深圳市城市热岛与高温热浪日变化特征及人口暴露度研究

作     者：谢铖 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄波

授予年度：2020年

学科分类：07[理学] 070602[理学-大气物理学与大气环境] 0706[理学-大气科学] 

主      题：城市热岛 高温热浪 日变化 FY-2F 手机定位数据 人口暴露度 地理加权回归 

摘      要：城市热岛与高温热浪作为典型的城市化特征灾害,严重影响着城市居民的生命健康,探究其精细时空变化特性对城市和城市居民应对热风险带来的危害有着重要意义。国产FY-2F地表温度产品因具备较高的时间分辨率特性对精细化研究城市热环境起着积极作用,但该产品通常存在一定的数据缺失问题,因此对其产品缺失值进行填补或者地表温度重建以此获得满足研究城市热环境日内变化特征的数据产品显得十分必要。与此同时,城市居民作为城市运作的主要承载体,城市热环境的时空变化必然会对其产生一定的影响,而目前针对这种热环境影响下的城市居民动态研究尚少。如何揭示城市居民在城市热岛与高温热浪中的动态暴露程度大小,对城市及城市居民应对热环境风险有着尤为重要的意义。基于上述背景,本研究以深圳市2018年7月26日至2018年8月1日为一个时间周期,首先结合INA08地表温度日变化模型和普通克里金插值重建FY-2F地表温度及气温数据,得到逐时地表温度和高温热浪逐时变化特征;然后基于重建后的FY-2F地表温度数据产品,结合MCD12Q1地表覆盖类型数据分析了深圳市城市热岛逐时变化特征,同时利用相关性分析与对比分析探讨了城市热岛和高温热浪的作用关系;最后利用手机定位数据和统计人口、城市POI数据基于人口加权模型和地理加权回归模型,研究了城市热岛和高温热浪影响下的逐时动态人口暴露度特征,得出如下主要结论:(1)基于INA08地表温度日变化模型和普通克里金插值重建的FY-2F地表温度,重建结果精度较高,超过90%的重建结果平均绝对误差(MAE)介于0～1.00,约92%的均方根误差(RMSE)介于0～1.00。此外基于普通克里金插值得到的逐时气温结果精度较高,平均绝对误差(MAE)介于0～0.50之间波动,均方根误差(RMSE)则均低于0.70。(2)深圳市城市热岛整体表现出从聚集状态向离散状态再过渡至聚集变化的趋势,且分布区域主要呈现“中部集中且强、西部高于东部、热岛面积平均占比表现出夜间(64.56%)与白天(64.80%)基本持平、夜间极弱热岛面积比(36.70%)强于白天(35.11%)、白天弱热岛面积比(27.65%)高于夜间(26.58%)、夜间强热岛面积比(1.27%)低于白天(1.97%)、极强热岛微弱的特点;以高温热浪发生与否为区分,高温热浪期间,单日热岛面积比峰值出现在下午17:00～18:00,最低值出现在上午04:00～06:00,非高温热浪期间逐时城市热岛则未表现出明显的“峰值与“谷值。(3)深圳市高温区(大于308.15 K)与潜在高温区(307.15～308.15K)整体呈现西部高于东部、南部低于北部的特征,且单日潜在高温与高温以中午12:00开始迅速升高为主,下午13:00～17:00期间达到峰值,18:00开始回落至非(潜在)高温水平(低于307.15K)。(4)高温热浪对城市热岛的影响总体呈现出较为明显的协同促进作用,且夜间增强高于白天;但对不同热岛强度等级即表现出明显的协同作用,也呈现出一定程度的抑制作用,且这种作用普遍存在“昼夜差异的特征。(5)逐时人口空间分布趋于相对稳定态势,高于6521人/km的区域整体趋势表现为以福田区华强北街道为原点,沿龙岗区西部至龙华和光明区中部经宝安区、南山区、罗湖区沿海区域的带状分布。受热浪环境影响,深圳市逐日、夜间以及白天平均热岛人口暴露比约为69%,逐时平均热岛人口暴露比介于60.62%～79.18%;非热浪期间,逐日、夜间以及白天平均热岛人口暴露比约为73.53%,逐时暴露比则在58.61%～79.31%区间波动,且高暴露度主要集中于城市建成区。此次高温热浪,单日潜在高温暴露人口与高温暴露人口主要集中在光明区、宝安区以及龙岗区北部。持续性且大面积覆盖的高人口暴露度(大于等于6521人/Km·h)主要集中于7月29日与7月30日2天,特别地,7月30日13:00开始至17:00,人口暴露度百分比均高于95%,且14:00至16:00期间人口暴露度百分比均高于99%且集中分布于除盐田区之外的9个行政区。(6)深圳市龙岗区、宝安区、南山区、罗湖区等区域作为热危害高人口暴露区,患慢性疾病的老年人口存在较高的热危害胁迫风险;同类兴趣点在不同时刻、不同类兴趣点在相同时刻对人群减少热浪暴露的移动交互行为具有明显的时空驱动机制差异及选择偏好特征,客观反映了城市基础设施布局对居民应对城市灾害适应性有较大影响。