基于地表能量平衡的城市热环境遥感研究——以石家庄市为例

对石家庄市LandsatTM数据进行土地覆被分类,计算各土地覆被类型的能量平衡分量。找出感热、潜热、储热通量在下垫面的分配差异并分析下垫面面积比例与感热/净辐射的关系。发现密集不透水面感热单位面积能量达314.1 W/m2,49.9%的净辐射转换为感热。城市植被、水体净辐射的61.2%,65.9%变成潜热;感热/净辐射与城市植被和水体面积比例负相关,面积比例小于30%,感热/净辐射随之减少而快速增长;大于30%则随之增加缓慢降低。感热/净辐射与不透水面面积比显著正相关,可见,城市近地层温度升高主要由不透水面产生的感热交换引起。     

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。     

基于遥感的三亚市不透水面及热环境效应分析

城市化进程的快慢是权衡一个地区经济增长速度和社会发展水平的重要指标,改变着城市居住热环境。不透水面的分布能够很好地展现城市化的方向及趋势。三亚作为中国亚热带海岛旅游城市,近年来大量人口的涌入导致三亚城市发生了巨大变化。为了更好地了解三亚市城市化及其对城市热环境的影响,以1998、2011、2018年的Landsat 5 TM和Landsat 8 OLI/TIRS卫星遥感影像作为主要数据源,利用归一化差值不透水面指数(NDISI)对三亚市近21年来的不透水面时空变化及其对地表温度影响进行了研究。结果表明,三亚市的不透水面积在21年间净增长206.5 km~2,扩大了1.58倍左右,特别是2011年以后人口和经济的快速增加,不透水面扩张速率提高了3倍以上。统计表明,不透水面与地表温度显著正相关,不透水面增加显著引起地表温度升高,而植被和水体能够显著缓解地表温度的升高,抵消不透水面对地表温度的正效应。     

旧城改造与城市热岛效应关系的遥感研究——以福州市苍霞片区为例

随着城市建设的快速发展,老城区改造已成为城市发展的重点工程之一。福州市近十几年来对原有旧城区中的棚屋区进行了大规模的改造,改善原有的居住条件。利用遥感技术重点研究和评价了福州市苍霞片区棚屋区改造前后的热环境变化,利用系列Landsat TM影像反演了该区1986年、1996年和2006年的地表温度、不透水面和植被等信息,计算了城市热岛比例指数(URI),并对该区改造前后热岛效应的时空变化进行了全面分析,探讨了其产生的主要原因。研究表明,不透水面与地表温度呈指数相关关系,高不透水面比例地区温度上升比低不透水面比例地区更快。总的看来,福州市苍霞片区通过棚屋区改造,热岛效应有了明显的缓解,在这20 a间,城市热岛比例指数从0.648下降到0.245。福州市苍霞棚屋区的重新规划和改造对缓解该片区的城市热岛效应起到了积极的作用。     

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.     

城市地表水体时空演变及其对热环境的影响

以福州市建成区为例,基于Landsat遥感影像对水体类型进行分类,并提取出1989、1996、2006和2014年的地表水体信息,然后与不透水面、植被和地表温度信息结合,运用回归模型定量分析了1989~2014年间福州城市地表水体的时空变化及其对城市热环境的影响。结果表明：① 1989~2014年间,福州建成区各类地表水体均呈不断减少趋势,25 a间水体总面积减少了1 490.67 hm²,其中有70.0%转变成不透水面;② 1989~2014年减少的1 490.67 hm²水体对福州建成区温度上升的贡献达1.03℃,而在水体减少的具体区域,其升温效应可达3.6℃。     

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。     

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...     

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。     

武汉城市扩张对热场时空演变的影响

深入分析城市扩张对城市热场时空分布及演变的影响机制,对探求城市热岛效应缓解对策、改善城市生态环境质量意义重大。基于1987年、1996年、2007年和2013年的Landsat影像反演武汉主城区地表温度、提取不透水面值,定量研究两者的关系,探讨城市建设对城市热场空间分布的影响;采用不透水面和正规化地表温度差值影像动态定量1987-2013年武汉城市扩张对热场时空演变的影响机制。结果表明：① 1987-2013年,武汉不透水面不断增加,城市建设强度加强,城市扩张明显,但是不同时期表现出不同的扩张方向、范围和模式。② 城市热岛效应主要发生在相应时期的建成区和武钢工业区,而城市大型水体则表现出明显的“冷廊效应”和“冷岛效应”;1987-1996年、1996-2007年和2007-2013年热状况恶化面积分别为382.0 km²、305.1 km²和105.7 km²,热状况总体呈现恶化趋势。③ 不透水面指数能较好地解释热场空间的异质性,两者回归方程的系数为0.751~0.923,不透水面值每增加0.1,正规化地表温度值会增加0.01~0.02。④ 城市热状况变化从改良极显著、改良较显著、无变化、恶化较显著到恶化极显著,对应的不透水面差值由小到大,城市扩张和城市建设强度加大对恶化城市热环境和加剧城市热岛扩展作用明显。     

基于改进线性光谱解混和 SCS-CN 模型的广州主城区降雨产流模拟

城市降雨产流特征的定量研究对于城市雨水资源开发利用、科学规划和管理具有十分重要的意义。以广州市主城区为研究对象,提出一种改进的线性光谱解混方法提取遥感影像的不透水面、植被和土壤盖度,并结合SCS-CN 产流模型进行城区降雨径流模拟。首先利用线性光谱解混方法提取 2015-10-18 Landsat 8 OLI 遥感影像的不透水面、植被和土壤盖度;然后利用归一化建筑物指数和归一化植被指数进一步优化解混结果;最后结合优化的不透水面、植被和土壤盖度计算合成的 CN 值,并应用 SCS-CN 产流模型分析研究区在不同降雨重现期的降雨产流分布特征。结果表明：改进的线性光谱解混方法能较好地提高不透水面、植被和土壤盖度的提取精度;不透水面盖度越高的区域,CN 值越高;CN 值对地表径流深模拟有显著的影响;在不同重现期降雨条件下,研究区地表径流深空间分布格局差异显著;总体上,降雨量越大,不透水面盖度越高,形成的地表径流深越深,内涝发生的可能性越大。     

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。     

厦门市热岛强度与相关地表因素的空间关系研究

以厦门市为例,基于遥感影像与建筑普查数据,分析了各局部气候区中相关地表因素与热岛强度之间的空间响应规律,以及厦门市各局部气候区中热岛强度与相关地表因素的空间关系。结果表明：研究区热岛强度有显著的空间自相关性,高值区集中于东南部的建设用地及耕地和裸地,低值区聚集于湖泊、河流等水体、湿地以及北部、西北部的林地;普通回归模型不能有效解释空间中相关地表因素与热岛强度之间的关系;空间误差模型的拟合效果优于空间滞后模型,可以更准确分析地表因素与热岛强度之间的空间关系;各局部气候区中可以作为回归模型自变量的地表因素有所不同。作为回归模型的自变量时,植被指数、水体指数、天空视域因子与热岛强度呈负相关关系,建筑密度、不透水面比例与热岛强度呈正相关关系,而建筑体积密度、建筑平均高度、建筑高度差与热岛强度的相关性在各气候区中并不一致。根据研究结论建议保护“补偿区”、分隔“作用区”,综合考虑规划实施策略的可行性,以有效缓解热岛效应。     

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%。     

植被NDVI对城市扩展及气候变化的响应——以西安及其附近区域为例

植被 NDVI 对城市扩展及气候变化响应研究,对于科学评估区域生态环境变化及调整与约束人类活动具有重要理论和现实意义。以西安及其附近区域为例,基于区域土地利用、MODIS NDVI、气温和降水数据,分析了植被 NDVI 对城市扩展及气候变化的响应,结果表明：（1）2000-2014 年研究区植被 NDVI 变化过程划分为2000-2007 年的显著增加阶段和2007-2014 年的显著减少阶段,前者主要分布于区域北部黄土高原、南部秦岭北坡,后者主要分布于区域中部关中平原尤其是西安及其附近区域。（2）2000-2015 年研究区建设用地增加1 428.27 km² ,建设用地增加区域植被 NDVI 呈显著减少趋势。（3）研究区植被 NDVI 与年降水量的相关性高于年平均气温,同时西安及其以南区域植被 NDVI 与年平均气温、年降水量均呈负相关关系,反映出城市扩展等人类活动对植被 NDVI 变化的影响超过了气候变化的影响。研究结果表明植被 NDVI 总体受气候变化控制,但局部受人类活动影响更为严重,并且植被 NDVI 对气候变化的响应表现出波动性,而对城市扩展表现出线性减少趋势性,为通过植被 NDVI 变化区分自然因素与人为因素对环境影响提供了可能。     

城市餐饮业的空间格局及影响因素分析——以厦门市为例

以厦门市餐饮业普查数据为基础,结合实地考察,运用ArcGIS空间分析,以街道为研究单位分析了厦门市餐饮业的空间格局.结果发现,厦门市的餐饮业分布岛内岛外差异显著,以厦门岛为核心呈现圈层式发展,岛内从城市中心向外递减,各街道内餐饮业主要以组团式集聚和带状分布相结合的方式出现.综合考虑区域经济水平、人口密度、交通便捷程度、城市空间格局等与餐饮业分布有关的影响因素,运用SPSS进行相关性分析,结果表明:餐饮业的空间分布与城镇住宅面积、商业服务用地关联度最高;城市的公共设施用地面积和城中村住宅面积与餐饮业的发展呈     

粤港澳大湾区水体淹没频率变化及驱动力分析

文章围绕粤港澳大湾区建设的国家战略资源保障需求,基于2001—2020年粤港澳大湾区水体淹没频率数据库,利用空间分析与统计分析相结合的研究方法探究近20年来大湾区各类水体范围、特征及水体淹没频率的时空变迁规律,识别区域水体变迁的热点区域,探讨水体分布变迁的驱动因素,为强人类活动干扰区水资源综合管理、洪涝灾害防控等工作提供依据与指导。研究表明：1）近20年来粤港澳大湾区地表水体范围及淹没频率均呈萎缩趋势,最大、平均及季节性水体面积分别以50、31与11 km2/a速率衰减,大量季节性水体转化为永久水体与易涝区;2）粤港澳大湾区水面率变迁的时空差异、城乡差异均显著,东翼水面率略有增长,其余地区均大幅萎缩,城区水面率相对较低且下降幅度较大,城市扩张区永久水体衰减率达到90%;3）从水体类型看,基塘系统大量流失,上游大中型湖库面积略有增长;4）区域水体变迁的主导驱动因素为城市化引起的土地利用变化,其对年平均总体水体及基塘水体面积贡献率超过80%,湖库水体面积扩张则主要受降水驱动。     

1916—2020年北京城市变迁及其与区域气候演化的关系

剖析百年尺度的城市变迁与气候要素变化对提升区域气候演变机理的认知具有重要意义。本文基于卫星遥感图像、社会经济数据和气象站点实测等数据，采用人机交互解译方法，刻画了1916—2020年北京城市扩展过程。利用滑动平均法和Mann-Kendall趋势检验方法，分析了关键气象要素的变化特征，从而揭示了百年尺度城市土地利用变化和社会经济发展与区域气候变化之间的关系。研究表明：1916—2020年北京城市土地面积增长了64.48倍，围绕中心地域呈圈层式蔓延扩展，呈现“缓慢—加速—减速”的扩展模式，城市扩展速度在2000—2010年达到峰值，为70.12 km2/a。1916—2020年北京的5 a滑动平均气温和年降水量分别为12.25℃和588.6 mm。随着城市发展，1916—2020年北京市5 a滑动平均气温以0.22℃/10a波动上升，1978年以来升温显著。年降水量则呈现波动下降趋势，速率为9.37 mm/10a。城市不透水面的加速扩张可能造成地表能量收支的改变，从而引发城市变暖。城市化率与气温升高具有协同关系，不同时段差异显著，1916—2020年北京城市化对区域升温的贡献为20.83%...     

绿地景观对城市热环境的影响——以长春市建成区为例

绿地景观作为城市生态网络中的自然要素,在缓解城市热岛、调节城市气候中发挥着极其重要的作用。以绿地景观为研究对象,基于SPOT5影像提取长春市建成区绿地景观数据,基于TM影像估算地表温度,分析城市绿地景观与地表温度的相关关系,将"植被—不透水面—土壤"模型与具有明确物理意义的线性光谱混合模型相结合估算城市地表植被覆盖度,进一步剖析绿地景观的植被覆盖对城市热环境的影响。结果表明:绿地面积与该块绿地的最低温度负相关性较大,当绿地的面积达到50 hm2之后,面积的增大会使其地表温度显著降低;生产绿地和农业用地的地表温度最低,居住绿地地表温度最高,公园绿地温度受植被状况的影响与其他类型相比更剧烈,常绿树和落叶树的降温效果更好;增加公园绿地、常绿树和落叶树的植被覆盖,对于减缓城市热岛效应具有更好的调节作用。     

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。