广州市冬夏季热岛的空间格局及其差异分析

利用2003年夏季和冬季两景Landsat ETM图像的热红外波段反演了广州市地表温度(LST)的空间变化,并对冬季和夏季热岛空间分布特征的差异及成因进行了分析。结果表明,广州市冬季和夏季热岛的空间分布具有明显的规律性,并且空间分布、强度差异很大;夏季热岛集中区主要是建筑物和道路等非渗透表面组成地域以及人口最密集区域,冬季热岛的分布主要与工业区和运输业的分布相伴。引起这种差异的原因主要是城市能耗布局、下垫面性质、冬夏季生物学和热学特征综合作用的结果。     

云南高原楚雄市近年来城市气候特征研究

基于楚雄市城区中心气象站和周围9个加密气象站点及南华2010~2014年气象观测资料,利用Excel制作图表等对楚雄市近年来城市气候变化特征及成因进行了分析与研究,得到楚雄市城市气候变化规律,利用灰色关联分析方法对影响楚雄城市气候的自然和人文因子进行了分析。研究结果表明:近年来热岛强度呈先下降后上升波动趋势,热岛强度最大是在2010年,最小是在2013年,3月份热岛强度最强,8月份最弱。近5年间的降水量波动较大,降水量最多在2014年,最少在2012年,城市雨岛效应比较明显,降雨干湿季分明,城市雨岛强度雨季大于干季。城市相对湿度比郊区少,城市干岛效应明显,楚雄市城市干岛强度雨季大于干季。影响楚雄市城市气候的因子既有人文因子也有自然因子,且人文因子的影响大于自然因子。     

层次分析法在下垫面因子影响沙尘暴危险度研究中的应用

沙尘暴是一种危害严重的气象灾害,其形成依赖于大气环流和沙质地表两种不同密度的物理介质的相互作用,风力条件和下垫面的性质是影响沙尘暴强度和危害程度的两个重要因素。减轻沙尘暴危害的有效方法就是改善沙尘暴源地的下垫面状况,但这需要评估下垫面各因子在不同天气、气候背景条件下对沙尘暴发生的影响程度。从下垫面的角度出发,以内蒙古中西部地区为例,利用气象资料和实测数据,应用AHP方法对下垫面定性与定量因子进行综合分析,得出不同地区下垫面因子对沙尘暴发生作用的权重,为从下垫面角度研究沙尘暴危险度奠定基础。     

城市土地利用/覆盖变化与热环境生态调控研究进展与展望

城市土地利用/覆盖变化(LUCC)与热环境生态调控是城市生态学和城市气候适应性关注的热点问题。在提出城市LUCC/空间结构与生态服务热调节功能连接的重要性的基础上,综述了城市土地利用变化、城市绿色基础设施在热岛减缓和气候适应性发挥的作用,评述了观测实验、定量遥感和过程模型方面以及热调控的进展情况。基于此认为,局地或区域尺度城市高精度结构组分高精度遥感探测方法、城市高精度下垫面多尺度(功能区/覆盖组分/构造或材质等)对局地气温和辐射能量平衡影响机理和定量贡献识别、城市生态系统热调节功能的城市地表结构组分调控阈值确定、以及区域或全球尺度城市土地利用/覆盖变化影响的生物地球物理机制定量化认知等,是未来重要的发展方向。     

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。     

上海市人类活动对热环境的影响

随着城市规模不断扩张, 由城市热岛现象而导致的热环境问题不断凸现。城市热环境 的时空变化, 是下垫面改变、人为热释放和环境污染等人类活动因素相互交织作用的结果。 由于城市热环境影响因子的复杂性, 传统观测手段和统计方法在获取数据和分析人类活动对 热环境响应机制方面存在着局限性。而卫星遥感和GIS 技术为人类活动对城市热环境的影响 分析提供了技术支撑。选用Landsat ETM+ 影像, 以上海市外环内区域为研究靶区, 在探讨热 环境的空间格局基础上, 运用空间主成分分析方法替代传统的多准则判断(MCE) 方法, 分析 了人类活动对城市热环境的影响特征。结果发现, 对于上海主城区而言, 城市建筑与人口密 度、工业区布局、下垫面类型以及城市景观多样性四个因子是影响城市热环境空间格局的主 导因子; 四个因子的线性模型, 较好地模拟了热环境的空间变化, 定量揭示了上海城市人类活动对热环境的影响机制。     

长沙都市区热力景观空间格局分析

热环境是城市生态系统的重要组成部分,将分形几何学的基本理论引入地表热力景观格局研究,可以量化评价城市热环境状况.以长沙都市区为例,利用TM热波段反演得到地表温度,并将其分为强热岛、弱热岛、常温区、弱冷岛和强冷岛5种热力景观类型,分别采用standard法和moving window法分析了都市区热力景观空间格局,然后用边界维数D和稳定指数SK定量化地描述了热力景观格局的复杂度与稳定性.结果显示:常温区是热力景观基质,而热岛景观已是春季城市热场重要特征;景观梯度变化在南北和东西两条样带上均呈现由市区向乡村骤变的特征,并伴有不同幅度的波动;热力景观边界维数D复杂度排序为:常温区＞弱热岛＞弱冷岛＞强热岛＞强冷岛,稳定性指数SK排序与之相反.     

兰州市城区夏季热场分布与热岛效应研究

对兰州市城区进行了早、午、晚3个时段各气候要素的流动观测,模拟了兰州市城区夏季3个时段的地面热场。结果显示,兰州市夏季地面热场分布存在明显的规律性和动态演变特征。2006~2007年,在城区和郊区利用两套自动气象站连续进行了气候定点对比观测,结合兰州城区台站近70年和郊区台站近40年的常规气象观测资料,分析兰州市气温、热岛效应及热岛强度的变化特征。热场的时空分布与兰州市城市化过程中土地利用类型、人口密度、城市能耗、建筑容积率和下垫面热力性质等因素的变化有着密切的联系。     

基于MODIS的珠江三角洲地区区域热岛的分布特征

通过MODIS地温数据,研究了珠三角地区由于快速的城市化过程造成的区域性大范围温度升高现象,即"区域"热岛现象。分析结果表明,MODIS数据能够较好地反映出区域城市化进程中区域地表热环境的变化。不同下垫面的温度差异是形成区域热岛的基础。在大规模连片的城市化过程中,城镇用地的周边区域受到温度升高的影响,地表温度也相应升高,从而造成了区域大面积的温度升高,形成了区域热岛。从空间形态看,区域热岛的空间格局与城镇用地的空间布局具有较高的相关性,大城市或城市连绵区往往是区域热岛的中心。城市连绵区及其周边区域的热岛现象十分明显,而位于研究区的西南和东北方位的城镇分布比较分散,对应的区域热岛现象并不显著。     

哈尔滨市城市扩展与地表热环境变化关系研究

采用1989,2001和2007年LandsatTM/ETM+遥感数据,利用单窗算法对哈尔滨市地表温度进行反演,从热岛强度、不同类型下垫面转换对温度的影响以及温度重心转移等方面分析了哈尔滨市地表温度随城市扩展的变化规律。研究认为:哈尔滨市城镇面积、城镇用地比重、城市扩展指数都表现为持续增长的趋势,城市主要沿香坊区公滨路、哈阿公路、太平区和松花江以北地区扩展;哈尔滨市高温区面积表现为持续增长,常温区、低温区面积不断减少;城市用地对地表热效应贡献最大,其他类型下垫面向城市用地转换均表现为正温度效应;哈尔滨市城市扩展与温度场强度转移方向相一致,城市扩展是导致城市地表热环境变化的主要原因。     

北京城市气温与下垫面结构关系的时相变化

城市气温与城市下垫面结构的关系,是城市气候研究的关键性课题之一.本文利用1982年在北京市区30个观测点上所测得的春、夏、秋、冬四季昼夜八个时相的气温记录和1983年5月航测的北京市区下垫面资料,用多元回归和逐步回归的方法,对北京城市气温与下垫面结构的关系作了分析.分析结果表明:城市气温和城市下垫面结构中绿地、建筑物、水域三要素的相关程度,随着季节和昼夜的变化而变化.绿地的降温作用以夏季白天为最明显,建筑群的增温作用以冬季夜间为最明显.因为所有测点周围 500m范围内都没有面积较大的水体,各时相气温与水域的相关程度都很小,这清楚地说明:城市内的小面积水体对其周围的气温并没有明显的调剂作用.     

楚雄市2008年城市热岛效应实测数据分析

利用楚雄市2008年实测气温数据和楚雄市气象观测站2008资料,分析了楚雄市2008年城市热岛强度的变化,并与楚雄市往年城市热岛效应做对比分析,得到了2008年楚雄市城市热岛效应的月变化和日变化规律;同时分析了热岛强度与地面风速、相对湿度、气压以及大气污染物的灰色关联度。结果表明,2008年楚雄城市热岛效应的日变化和月变化规律明显,热岛效应呈现出明显的时段性和季节性;气象因子中风速和相对湿度对热岛的影响明显,大气污染物因子中NO2对热岛的影响较大。     

城市化过程中下垫面改变对大气环境的影响

城市化发展,特别是下垫面特征的改变,对大气环境的外强迫是当前大气环境领域研究的热点问题。下垫面特征变化导致不同尺度气象场发生变化,而气象条件又决定着大气污染物的迁移转化。为了深入探讨这个问题,文章首先从3个方面总结了相关研究：1）城市气候的基本特征及其形成的内在机制;2）不同尺度下的城市污染气象学特征;3）定量描述城市下垫面地-气作用模式的相关进展。之后进一步综述了利用数值模式方法模拟城市化过程中下垫面变迁对大气环境（包括气象条件及空气质量）影响方面的研究进展。最后利用中尺度大气模式WRF/Chem和过程分析方法研究了中国东部地区城市下垫面扩张对臭氧（O3）和一氧化碳（CO）空间分布的影响。模拟结果显示：在人为源排放不变的情况下,城市下垫面扩张使得近地面和1~3 km高处的O3,以及距地面1~2 km高处的CO体积分数增大;但近地CO体积分数下降。     

近20年来昆明市城市化进程对城市热岛效应的影响研究

近年来,城市化对城市气温影响是气候变暖研究中备受关注的问题之一。利用1987~2006年昆明及周围3个站点的气象数据分析城区和周围站点的气温变化差异,给出城市和郊区在不同年份、不同季节城市化影响下的气温变化趋势。研究发现:近20年来,城区年平均温度为15.7℃,郊区为14.9℃,受城市化的影响,昆明市城区热岛效应一直呈现增幅的趋势,其中在冬季热岛强度最大且增幅为0.399℃/10 a,而热岛强度最小的是夏季,UHI最高气温增幅为0.29℃/10 a,UHI最低气温增幅为0.56℃/10 a。在此基础上结合昆明城区的城市发展资料,运用熵值法、主成分分析方法探讨了城市发展对年热岛强度的影响,结果表明在不同时段影响因素不同,1987~1994年主要因素是建成区面积和人均GDP,而1995~2006年则是人均GDP和城镇人口。     

规划控制要素视角下城市热环境的测度与优化——以广州中心城区为例

传统的遥感与CFD方法在定量评价及优化城市热环境的影响时存在时间和空间上的局限，规划师缺少精细化管理城市热环境的定量方法。基于局地气候分区（Local Climate Zone, LCZ）体系，梳理规划控制要素与城市热环境的关联，定量分析广州中心城区热岛强度的时空分异特征，发现不同LCZ的热岛强度存在差异，调整规划控制要素可以对热岛强度产生不同程度的影响。通过对比广州中心城区的实测数据，对简化数值模拟方法 （Urban Weather Generator, UWG）预测热岛强度的适用性进行检验，结果表明：1）该方法的精度（R2=0.956,RMSE=1.10℃，MBE=-0.28℃）较好，计算速度快，适用于城市地块热岛强度精细化评估。2）研究选取与规划控制要素相关的11个参数进行全局敏感性分析，发现建筑密度、建筑高度、建筑功能及占比是影响广州中心城区热岛强度的关键性因素，对热岛强度的控制可在规划初期介入，UWG和LCZ相结合是快速准确评估热岛强度的定量化工具。3）通过合理规划土地使用、环境容量与建筑建造，引导城市设计，可有效缓解城市热岛，优化城市热环境。     

上海城市的于岛效应和湿岛效应

上海“城市”由于下垫面性质的改变和大气中人为热、人为水汽和污染物质的增多等原困，对大气环境产生明显的影响。在气温和多年汛期平均降水量的分布上，城市有“热岛”和“雨岛”。在水汽压的分布上，情况比较复杂：绝大多数时间，城区水汽压明显比郊区小，“千岛”效应十分显著；但在某些天气条件下，城区水汽压反比郊区高，形成城市“湿岛”。     

南京市热场分布特征及其与土地利用/覆被关系研究

文章采用Landsat ETM⁺热红外波段反演LST,分析南京市热场分布规律,构建了土地覆被指数LCI定量表示热场分布特征与土地利用/覆被的关系。结果表明:南京市存在三个连续分布且范围较广的热岛中心,主要分布在工业区;建成区平均温度比郊区高0.972℃;土地利用/类型的空间格局总体上决定了城市热场的空间分布,下垫面介质的热特征和生物学特征差异是地表温度不同的根本原因,工业热源是南京市热岛形成的重要因素;LCI可以和城市气候模型、水文模型结合起来运用,为城市热岛提供一种新分析方法。对某一特定区域而言,随着城市化水平的提高,单位面积内LCI值逐渐减小。     

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。     

“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。