的动力和数值分析

木文采用对数压力坐标系的大气热力-动力学方程组,对城市热岛现象之一的热山波的特征、形成机制、存在条件及其对天气的影响进行了动力学和数值分析。     

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。     

北京市城区城市居住环境条件评价及其空间格局特征

为探索城市居住环境条件评价及其空间格局特征,以北京市城区内居住小区为基本评价单元,对城市居住环境条件进行评价,并采用地统计和空间自相关等方法刻画其空间格局特征。得出主要结论:①北京市城区城市居住环境条件等级处于较高水平。②城市居住环境条件综合指数与居住小区所在空间位置具有正相关性和聚集性,空间分布上整体呈市中心高、外围低,西北高、东南低的格局特征。③各街道办事处和行政区划城市居住环境条件综合指数具有显著差异,城六区城市居住环境条件综合指数整体高于近郊区。通过对城市居住环境条件空间格局特征分析,发现增加城市内部公园绿地和城市水系、提高教育资源的密集程度、增加城市轨道交通的数量以及减少城市噪音污染等措施均可提高北京市城市居住环境条件整体水平。     

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。     

新疆吐鲁番地区土遗址及其环境变化空间信息分析

新疆吐鲁番地区的土遗址数量较多,且具有重要历史文化价值,故对土遗址及其环境的时空变化研究具有重要意义。目前,对大型土遗址的发现保护多利用考古、实地调查和空间信息技术等方法。鉴此,本文分析了吐鲁番地区土遗址及其内外部环境的变化。研究结果表明,20世纪60年代至2010年间该区域土遗址本体及其内部环境发生了较大变化,其主要影响因素是病害发育和人为破坏。病害主要为裂隙与坍塌、风害、酥碱病害、水蚀、表层剥落、生物病害等,其中,普遍的病害是裂隙与坍塌和风害。1990-2010年,研究区土遗址外部地表环境发生了较大变化,耕地和居民地明显增加,草地和未利用地明显减少,尤其是交河故城和高昌故城这2个世界文化遗产区域发生的变化更明显。土遗址周围的人类活动强度在增加,绿洲内部土遗址的外部环境较绿洲边缘或外部更加剧烈;内部的土遗址更容易受到人类活动的影响,而外部环境变化的主要影响因素是人类的耕地和居民地开发活动。     

“海上丝绸之路”超大城市环境变化遥感分析

随着城市化进程的加快,如何及时、精确地对城市环境的变化做出评价,进而制定出合理的发展方案,对城市可持续发展至关重要。本文综合利用卫星遥感获取的PM_2.5浓度数据、地表温度数据（Land Surface Temperature,LST）、植被指数数据（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）及城市用地辅助信息数据,基于综合评价指标,分析海上丝绸之路沿线12个超大城市地区2000-2013年环境质量的动态变化。研究结果表明,2000-2013年,海上丝绸之路沿线约75%的超大城市呈现出不同程度的环境恶化现象。12个超大城市用地环境恶化及逐步恶化面积占研究区域总面积的31.33%（4732.39 km²）。2000-2013年,城市扩张用地恶化和逐步恶化面积约占总扩张用地的29.48%（3765.83 km²）。平均地表温度的上升、植被覆盖度的急剧下降及PM_2.5浓度的增加均对海上丝绸之路沿线超大城市环境质量变化产生影响。其中,空气中PM_2.5浓度的大幅度增加是2000-2013年海上丝绸之路沿线超大城市扩张用地环境退化的主要原因。     

基于局地气候分区的济南市热环境空间分异及其 影响因素

城市地表覆被及空间结构不同,导致热岛效应不同,城市热环境存在空间差异。局地气候分区（LCZ）在城市热岛研究方面得到了广泛应用。合理划分LCZ、科学制定LCZ分类标准,是基于LCZ研究城市热岛的关键技术问题。本文基于济南市城市路网、DEM和建筑大数据划分LCZ,利用Landsat 8遥感影像反演地表温度,采用克里金法进行气温空间插值,以地表温度和气温综合表达城市热环境。在此基础上,采用方差分析方法研究了城市热环境的空间分异特征和LCZ类内热环境差异,采用相关分析方法研究了城市热环境的影响因素。结果表明：① 济南市地表温度和4:00、8:00、14:00的气温空间分布格局差异明显,存在较高温度异常值的LCZ数量分别占全市LCZ总数的0.25%、1.60%、4.05%和3.96%。建筑密集区域地表温度较高,同时包含分散的较高气温区,呈现热岛效应;② 不同类型LCZ的地表温度和不同时刻气温平均值存在明显差异。高层低密度、高层中密度、中层低密度等类型存在较高气温异常值的数量分别占较高异常值总数的47.37%和33.33%、9.65%,类内热岛效应明显;③ LCZ类型不同,类内热岛效应存在差异。低层低密度、中层低密度、高层低密度和高层中密度等类型所处位置高程不同,其方差分析的P值均小于0.05,热岛效应存在显著差异;④ LCZ所处位置高程不同,建筑空间分布指标对城市热环境的影响各异。总体而言,地表温度与建筑平均高度呈负相关,且达到了0.05以上的显著性水平,而气温与之呈正相关,且达到了0.001的显著性水平;城市热环境与建筑基底面积及建筑体积的平均值和标准差、建筑密度、容积率等指标的正相关性达到了0.001的显著性水平,这些指标对城市热环境的正向影响作用明显。     

安岳柠檬生长的生态气象环境及其变化研究

根据适宜柠檬种植的生态环境条件,利用安岳县1971-2008年的气温和降水量等观测资料及柠檬种植资料,分析安岳柠檬生长的生态气候环境条件及其气候变化的影响.分析表明,安岳年平均温度17.4℃,≥10℃的年活动积温5950℃,极端低温-2.4℃,年降雨量990.0mm,年日照时数1185.3h,无严重霜冻,同时具有柠檬生长的土质温暖、疏松、厚实等土壤种植环境和栽植条件,适于栽植柠檬.由于柠檬种植和分布对气温和水分的敏感性,气温与降水的候月变化及年际变化等对柠檬生长各个阶段都有一定的影响,因此,进一步加强安岳气候环境及其变化影响的研究,对安岳柠檬生产的规划发展有重要的指导作用.     

基于热红外数据的花岗岩铀矿田地表SiO2含量反演及其铀成矿要素识别

ASTER遥感成像仪发射以来,提供了廉价的多光谱热红外遥感数据,为热红外遥感技术在诸多领域的应用注入了新的活力。本文在分析热红外技术在岩矿领域应用潜力的基础上,将热红外遥感技术应用于花岗岩铀矿找矿中,并以华南某花岗岩铀矿田为例,基于ASTER热红外数据进行了影像镶嵌、辐射定标、大气校正、温度/发射率分离,及其不同波段比值组合模拟的反演算法,对发射率数据进行SiO₂含量的定量反演,在反演图上识别出了研究区内明显的硅化断裂带、酸性岩及红层分布信息,识别结果与地质事实相符,并在野外得到了验证。实践表明,热红外遥感技术在花岗岩铀成矿要素提取中效果良好,并将在铀矿找矿工作中发挥积极的指导作用。     

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。     

基于地表能量平衡的厦门岛城市功能区人为热排放分析

人为热排放不仅是城市热岛形成的重要因子,而且是与能源消耗密切相关的指标,对其大小和变化特征进行分析有利于减缓城市热岛与节能减排。本文以厦门岛为研究区,利用2009年多时相的Landsat TM影像和地表能量平衡模型反演出不同季节的人为热排放,在此基础上结合IKONOS影像解译的城市功能区,分析不同类型城市功能区人为热排放的时空变化特征。结果表明：不同类型城市功能区的人为热排放均在夏季达到最大,春季最小;工业区的人为热排放一直高于其他类型的城市功能区;工业区人为热排放高值区主要集中厦门岛西部传统的重点工业区,交通区人为热排放高值区的空间分布与厦门岛“三纵四横”的交通干线分布格局相吻合,居住区人为热排放高值区主要集中在旧城区,商业及公共设施区人为热排放高值区主要集中在单体建筑大的商圈和公共设施;总体上厦门岛西部的人为热排放比东部要高。这种时空分布的差异性与用地类型、人口数量与经济发展程度密切相关,而且建筑物的密度、高度和下垫面的材料通过影响其他地表通量来改变人为热排放的大小。通过分析不同城市功能区人为热排放的时空变化特征,可以从更微观的角度理解城市热环境和能源利用现状,为促进城市可持续发展提供理论依据。     

地表温度扰动特性及其与建设用地扩张的关系

河口地区是人口密集、经济繁荣的区域之一,同时也是生态环境脆弱区,易受到人类活动带来的负面影响,其中热环境恶化问题尤其突出。本文基于多源遥感影像数据,结合遥感技术和统计学方法,研究城市化进程中闽江河口地区20年来的地表温度变化特性;利用Moran's I指数分析研究区表面温度的空间集聚特性及其产生的尺度效应,并定量分析表面温度与不同景观类型的相关性。结果表明：① 1993-2013年,闽江河口地区建设用地面积大幅增加,经历了由慢至快,而后稳中有升的过程;城市扩张是通过大量大规模的边缘式扩张实现的,东部、西部和南部是扩张的3个主要方向。② 地表温度空间格局变化明显,次高温区和高温区显著增加,次低温区和中温区减少,低温区变化不大;高温区扩散方向与建设用地扩张方向基本一致。③ 地表温度存在明显的扰动现象,表现为靠近主城区剧烈,城郊和郊区相对和缓的特性,同时地表温度空间格局具有显著的空间聚集性。④ 建设用地扩张是地表温度增强的重要原因,林/草地和水域能有效缓解区域高温;耕地并未表现出显著的降温效果,但随着耕地比重的增加,地表温度逐渐趋于稳定。研究结果可为改善城市热环境、促进区域可持续发展提供有益参考。     

基于GIS的渔业环境因子制图算法及其分析比较

介绍了在地理信息系统 (GIS)中渔业环境因子等值线 (面 )专题图的基本算法 ,比较分析了不同算法输出的结果。分析表明 ,Kriging算法更能准确地反映渔业环境要素的时空分布的特点和变化趋势。     

晚全新世毛乌素沙地东南缘沉积物粒度特征及其指示的环境变化

地处我国东亚季风边缘区的毛乌素沙地,因其对气候变化响应敏感而成为研究古气候环境变迁的理想场所。利用毛乌素沙地东南缘厚273 cm的沉积地层,通过分析沉积物粒度端元特征和环境指示意义,并结合光释光(OSL)测年结果和磁化率指标,重建了研究区2.6 ka B.P.以来的环境变化过程。结果表明：(1)剖面沉积物的粒度组成以粗粉砂、极细砂和细砂为主,其中细砂最多,平均体积分数为57.29%;粉砂层细砂体积分数明显低于砂层,粗粉砂和极细砂显著增多;沉积物粒度频率分布曲线多呈现典型的风成沉积物特点,峰高且窄,分选性较好。(2)剖面沉积物粒度可分离为3个端元组分,端元EM1是最细的粒度端元组分,指示了短时间的强尘暴活动,端元EM2和EM3是在不同风动力条件下跃移搬运的亚组分,端元EM3指示了当地风沙活动的强弱。(3)研究区晚全新世环境变化过程可分为3个阶段。2.6 ka B.P.之前,冬季风较强,气候冷干;2.6 ka B.P.之后到近百年,冬季风减弱,气候趋于暖湿;近百年以来,风沙活动增强,人类活动影响较大。     

矿山环境侵蚀与堆积变化的3D-GIS分析——以大连市周边矿区为例

本文利用3D-GIS的方法,结合遥感卫星数据,建立矿区时间序列的DEM模型,通过可视化技术,地形模型构建、矿山地貌特征分析、剖面分析、量化计算、侵蚀类型分析,研究了矿山环境的特点和主要问题。并以大连市区及周边区域作为研究区域,对1970年到2005年的侵蚀与堆积进行了计算,以及侵蚀的分类。结果表明, 不同的侵蚀类型对矿山环境带来不同影响,因此,对矿山的整治应采取针对性的措施,才能达到防治保护的效果。试验认为,利用3D-GIS的可视化分析是进行矿山环境调查,制定矿山环境恢复治理措施的有效方法。     

中小尺度下植被冠层对屋顶表面温度的调控效应分析

随着城市化进程的加快,城市热岛问题日益严重,对人类健康和城市可持续发展产生了巨大威胁。植被可有效遮蔽阳光直射,并通过蒸腾作用降低气温,是改善局部热环境的重要途径之一。开展植被对建筑物温度的调控效应的研究,对于理解城市热岛成因、缓解城市热环境恶化等方面都有重要意义。然而,当前研究往往是在遥感影像的基础上进行的,缺乏植被结构信息,同时,受制于有限的空间分辨率,研究大多在城市尺度下开展。在中小尺度上定量地研究植被冠层密度对建筑物温度的影响仍然具有一定挑战性。鉴于此,本文使用激光雷达（Light Detection and Ranging, LiDAR）获取的高分辨率冠层密度数据,在楼间尺度和街区尺度下开展圣罗莎市三维植被结构与单体建筑物表面温度之间定量关系的研究,分析不同尺度下植被冠层的降温特征及其在局部环境中的降温贡献。结果表明：植被对建筑物的降温作用与其周围的冠层密度有密切关系：冠层密度需达到17%才能起到有效的降温作用,其中在中小尺度上冠层密度分别高于30%和40%时,能最大限度发挥植被的温度调控功能;当冠层密度相同时,2个尺度下的温度变化显著不同：随着冠层密度的增加,街区尺度下的屋顶温度比楼间尺度下的屋顶温度平均下降了0.89 ℃;中小尺度下的屋顶温度变化不仅受到其周围植被结构的影响,还与整体热环境状况有关。本文的研究思路与结果有助于在有限的城区土地资源上合理规划绿地建设,构建可持续的人类宜居环境。