河谷地形下兰州市城市热岛效应的时空演变研究

基于1999年和2010年的Landsat ETM+和TM影像,以单窗算法反演了兰州市地表温度,研究兰州市最近10 a的城市热岛时空分布以及演变特征。研究结果表明:兰州市城市热岛的空间分布与延展与城市建城区的扩展相一致,热岛范围不断扩大,次中温和中温区大面积减少,相应的次高温和高温区大面积增加,热岛强度明显增强;除了城市下垫面覆盖类型,黄河低温带亦逐渐成为影响城市热岛分布的重要因子。各土地利用类型的平均温度均有所升高,建设用地和未利用地温度最高,对热岛效应贡献最大,是城市热岛的主要贡献因子,绿地和水体能够很好的缓解热岛效应。地表温度和信息指数NDVI、MNDWI、NDBI、NDBaI在兰州市河谷空间格局上显著相关,存在很好的对应关系。     

基于MODIS数据的石羊河流域地表温度空间分布

地表温度是生态系统中极其重要的环境因子,中小尺度区域的热场空间分布对生态系统稳定性的研究以及干旱区流域的农业生产建设具有重要意义。利用MODIS数据,采用劈窗算法反演石羊河流域的陆地表面温度(LST),并计算植被指数(NDVI);利用TM影像,通过目视解译获得研究区的土地利用数据,结合DEM数据,采用GIS空间分析方法,分析LST的空间分布特征和LST与NDVI在不同土地利用类型之间的差异以及二者之间的定量关系。结果表明:研究区陆地表面温度北高南低,东高西低,整体上表现为由东北向西南逐渐降低的趋势;地表温度与海拔呈负线性相关,相关系数为-0.928;不同土地利用类型的地表温度存在差异,地表温度最高的未利用土地要比最低的林地高出16.42 K;对于单一土地利用类型,耕地、林地、草地、建设用地的地表温度与NDVI具有明显负相关;对于整个研究区土地利用空间结构,地表温度与NDVI表现为LST-NDVI梯形关系,反映了流域地表温度和植被覆盖之间的关系,由此看出绿色植被对调节区域气候温度的重要性。     

城市地域地表温度-植被覆盖定量关系分析——以深圳市为例

地表温度-植被覆盖间的关系一直是城市热岛研究的热点之一,两者均为描述生态系统特征的重要参数。本文利用深圳市2004年的ETM+影像,基于遥感技术提取相关的下垫面类型、地表温度和植被覆盖等信息,探讨不同下垫面类型对地表温度-植被覆盖关系的影响,并结合分形维度计算方法,比较不同分辨率下地表温度、植被覆盖及其相关关系的变化。研究结果表明,植被覆盖程度与地表温度之间存在明显的负相关,并且在不同的植被覆盖程度下,地表温度-植被覆盖关系呈现分段线性关系。下垫面类型及其组合主要通过植被覆盖的分布对地表温度产生影响。而在不同空间分辨率下(30m至960m),地表温度和植被覆盖的空间变异程度均表现为先升后降,在120m的分辨率下,两者的相关程度达到最高。结果证实区域植被覆盖状况可直接影响辐射、热动力以及土壤水分等多种地表特征,从而导致地表温度分异等。     

地表参数反演及城市热岛时空演变分析

采用TES算法实现了ASTER地表温度的反演,在对发射率估算方法改进基础上,利用单窗算法反演1989年TM地表温度。结合C地形校正,利用线性光谱模型提取植被覆盖度与城市不透水面密度,利用反射率提取NDVI。从多方面对城市热岛时空演变进行综合研究,研究表明,与等间距法相比,均值-标准差法可以较合理地刻画地表热场的分布,一定程度上可以避开不同时相的差异。最后时空对比及空间统计学分析显示,1989~2004年间福州市城市热岛面积、热岛强度都有所增加,城市热岛总体趋势为西北-东南走向,并逐渐向北-南方向偏移,而且城市热岛重心向东南方向偏移。     

基于ETM+影像的土地覆盖类型与地表温度相关性研究

以福建省福州市为研究区域,通过Landsat 7 ETM+影像热红外波段反演地表温度,研究土地覆盖类型对地表温度的影响.用6S模型软件对2001年3月4日Landsat 7 ETM+影像进行辐射校正,从遥感影像上反演地表的真实温度.用监督分类方法对多光谱合成影像进行土地覆盖类型划分,得到林地、居民地、水域、沙滩以及其他用地分布图.把地表温度图和土地覆盖图进行空间叠加,按土地覆盖类型对温度值进行统计特征分析,得出5种土地覆盖类型温度排序,从高到低依次为沙滩、居民地、其他用地、林地、水域,其中温度最高的沙滩达23℃,温度最低的水域仅14℃,居民地和其他用地的温度在19℃左右.沙滩因早晨增温比较快,表现出较高的温度;温度第二高的居民地,表现为较明显的城市热岛现象.     

基于MODIS数据的吉林省中部地表温度反演及空间分布研究

利用MODIS数据,采用劈窗算法,定量反演吉林省中部陆地表面温度;利用TM数据,通过目视解译获得研究区的土地利用状况,并结合地势图,研究吉林省中部农业区的地表温度空间分布特征以及地表温度与土地利用类型之间的关系。结果表明,研究区陆地表面温度南高北低,西高东低,符合该区域气候特征;由于地表土地类型热力性质的不同,不同土地利用类型的地表温度存在差异,地表温度最高的裸岩要比最低的湖泊高出26.6K;地表温度与海拔呈负相关关系,即随着海拔的升高,地表温度呈下降趋势,下降率为23.6°C/km;在植被覆盖区,地表温度与NDVI之间存在负相关性,且城市地表温度对植被覆盖度的敏感性要高于农田和林地;对于整个研究区土地利用空间结构,地表温度与NDVI表现为LST-NDVI梯形关系。     

城市地表温度对土地利用/覆被变化响应的遥感研究——以乌鲁木齐为例

 快速的城市化对城市环境产生显著的影响,基于遥感定量研究地表温度对土地利用/覆被变化（LUCC）的响应,来评估快速城市化对环境的影响,是一种快速、有效的途径。以干旱区典型绿洲型城市——乌鲁木齐为例,将遥感与地理信息系统相结合,利用1990年和2009年两期陆地卫星影像为基础数据进行土地利用/覆被分类,并基于单窗算法定量反演同期的地表温度,从而对快速城市化进程中的土地利用/覆被类型动态变化的空间特征及地表温度对快速城市化的响应情况进行了定量研究。结果显示,在近20 a间,乌鲁木齐城市迅速扩张,土地利用/覆被类型变化显著,城市建设用地增长率高达44.73%;同时城市的快速发展使地表温度提高了近6 ℃。研究表明,温度变化格局,尤其是增温区的空间分布与城市扩张的空间格局基本一致,说明地表温度对城市的土地利用/覆被变化产生了显著的响应。     

珠三角地区地表温度与土地利用类型关系

随着城市化进程的加快,城市气候与环境问题日益显现,尤以城市热岛效应最为突出。通过监督分类方法对TM遥感影像进行了土地利用分类,并运用TM热红外波段线性拟合模型进行近地表气温反演,分析城市热岛的空间分布及地域性差异,以及与土地利用类型的关系。结果表明:珠三角地区近地表气温与土地利用类型紧密相关,城市建设区形成高温中心,是热岛的主要贡献因子,植被和水体则有明显的冷岛效应;研究区热岛具有区域性集中与分散分布的特点,且以区域性热岛为中心向周边扩展;分析热岛强度剖面线发现,由于地形、植被覆盖度等因素影响,研究区热岛强度的南北差异较大,而东西差异较小;热岛分布与土地利用类型分布格局较为一致,但也有分布不一致性的区域,表现为城市热岛向非城市建设用地扩展。     

基于Landsat8的重庆主城区城市热岛效应研究

重庆作为长江上游重要的经济发展中心城市,随着城市化的加剧,城市热岛效应已引起了广泛关注。本文利用了2014年夏季Landsat8影像和劈窗算法,根据研究区夏季大气含水量高的特点,订正了大气透过率参数,实现了重庆主城区地表温度的遥感反演,并与卫星过境时间接近的4个气象站点的实测0 cm土壤温度对反演结果进行比较。基于遥感反演的地表温度结果分析了主城区城市热岛效应的空间分布格局及其与不同土地利用类型之间的关系。结果表明:(1)基于Landsat8影像和劈窗算法的遥感反演地表温度在重庆主城区是可行的,平均误差为1.1℃;(2)受不同土地利用和"两江四山夹三槽"特殊地形等因素的影响,重庆主城区的城市热岛强度呈现出显著的空间分布差异,较强热岛以上区域约占总面积的11.55%,其中,建设用地区域明显高于其他土地利用类型,约占总面积的9.11%,无热岛和弱热岛区域分别占总面积的62.66%和19.98%,主要为耕地和林地。     

武汉市地表亮温与植被覆盖关系定量分析

利用2002年7月9日的ETM影像,提取武汉市的下垫面类型、地表亮温和植被覆盖度,探讨不同下垫面类型对地表亮温的影响;并采用分形维度计算方法, 研究代表样带的地表亮温和植被覆盖的分维值之间的相关性。结果表明:植被覆盖度越高,地表亮温越低。除水域外的下垫面类型中植被覆盖度与地表亮温存在显著的负相关,这种相关性高于地表亮温与NDVI之间的相关关系。对于样带的地表亮温和植被的分维值研究表明,亮温和植被覆盖度的分维值之间的相关系数高于亮温和NDVI的分维值之间的相关系数。     

基于Landsat TM的2001~2015年哈尔滨市地表温度变化特征分析

以哈尔滨市为例,基于2001年、2004年、2008年和2015年夏季Landsat TM 5 /OLI 8遥感影像为基础数据源,采用“单窗算法”遥感技术手段定量反演瞬时地表温度格局,并深入分析温度特征,分区差异和重心变化。研究表明：2001~2015年研究区温度增加1.44℃,平均温年增0.10℃,3时段（2001~2004年、2005~2008年、2009~2015年）年均温分别增加0.08℃、0.09℃、0.12℃,具有加速上升趋势;最高温增加2.74℃,始终位于香坊区,最低温基本恒定,始终位于道里区;2001~2015年极高、高、极低温度分区面积增加4.92 km²、104.07 km²、87.71 km²,年均增量均具有持续增加趋势,中、低分区面积减少110.61 km²、84.94 km²,具有波动降低趋势,极高、高、中、低分区格局总体按照城区-城乡结合地区-乡村的水平梯度扩展;地表温度重心向东偏南70.58°方向移动536.90 m,其中6个市辖区迁移方向和距离差异明显,表明地表能量移动方向和温度重新分布的活跃程度不同。总体来看,研究区地表温度上升明显,分区时空变化剧烈,能量的轨迹移动过程具有折返特征。     

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.     

“源-汇”景观格局的热岛效应研究——以武汉市为例

论文基于2017年Landsat 8遥感影像,通过GIS技术选取城市地表温度、源汇景观密度、源汇景观贡献度和景观效应指数,结合地理空间分析和数理统计方法,分析了武汉市局部源汇景观格局对城市地表温度的贡献及其效应。结果表明：① 武汉市城区热岛(urban heat island, UHI)季节变化明显,夏季热岛强度大、范围广,呈“大”字型分布,工业集聚区和经济开发区产生的UHI更显著;② 武汉市城区平均地表温度(land surface temperature, LST)在距市中心约8 km处达到峰值后沿城乡梯度逐渐下降,呈现“倒钩型”特征,这一现象与景观密度变化密切相关;③ LST与源(正向)、汇(负向)景观密度存在极强相关性,不透水表面是城区热岛的主要贡献因子;④ 相同密度的水体和绿地,水体更具有削弱城市热岛效应的功能;⑤ 一般当汇-源景观面积比>0.89(汇区密度>0.47)时,局部景观格局对城市热岛有缓解作用,且局部汇区越集中缓解效果越显著。     

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。     

基于遥感数据的苏州市热岛效应时空变化特征分析

城市化对于城市环境的一个重要影响是热岛效应.为了研究苏州市20多年来城市化进程对热岛效应的影响,采用遥感与GIS相结合的方法来定量的分析城市热环境的时空变化.根据1986和2004年两个时相的Landsat TM影像提取了研究区的土地覆盖以及亮温信息,在此基础上通过统计分析和GIS的缓冲区分析对这18a来苏州地区的热岛时空变化及其与土地覆盖变化的关系进行了深入研究.分析结果表明,城市热岛与城区的空间分布之间存在明显的一致性.     

北京城市热岛环境时空变化规律研究

借助北京地区1997年、2004年的Landsat TM热红外图像,在RS和GIS技术的支持下,利用大 气探空数据对图像进行大气校正,采用单窗算法反演得到北京市区和周围地区的地表温度分 布图,地面验证表明单窗算法反演地表温度具有较高的精度.研究发现,北京市存在明显的 城市热岛效应;不同下垫面所对应的地表温度有明显差异,总体上城区地面温度明显高于郊 区,水体温度最低;随着城市规模的扩张,北京市的城市热岛效应有逐年增强的趋势,且人为因素对城市热岛的贡献逐渐加大.     

The Heat Island Effect Response to the Urban Landscape Pattern of Haikou based on the “Source-Sink” Theory

The Landsat images of the 2000, 2005, 2010, 2015, 2018 are selected as the data source to retrieve land cover and surface temperature data. The contribution of Sink-Source landscape pattern to the heat island and its ecological effects on urban and rural gradient were analyzed by using Heat Index (HI), Sink and Source Landscape Contribution (CI_sink, CI_source) and Landscape Effect Index (LI) in Haikou. The results show that the heat island is concentrated on the West Coast, and in the central urban and Jiangdong New Area; the HI shows a pattern of decreasing value with the following land types: “Bare land>Artificial surface﹥Source landscape>Shrub grassland>Farmland>Sink landscape>Woodland>Water body”. In the central city section, the CI_sink and CI_source are relatively large in these five periods. The LI decreases rapidly along the urban-rural gradient, promoting the Urban Heat Island (UHI) to a large degree. In contrast, the suburban area contributes to a lesser degree. Overall, the LI fluctuates, the proportion of mitigating UHI is large, and there is a second peak outside the city center. The existing Source-Sink Landscape contributes the most to UHI in the central urban area, and this contribution decreases along the urban-rural gradient. With the continuous expansion of city-town areas, the proportion of Sink areas has increased along the gradient, and the proportion of Source areas has subsequently declined, resulting in the spatial transfer and diffusion of UHI. Therefore, a UHI mitigation strategy based on the theory of regional landscape systems is proposed here.     

Predicting air temperature simultaneously for multiple locations in an urban environment: A bottom up approach

Cities are characterized by high heterogeneity that results in varied microclimate effects. The current study introduces a new bottom–up approach linking the urban Canyon Air Temperature (CAT) model with spatially distributed inputs extracted from a GIS data-base and remote sensing products to predict intra-urban temperature variability simultaneously for multiple locations in an urban environment. To provide proof of concept, the model was applied for the city of Bat-Yam, Israel. Simulation shows a maximum nighttime urban heat island (UHI) intensity of 2–2.25 °C, relative to a rural reference point, during both summer and winter, with significant spatial variability related to the height-to-width ratio of urban street canyons and to the surface land cover. The CAT simulation also highlighted the important influence of the local wind regime on the development and persistence of the nocturnal UHI. We conclude that linking CAT to a GIS data-base supports simulations at the city scale that reflect the local intra-urban variability. The model can be used to investigate both macro and micro scale spatio-temporal characteristics of the UHI in various urban development scenarios, which may be applied to generate appropriate geographically-explicit mitigation and adaptation measures.     

基于遥感的银川市建成区城市扩展及其热环境变化分析

为研究银川市城市建成区扩展对热环境的影响，基于 1989、1999、2010 年和 2017 年 Landsat 系列遥感数据，采用建筑用地指数（IBI）提取 4 个年份的城市建成区信息，获取了城市形态演化指 标，利用热红外波段反演不同年份的地表温度；在此基础上，分析了城市扩展和热环境变化的时空 演变特征，探讨了城市扩展和热环境之间的响应关系。结果表明：（1）1989—2017 年银川市城市建 成区扩展面积达 506.13 km²，各时期的扩展速度和扩展强度差异明显，城市扩展具有“缓慢—快速 —稳步”的阶段性特征，城市空间形态趋于紧凑化，向着稳定状态发展，城市整体向东部和北部扩 展，重心整体向东北方向迁移约 5.54 km。（2）热岛范围随着城市扩展不断扩大，较高温区域所占热 岛比例呈先减小后增加的趋势，高温和特高温占比表现出先增加后减小的特征，热岛强度逐渐向 较高温区转移，城市热岛效应得到缓解；热岛空间分布显示，热岛逐渐由兴庆区老城区蔓延至贺兰 县和西夏区，且兴庆区热岛逐渐演化为相互独立的小次级热岛，强度有所降低；28 a 间银川市城市 热岛比例指数（URI）表现出先上升后下降的特征，整体呈上升趋势。（3）热岛区域在空间分布和扩 展方向上与城市扩展具有较高的一致性，城镇用地、公交建设用地和裸地能促进地表温度升高，而 草地和水体能够降低地表温度，公园绿地和水体能有效缓解银川市城市热岛效应且后者对降低城 市地表温度的效果要好于前者。     

城市景观公园对城市热岛调控效应分析——以哈尔滨市为例

采用哈尔滨市2007年9月30日Landsat TM数据,基于哈尔滨市地表温度反演结果,对城市公园对热岛效应的影响进行了分析。研究结果表明:哈尔滨市主城区热岛效应明显,高温区呈现集中分布,市区内的公园在高温区域内形成明显的热岛空洞;公园对周围区域降温作用明显,降温效应随距离增加呈递减趋势;在公园周围120 m范围内,不同面积的公园对周围环境温度影响存在明显差异,不同缓冲带的降温幅度存在极显著差异;公园面积和内部平均温度呈显著负相关,即公园面积越大,内部平均温度越低,反之亦然,二者存在显著的回归关系,因此可以通过设计不同面积公园,以实现城市高温区降温效应。研究表明一个大的景观公园的降温效应要强于总面积相等的多个小公园的降温效应。