地表臭氧时空分布及其与多尺度景观类型的关系研究

地表臭氧是中国许多城市的首要大气污染物,其浓度与城市景观规划密切相关。本文以深圳市为研究区,利用大气监测站点数据和多源地理空间数据,选择广义加性模型（Generalized additive model,GAM）,刻画地表臭氧时空分布特征。结合相关分析和多元逐步回归分析方法,研究地表臭氧浓度与多尺度景观类型的关系。结果显示：(1)地表臭氧年均浓度空间差异明显,呈现西高东低,西北靠近内陆的区域浓度较高。秋季浓度最高,年度峰值出现在10月,是地表臭氧污染防治的重点时期。(2)人工地表扩张会显著提高地表臭氧浓度,人工地表斑块优势度和聚合度越高,对地表臭氧浓度的促进越明显;林地占比的增多对地表臭氧浓度有明显的抑制作用,林地斑块优势度和聚合度越高,对地表臭氧浓度的抑制作用越明显。(3)整体景观的异质性降低、优势度和聚合度提高,对地表臭氧浓度的削减作用显著。研究结果可为协同推进地表臭氧污染防治和景观优化设计提供科学依据。     

东寨港和淇澳岛红树林区地表高程和沉积层厚度变化的测量与研究

引进并利用地表高程-水平标志层(rod surface elevation table-marker horizon,RSET-MH)测量体系,以海南省海口市东寨港和广东省珠海市淇澳岛的红树林区为研究区,对比了不同林分下红树林区的地表高程和沉积层厚度变化的差异。研究结果表明,与2018年6月相比,2020年6月,东寨港原始红树林区和恢复红树林区的地表高程分别降低了(3.41±2.11) mm和(3.12±0.97) mm,淇澳岛泥滩区的地表高程降低了(82.12±5.12) mm,淇澳岛林缘区和林内区的地表高程分别升高了(59.38±8.17) mm和(69.24±4.41) mm;东寨港原始红树林区和恢复红树林区的沉积层厚度分别增大了(20.43±2.15) mm和(42.12±3.14) mm,淇澳岛林缘区和林内区的沉积层厚度分别增大了(30.01±4.19) mm和(60.31±3.41) mm;不同林分红树林区的地表沉积层厚度变化和浅部下沉量差异显著,提示沉积层厚度受多种因素的影响,地表浅部变化也在很大程度上决定着地表高程的变化量;红树具有抵抗地表浅部下沉的能力,这与其根系的生长量大于分解量有关。本研究在红树林区地表高程观测中引进、利用了RSET-MH体系,建立了红树林潮滩沉积速率与地面高程变化速率的检测网络,可以为研究红树林区地表高程的变化规律和加强红树林保护提供科学依据和技术支持。     

一种基于植被指数-地表温度特征空间的蒸散指数

利用遥感获取的植被指数和地表温度信息,进行地表能量和水分平衡过程研究是目前陆表过程研究的前沿。根据地表能量和水分平衡原理,对地表温度(Ts)、植被指数(VI),地表蒸散发(ET)之间的空间关系进行了分析,并基于假设条件,构建了温度植被蒸散指数(TVETI)。为验证TVETI表征地表蒸散的能力,利用环境卫星数据和SEBAL模型,对SEBAL模型中各能量通量构建的蒸散指数与TVETI进行线性回归分析,从2012年4~9月6个不同日期的确定性系数分别为:0.838、0.935、0.912、0.921、0.926、0.825, TVETI能很好的表征地表蒸散能力。通过对SEBAL模型估算的ET和TVETI估算的ET进行交叉验证发现,两者大小一致性显著, TVETI可以实现区域尺度地表蒸散发的快速估算。     

塔里木河下游生态输水对地表水体面积变化的影响

以河湖为主体的塔里木河下游地表水体的面积受到输水工程的影响,在区域水循环、调节水平衡中扮演着重要角色。基于近20 a塔里木河下游Landsat 5、Landsat 7和Landsat 8影像资料和生态输水数据,综合采用Google Earth Engine(GEE)计算平台和多元统计分析方法,对地表水体面积变化及其对生态输水的响应进行了系统分析。结果表明:(1)2000—2019年,塔里木河下游区域的地表水体、季节性水体和永久性水体的面积均呈现波动上升趋势,速率分别为15.54 km~2·a~(-1)、7.12 km~2·a~(-1)和8.41 km~2·a~(-1);塔里木河下游上段(大西海子水库—英苏,不包括大西海子水库)、中段(英苏—阿拉干)和下段(阿拉干—台特玛湖)区域的季节性水体和永久水体面积也均呈现波动增加趋势,其中下段区域的增加速率最大,其值分别为5.23 km~2·a~(-1)和8.24 km~2·a~(-1)。(2)生态输水引起的地表水体面积增加主要表现在台特玛湖湖区,2019年台特玛湖湖区的地表永久水体和季节性水体面积分别约为267.27 km~2和188.00 km~2,总体水面积约为455.27 km~2,相比2000年(约38.19 km~2)增加了417.08 km~2(约10.92倍)。(3)近20 a来,研究区域地表水体面积,尤其是永久水体面积变化与塔里木河下游生态输水量密切相关;2007—2009年输水量下泄水量较少,直接导致研究区域在2009年地表水体和季节性水体的面积均减少到最低点。研究结果有助于全面理解塔里木河下游生态输水对地表水体变化的影响,为区域水生态保护提供科学依据。     

基于陆面模式和遥感技术的地表温度比较

基于我国中部的样带基础上,采用陆面模式 (Common Land Surface Model CLM) 和遥感结合技术,对研究的样带区域的地表温度利用CLM模式进行模拟和利用遥感分裂窗技术进行反演;以观测地表温度为真值,分别比较模拟地表温度和反演地表温度空间分布特征和误差大小,分析模拟方法和反演方法对计算地表温度的可适性和应用范围,为进行大面的地表温度计算提供选择和参考依据。通过研究发现,模式模拟地表温度同实测地表温度分布的大的格局吻合非常的好, 但是因地貌类型及地表覆盖的影响,模拟地表温度对水域的模拟温度误差较大,大于3%以上,对耕地模拟误差偏小,在 (-3)% 以内,对裸地、草地和林地模拟温度吻合非常的好。反演地表温度同观测地表温度相差较大,分裂窗反演方法适合地表覆盖为草地和林地状态的地表温度的计算,裸露和农耕区域反演的地表温度误差特别的大。     

雷达差分干涉测量

合成孔径雷达 (SAR)差分干涉测量 (D -InSAR)是利用SAR图像的相位信息提取地表沿雷达视线向的形变信息的一种有效手段。该文阐述D -InSAR的基本原理 ,分析该技术在地震监测、火山研究和细微的地表形变监测等方面的应用研究 ,并分析未来D -InSAR的应用前景。     

基于遥感时序特征的地表覆被信息提取

地表覆被作为自然过程和人类活动共同作用的重要地表景观特征,对全球或局地气候、水热循环、物质传输及陆面生态系统多样性等影响深远。利用年内时序遥感影像自动提取不同地表覆被类型的方法,以新疆阜康地区为研究目标,组织2016年植被全生长季的Landsat 8 OLI地表反射时序影像,研究不同物候期植被冠层的纹理响应信息,考察研究区典型地表覆被类型在3—11月多波段波谱、归一化植被指数(NDVI)及增强型植被指数(EVI)的时序特征,构建提取地表覆被类型的策略规则,形成时序特征匹配方法,将其应用于2018年研究区地表覆被填图的提取。最后,基于高分辨率卫星影像和野外实地调查对随机选取的2500个样点进行对比验证。结果表明:提取结果和验证数据一致性较好,总体精度为97.2%,Kappa系数为0.9655,且实地考查结果显示本方法在复播作物识别和有效降低单一时相中“异物同谱”现象上展示潜在优势。     

近20年京津唐主体城区地表热场空间特征变化分析

基于Landsat遥感影像获取京津唐主体城区1995~2015年地表温度(Land Surface Temperature, LST)和不透水地表盖度(Impervious Surface Percentage, ISP)数据。采用热点聚集和阈值分割法,依据地表的温度和不透水盖度属性将京津唐主体城区划分成9种地表热场类型,分析并探讨地表热场的发展规律、年际变化状况和区域贡献作用。研究发现,京津唐主体城区地表温度与不透水地表盖度间存在显著的正向相关关系,两者分别呈现“阶梯降”和“两端高、中间低”的变化特征。京津唐主体城区地表热场的发展主轴保持在西北-东南方向,且随时间推移沿主轴呈聚集态势。 京津唐主体城区地表热场的影响范围在空间上持续扩张,对于不同的主体城区,其在整体区域的热场贡献中有差异化表现。     

地形对热红外数据反演林地表面温度的影响

基于同日过境的Landsat ETM+和TERRA ASTER影像,评估地形对林地表面温度的影响,并针对复杂崎岖地形建立一个林地表面温度归一化模型,集中研究复杂地形(数字高程模型DEM和山体阴影HS)对地表温度的影响,因此只选择同种地物(林地)用于建模;此外,利用逐步掩膜的方法分析了林地边缘混合像元带(过渡带)对模型反演精度的影响。研究结果表明,地表温度和DEM呈负相关关系,与山体阴影呈正相关关系;两种卫星数据都证实了地形对地表温度的影响,且林地边缘过渡带宽度为30m时模型的精度达到最高。     

埃塞俄比亚安达萨河流域地表温度和归一化植被指数时空变化分析（英文）

本文分析了植被动态与地表温度等气候参数之间的关系,对环境和生态研究以及自然资源监测至关重要。本文首先利用Landsat数据探讨了1986年至2016年期间安达萨河流域地表温度(LST)和归一化植被指数(NDVI)的时空分布以及它们之间的关系,三个气象站点的月平均气温数据用于验证结果。该研究的结果表明,Andassa流域的LST在研究期间有所增加。总体而言,平均LST一直在上升,年增长率为0.081℃yr~(-1)。该研究结果还表明,所有季节的流域植被覆盖都发生了变化。在所有研究年份中,LST和NDVI之间存在负相关;从1986年到2016年,研究区植被具有退化趋势,地表温度有所升高。     

基于MODIS的新疆地表温度时空变化特征分析

地表温度（LST）作为陆地环境相互作用过程研究中的重要地学参量,其时空分异与下垫面属性、地形地貌格局等息息相关。本文基于2000—2020年MOD11C3数据,采用GIS空间分析、空间重心模型及改进的半径法等手段,对新疆地区月、季、年及昼夜等序列时空尺度LST的分布特征及变化趋势进行研究,并借助LUCC、DEM等多源遥感数据进一步探讨各类下垫面、不同地貌单元及部分典型区域的LST垂直递减率、增减温及热（冷）岛效应等地理特征。结果表明：① 研究期间新疆年均LST为9.45 ℃,呈减温和增温趋势的区域分别占研究区面积的13.3%和86.7%,增温区域占绝大部分,故近20年研究区整体呈升温趋势（0.024 ℃·a^-1）,较全国高出约0.01 ℃·a^-1,其中春季增幅最大,冬季次之;夜间LST变化明显强于白天,春、夏两季昼夜温差均大于23.7 ℃,而冬季最小（约15 ℃）;研究区年际高、低温重心迁移轨迹大多分布于LST变幅较大区域,各月LST空间分布及高低温重心转移轨迹均表现出以7月为中点的年内强对称性规律。② 不同下垫面地表冷热环境空间分布差异较显著。其中以荒漠和裸土为主的未利用地年均LST最高（13.42 ℃）且昼夜温差最大（23.6 ℃）,高寒区冰川年均LST最低（-7 ℃）且昼夜温差（14.3 ℃）最小,其他下垫面年均LST在2.6~11 ℃之间,昼夜温差较小且较一致（平均16.75 ℃）。③ 东西走向的“三山夹两盆”地貌结构,使新疆LST的纬度地带规律被大幅削弱。研究区各山区（群）LST垂直递减率不尽相同,地处较高纬的阿尔泰山递变（0.63 ℃/100 m）最明显,山体高大的帕喀昆阿山群递变（0.57 ℃/100 m）次之,天山山脉递变（0.54 ℃/100 m）最小。另外各山区（群）山麓处均出现了不同程度的逆温现象,而山腰处LST垂直递减率线性拟合效果最佳。④ 本研究所选取的部分典型城市大都表现出不同程度的热岛效应。其中乌鲁木齐市热岛效应最为强烈,伊宁市其次,哈密市最微弱,而阿克苏市则表现出绿洲城市冷岛效应,但各城市热（冷）岛效应均存在一定环数（8环）范围的冷、热岛足迹。     

基于MODIS数据的长株潭地区NDBI和NDVI与地表温度的关系研究

基于4个季节的MODIS影像,计算长株潭地区的地表温度、NDBI和NDVI,比较NDBI和NDVI与地表温度之间关系,对地表城市热岛效应研究的指标NDBI和NDVI进行对比分析.结果表明,NDBI与4个季节的地表温度间都存在明显的线性关系,而NDVI与地表温度间关系并不明显且随季节发生变化,说明NDBI是地表城市热岛效应研究的有效指标,在地表城市热岛效应的季节变化研究中NDBI可作为NDVI的一个附加指标.     

基于遥感监测的城市热岛研究进展

全球正经历快速、高强度的城市化,导致城市热岛加剧,并对城市、区域乃至全球许多的生态环境要素直接或间接地产生多方面的影响,与人类福祉密切相关。遥感具有宽覆盖、信息量大、重复观测周期短等优点,已成为地表城市热岛(Surface Urban Heat Island, SUHI)监测广泛采用的一种方法。针对前人相关研究对热红外数据源、监测指标及SUHI时空变化规律尚缺乏系统总结且内容需要更新等问题,本文首先分类评述了SUHI遥感监测所采用的热红外遥感数据源。其次将现有的SUHI监测指标分为土地覆盖类型驱动型、地表温度格局驱动型及两者复合驱动型3类来述评,详细介绍了它们的计算方法、应用案例及优缺点;并从日间变化、夜间变化及昼夜对比的变化3个方面述评了SUHI的年内时空变化规律;归纳了其年际变化规律。最后,依据现有研究结论中相互冲突或尚需深化的地方,指出几个潜在的关键问题或研究方向。     

干旱区地表温度和热岛效应演变研究——以宁夏沿黄城市带为例

宁夏沿黄城市带位于宁夏东北部,不仅是干旱地区地理研究的重点区域,也是宁夏经济发展的核心区域。基于2000—2018年的MODIS地表温度、土地覆盖类型以及植被覆盖率数据,通过计算热岛比例指数 (URI),利用Mann-Kendall非参数检验及Sen’s斜率估计法,对宁夏沿黄城市带近20 a白天和夜间的地表温度（LST）和热岛效应时间变化进行分析。结果表明：（1） 近20 a来,宁夏沿黄城市带大部分地区[WTBX]LST变化不显著,但在植被覆盖率增加区域,白天LST显著减小而夜间LST显著上升;植被覆盖率减小区域与之相反;夜间LST[WTBZ]变化幅度强于白天。（2） 宁夏沿黄城市带的热岛效应通常在白天较弱、在夜间较强;白天和夜间时刻的城市热岛效应在一年内呈现不同的季节变化特点,白天春冬较强,夜间夏季较强;过去近20 a,宁夏沿黄城市带白天热岛效应呈现稍微减弱趋势,夜间热岛效应呈现稍微增强趋势,但变化趋势均不显著。（3） 从植被覆盖率和地物类型两个影响因素的研究表明,植被覆盖率是影响地表温度变化的重要因素,城建区与郊区主要地物温差的改变是城市热岛强度变化的重要原因。从长时间序列变化的角度详细分析干旱区城市热岛的特征和变化原因,可为干旱区城市热岛带来的环境问题治理提供参考,也为研究干旱区热岛提供了借鉴。     

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。     

半干旱区典型工业城市热岛时空分布及演变特征——以包头市为例

基于2000 年、2008 年和2015 年landsat5 TM影像和Landsat8 OLI影像,以单窗算法反演地表温度,研究包头市区近15 a 的城市热岛时空分布及演变特征,并对下垫面土地利用/覆盖类型、 NDVI 与城市热岛的关系进行了定量分析。研究结论表明：包头城市热岛15 a 来呈逐步扩展趋势,且主要集中于裸地区、工矿区、商业和人口密集区三类区域,空间演变趋势与城市扩张格局呈现出高度的一致性;城市热岛效应强度增强,但2008-2015 年以来,市中心区高温区面积比重大大降低;下垫面土地利用/覆盖类型是影响城市热岛空间分布的重要因子,地表温度呈现出裸地>工矿用地>建设用地>城市绿地>农用地>水体的规律;地表温度与 NDVI 呈现显著的负相关关系,即植被指数越高,城市的地表温度越低。     

粤港澳大湾区气溶胶对白天城市热岛强度的影响

以粤港澳大湾区为例,利用卫星遥感资料结合大气化学模式模拟,分析2003―2018年城市热岛强度、气溶胶光学厚度的变化规律,定性和定量研究气溶胶对白天城市热岛强度的影响。结果表明：2003―2018年粤港澳大湾区城市热岛强度呈波动上升趋势,夏季热岛强度最大,冬季热岛强度最小;气溶胶光学厚度呈波动下降趋势,春季气溶胶光学厚度最大,冬季气溶胶光学厚度最小。在年际和季节尺度,城市热岛强度与城区、郊区气溶胶光学厚度之差均呈弱的正相关。基于WRF-Chem的模拟实验表明,气溶胶的存在导致城区、郊区地表向下总辐射减少、地表温度降低,且城区地表向下总辐射减少多于郊区、降温幅度大于郊区,进而导致了热岛强度减弱。气溶胶对城市热岛强度的贡献率为?2.187%,冬季贡献率绝对值略高于夏季。     

基于ECOSTRESS地表温度和手机信令数据的城市人口热环境暴露风险评价——以西安市为例

全球气候变暖和城市热岛效应的双重影响使人类社会面临的极端高温风险日益加剧,给城市人口健康和社会经济可持续发展带来严峻挑战,科学评估城市热环境下人口暴露风险已成为当前学术界关注的热点领域。论文基于ECOSTRESS地表温度数据和手机信令数据,以西安市为例,在城市地表温度和人口时空变化分析基础上,构建城市人口暴露风险评价模型,揭示精细化时空尺度上的人口暴露风险时空格局及其动态演变特征。结果表明：① 西安市夏季一天内的地表温度呈现出明显的波动特征,昼夜地表温度差异较大,白天平均温度为35.5 ℃,夜间平均温度为21.5 ℃,白天地表温度空间分布相比夜间具有更明显的空间异质性,且日内所有时刻均存在不同强度的城市热岛效应,热岛分布的变化表现出从聚集状态向离散状态再过渡至聚集状态的特征。② 西安市人口分布呈单中心结构,73.6%的人口都分布在三环以内,且沿中轴线集中的现象显著,昼夜人口形成了“白天向心、夜间离心”的分布特征。③ 人口暴露的中、高与极高风险区主要呈散点式分布在城市中心区域,且86.6%的极高风险区位于三环以内,而无风险和低风险区主要集中连片分布在城市外围。④ 导致昼夜人口暴露风险差异的不同主导类型面积占比依次为温度主导型(37.9%)>共同主导型(31.5%)>人口主导型(30.6%)。研究可为城市人口暴露风险区域的识别及制定针对性的适应性策略提供参考。     

利用ASTER资料估算黑河中游沙漠和绿洲地区夏季地表温度

利用美国宇航局地球观测系统EOS-Terra卫星所搭载高级空基热发射反射辐射计(ASTER)5个热红外通道遥感资料,并结合三种地表温度反演算法和可见近红外信息,估算2003年夏季黑河中游地区沙漠和绿洲景观下地表温度空间分布。分析发现三种方法估算的地表温度比较接近,且反演值与地面观测值较为一致,能够作为陆面过程研究输入数据。其中,估算的水体温度主要介于19.0~21.0℃,绿洲内农田温度分布于27.0~29.0℃,荒漠戈壁地表温度分布于40.0~60.0℃;在绿洲内,由植被覆盖度参数化比辐射率方法（Pv方法）所估算地表温度值最低,Alpha导出比辐射率方法(ADE方法)估算值最高,由温度比辐射率分离方法(TES方法)估算值介于二者之间;荒漠戈壁区域Pv方法地表温度估算值最高,ADE方法估算值最低,TES方法估算值仍然介于前两者之间;绿洲和荒漠戈壁均具有较大地表温度空间变率。利用有关比辐射率光谱库地物观测数据拟合出一个经验公式以获取地物宽通道比辐射率。分析计算表明,地物目标在较大地表环境温度变化范围内,利用地物宽通道比辐射率计算地表长波辐射最大绝对误差不超过8.0 W·m-2。