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基于遥感的区域热环境分析

地理与地理信息科学 2009年第6期25卷 82-87页

作者：王萍淮阴工学院建筑工程系江苏淮安223001

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... 详细信息

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。

关键词：区域热环境地表温度地表通量秦岭山区

中国世界级城市群区域热环境研究——基于都市区的新方法

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中国世界级城市群区域热环境研究——基于都市区的新方法

作者：李卓然兰州大学

学位级别：硕士

城市群是区域城市化发展至较高阶段的产物,在城市-区域空间组织方面的先进性已被全球公认,成为全球城市化的主体。但随着高密度区域城市化的发展,城市群面临的生态环境压力日益严重,逐渐成为生态环境问题的集中区。城市群的先进性和重... 详细信息

城市群是区域城市化发展至较高阶段的产物,在城市-区域空间组织方面的先进性已被全球公认,成为全球城市化的主体。但随着高密度区域城市化的发展,城市群面临的生态环境压力日益严重,逐渐成为生态环境问题的集中区。城市群的先进性和重要性在空间组织方面发挥的同时,能否在解决区域生态环境问题中表现出同样的优越性是值得去深入分析的。本文利用RS&GIS相结合的方法,采用2000至2015年MODIS地表温度(以下简称LST)产品等数据,以中国3个世界级城市群为例,提出一种以都市区为基本单元定量研究城市群区域热环境(以下简称RTE)的新方法。研究结果表明2000至2015年期间,三个城市群的都市区均在持续地扩展,相近的都市区由于各联系要素的不断密集,在空间上也逐渐融为一体,与此同时,都市区也以极小的土地资源消耗在城市群的社会经济发展中发挥了重要的作用。但值得注意的是都市区的过剩热量通过地表能量平衡过程转移至地表城市热岛足迹(以下简称足迹)内,被其进一步地吸收和消散,在提升周边郊区LST的同时也使得城市群中大面积的高温地区在空间上聚合。从都市区整体的影响上来看,都市区所造成的地表城市热岛(以下简称SUHI)使其影响范围内的LST提升了0.45至2.23℃。而对于足迹来说,其主要的贡献是大面积的增温地区,但温度的提升并不明显。进一步研究发现,边缘区中大量零散建设用地和城镇使得城市群中原本互不干扰的足迹产生了连接甚至叠加,一些非建设用地可能需要消散双重甚至多重的热量,进一步恶化了RTE。这种由边缘区所产生的热量是不容忽视的,约占都市区总热量的23%,除此之外,这些热量还会叠加于核心区足迹之上,而造成核心区足迹在面积上平均增大约40%,在热容量上平均增大约71%。本文以都市区为基本单元分析城市群发展对RTE的影响,强调城市群的空间扩展特征,这更符合城市群热环境研究的实际情况。同时,作者也希望本文能为全球城市群的可持续发展研究提供参考。

关键词：城市群区域热环境地表热岛足迹 RS&GIS 中国

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种植屋面对区域热环境的影响预测研究

种植屋面对区域热环境的影响预测研究

作者：罗特重庆大学

学位级别：硕士

伴随着城市的扩张,城市生态环境日益恶化,城市热岛效应不断加剧。种植屋面技术通过在建筑屋面种植植物,为建筑密集、用地紧张的城市区域增添绿化,有效地改善了区域下垫面的热物理性质,是解决现代城市中各种综合性问题的有效途径之一。... 详细信息

伴随着城市的扩张,城市生态环境日益恶化,城市热岛效应不断加剧。种植屋面技术通过在建筑屋面种植植物,为建筑密集、用地紧张的城市区域增添绿化,有效地改善了区域下垫面的热物理性质,是解决现代城市中各种综合性问题的有效途径之一。本文针对种植屋面在城市区域中的应用,系统地研究了不同种植屋面类型及布置形式对区域热环境的影响作用。本文从热质传递机理、降温节能效果和生态环境效益等三个方面,较为全面地综述了国内外有关种植屋面的研究现状。通过对已有研究的总结与分析,摸清了课题前沿,明确了采用现场实测与数值模拟相结合的研究方法,确定了本文的主要研究内容。以重庆市四处种植屋面工程实例为对象,采用现场定点观测的方法,实测了冬季、夏季和过渡季节典型气候条件下,简单式种植屋面和花园式种植屋面室外热环境状况。分析了不同类型种植屋面在不同季节气候下对室外热环境的调节作用,补充了已有研究缺少的关于花园式种植屋面以及不同季节条件下的实测数据。实验同时获得大量相关有效数据,对进一步研究种植屋面对建筑室内热环境和区域热环境的耦合节能效益,具有参考价值。在区域尺度下,首次实测了种植屋面对热环境的影响范围。在夏季工况下,采用定点观测与移动测试相结合的方法,实测了以种植屋面为中心,在垂直方向和水平方向上的温湿度分布规律。分析归类了影响区域热环境的众多因素,量化确定了种植屋面对区域热环境的影响范围。基于种植屋面传热传质机理和区域热环境形成原理,建立了种植屋面与区域热环境数学模型,并结合专用数值模拟软件研究了模型的耦合与数值化方法。针对ENVI-met专用模拟软件进行校验分析,确定其最佳初始条件、边界条件和模拟精度。首次通过实验数据验证了模型在重庆地区气候条件下的适用性。讨论分析了数值模型的局限性。结合设计规范与规划指标,从气象因子、区域规划因子和种植屋面因子三个方面,分析了区域尺度下影响种植屋面热效应的因素的取值。通过变量的组合,设计建立了29种模拟情形,系统定量地评价种植屋面类型、覆盖面积、分布方式等因素对区域热环境的影响规律,确定优化配置方案。文章最后对后续研究进行了展望。

关键词：种植屋面区域热环境影响预测数值模拟 ENVI-met

南京江北新区城市规划对区域热环境影响的多尺度数值模拟研究

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南京江北新区城市规划对区域热环境影响的多尺度数值模拟研究

作者：刘祎南京信息工程大学

学位级别：硕士

近年来,随着城市化的迅速发展,城镇用地面积紧张,致使城市向更高、更密的模式发展。这在一定程度上改变了城市空间形态及下垫面属性格局,从而影响城市热环境,引起城市热岛等一系列区域热环境问题。区域热环境与城市规划密切相关,城市规... 详细信息

近年来,随着城市化的迅速发展,城镇用地面积紧张,致使城市向更高、更密的模式发展。这在一定程度上改变了城市空间形态及下垫面属性格局,从而影响城市热环境,引起城市热岛等一系列区域热环境问题。区域热环境与城市规划密切相关,城市规划与设计能够控制城市下垫面结构,因此有效的城市规划政策和设计可以改变区域热环境并提升人居舒适度。如何在满足城市扩张需求的前提下,缓解甚至避免规划建设引发的城市热环境恶化问题,是我国城市规划研究面临的“关键问题”,因此开展城市规划对区域热环境影响的研究工作具有重要社会需求价值和科学意义。本文以江苏省南京江北新区作为试验研究区,首先应用中尺度数值模型WRF(Weather Research and Forecasting Model,WRF)基于土地利用现状以及城市规划方案,控制除土地利用类型外其他初始场保持不变,设计三组对比实验,分别验证真实下垫面输入和城市冠层模式加入是否可以提高模拟精度,进而探究区域热环境对城市规划中下垫面类型改变的响应;其次,针对江北新区规划前后变化较大的顶山街道部分区域进行ENVI-met现状模拟,并利用顶山自动气象站实测数据验证对比WRF与ENVI-met模拟气温精度;进一步地,在规划方案中选择顶山街道区域某二类居住用地,通过设计不同规划方案,分别探究建筑高度与间距之比(H/W)、建筑布局变化对居住小区热环境的影响,以期为城市规划提供参考。研究得到主要结论如下:(1)高时空分辨率土地利用数据的输入以及城市冠层模式的加入显著提高了WRF模拟近地表气温精度,模拟结果更准确地反映了城市内部气温变化情况。土地利用类型改变是推动区域热环境变化的重要因素,城镇用地增加区域日平均气温上升0.9℃,相比于自然地表,城镇用地呈现出升温快和降温慢的特点;与2013年相比,2030年热岛范围扩大、等级增强。建议在城市规划时,除有效控制城镇用地增长外,需考虑该用地的分散布局,根据城市用地条件灵活布置,将其对热环境造成的影响降到最低,更有利于江北新区生态规划建设。(2)利用顶山自动气象站实测数据验证ENVI-met与WRF在该区域模拟气温准确度,发现二者模拟值与实测值相关系数均达到0.96,其中ENVI-met模拟精度更高,RMSE较WRF模拟结果低0.33℃。(3)开展了不同建筑H/W与建筑布局对热环境影响的ENVI-met模拟研究,探讨居住小区规划中建筑要素改变对区域热环境的影响。研究发现该区域模拟气温在H/W=0.7时最高,在H/W=2.8时最低,模拟风速在H/W=1.4时达到最大。由此可以看出,H/W在一定程度上影响城市热环境。建筑布局形式变化对区域热环境也具有一定影响:片块式布局各组团建筑相互独立,热环境变化与各组团布局形式有关;围合式布局白天气温较低,其布局形式对风速的阻碍作用强于片块式;轴线式布局夜间整体气温偏高,热岛效应显著。在模拟实验及其分析基础上,因地制宜地提出居住小区合理规划意见,为加强通风效果,需使道路向主导风向倾斜一定角度,并在其附近设置低矮建筑;在满足建筑间距规范要求的前提下,适当增加建筑高度;多开展绿化建设,大力提倡多维绿化,提高居住区植被指数与绿地率指标,以达到降低温度的目的。

关键词：区域热环境城市规划土地利用类型 WRF模式 ENVI-met模式

基于低空遥感影像的区域热环境定量分析与评价——以广州地区为例

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基于低空遥感影像的区域热环境定量分析与评价——以广州地区为例

作者：张欣欣华南理工大学

学位级别：硕士

随着我国城市化进程不断推进,城市热环境问题越发严峻。大量不透水人造下垫面代替自然植被和裸土是形成城市热岛现象的主要原因之一,研究城市下垫面变化与城区热环境的关系,对明确热岛形成机理、缓解热岛现象具有重要意义。卫星遥感作... 详细信息

随着我国城市化进程不断推进,城市热环境问题越发严峻。大量不透水人造下垫面代替自然植被和裸土是形成城市热岛现象的主要原因之一,研究城市下垫面变化与城区热环境的关系,对明确热岛形成机理、缓解热岛现象具有重要意义。卫星遥感作为研究城市热岛效应及其演变过程的现代技术手段,影像数据丰富,但较低的分辨率使其在研究城市下垫面地表温度的时空分布特征、城区微尺度热环境方面不具优势。无人低空遥感影像正好弥补了这一缺点。本文以中新广州知识城南起步区为研究对象,基于2012年和2015年低空遥感影像数据,对区域热环境进行了定量分析与评价,并研究了城市土地利用变化与地表热岛演变关系。主要内容如下:(1)对低空航拍获取的可见光图像、热红外图像进行拼接、地理配准、裁剪等预处理,获取了研究区域2012年、2015年的可见光影像及热红外影像。(2)基于两期可见光影像数据,分析了研究区域土地利用类型时空演变特征,定量描述了各土地利用类型随时间变化的相互转化情况。并基于分类结果和NEC TH9260红外热像仪特点,进行了地表温度的分类反演和评价。结果显示,反演温度的绝对偏差均值为1.86℃、均方根误差为1.94℃。(3)引入热效应贡献度指数Hi、土地利用类型热单元权重指数D1、区域热单元权重指数D2,定量研究了土地利用类型对地表温度的影响。研究发现,土地利用类型与地表温度及区域热效应具有密切的关系,建设用地、裸地、旱地是形成区域热效应的主导因素,热效应贡献度指数Hi排序为建设用地>裸地>旱地。(4)对地表温度热力等级划分常用的等间距法、均值—标准差法进行了对比与优选,结果表明:相比于等间距法,均值—标准差法更适用于低空遥感地表热场划分,并且当标准差倍数X=1.5,划分为6级时界定的热岛范围更合理。(5)从地表温度热力等级及区域热力强度指数两个层面研究区域热岛效应的时空演变特征。结果表明:在2012015年间,中新广州知识城南起步区热岛区面积占比增长了1.13%,热岛区地表热岛强度由7.22℃升高至10.54℃,提高了3.32℃;区域热力强度指数由0.35升高至0.39;热岛总体发展趋势由东北—西南走向转变为南-北走向,区域热岛重心向南偏移。基于马尔科夫模型预测了研究区域2018年不同地表温度热力等级面积占比,结果表明:较2015年,2018年热岛范围面积占比将增加2.19%,区域热力强度指数将升高至0.41。(6)选取不同尺度地块作为移动窗口,探究了地表热岛强度与窗口内土地利用类型面积占比之间的关系。研究发现,地表热岛强度与窗口内土地利用类型面积占比具有较明显的尺度效应,且随着移动窗口尺寸增大,与地表热岛强度呈显著相关的土地利用类型减少;不同土地利用类型面积占比对地表热岛强度影响程度的相对大小因移动窗口尺寸的不同而不同,无明显的规律。

关键词：低空热红外遥感区域热环境土地利用类型热岛效应

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福州市不透水面变化对区域热环境的影响

杭州师范大学学报（自然科学版） 2020年第6期19卷 663-671页

作者：占惠珠尚慧王镇宁甘智慧西安科技大学地质与环境学院陕西西安710054 福建工程学院管理学院福建福州350118

通过对福州市两时相LandSat 8影像进行全约束线性光谱混合像元分解,提取出研究区不透水面亚像元信息,并在此基础上根据城市不同区域的发展程度,将亚像元按不透水面百分比划分为<10%、10%~<30%、30%~<50%、≥50%的区域.同时结合基于大气... 详细信息

通过对福州市两时相LandSat 8影像进行全约束线性光谱混合像元分解,提取出研究区不透水面亚像元信息,并在此基础上根据城市不同区域的发展程度,将亚像元按不透水面百分比划分为区域.同时结合基于大气校正的地表温度反演,分别计算各区间不透水面对区域热环境的贡献.结果表明:福州市平均地表温度随着不透水面百分比的增加而升高;当不透水面百分比≥10%时,不透水面对福州市热环境的贡献开始增大,福州市的地表温度逐渐呈升高趋势;不透水面百分比区域的不透水面向着中高密度区域转移,土地利用/覆盖变化导致了区域热环境的变化.

关键词：不透水面地表温度混合像元分解区域热环境

高层居住组团布局类型与区域热环境作用关系研究——以厦门市为例

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城市建筑 2023年第19期20卷 43-47页

作者：刘姝宇裘虹瑜宋代风王克男厦门大学建筑与土木工程学院厦门大学建筑设计研究院有限公司浙江省上虞曹娥江旅游度假区旅游发展中心

城市热岛的持续与“双碳”战略的实施,对住区建设提出了应对城市气候问题、缓解区域热污染的要求。文章以厦门市为例,通过统计分析、控制变量、数值模拟等方法,对高层居住组团布局类型与其所在区域热的环境质量的作用机理展开研究。结... 详细信息

城市热岛的持续与“双碳”战略的实施,对住区建设提出了应对城市气候问题、缓解区域热污染的要求。文章以厦门市为例,通过统计分析、控制变量、数值模拟等方法,对高层居住组团布局类型与其所在区域热的环境质量的作用机理展开研究。结果表明,通过布局优化改善区域热环境的思路具有可行性;在同一基本布局类型下,建筑紧凑程度、建设用地方位、组团开敞方向等因素的变化将对区域的热环境产生显著影响;精细化的布局类型与热环境研究具有必要性。

关键词：区域热环境高层居住组团布局类型厦门

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区域背景下生态空间网络与热环境分析

能源与环保 2023年第1期45卷 117-122页

作者：廉梦颖王鹏飞河南农业大学河南郑州450002

近几年,随着城镇化的不断发展,城市建设用地逐渐增加,生态用地不断减少,区域热环境问题已经逐渐成为一个生态问题。利用统计分析和理论分析相结合的手法,通过建立地表空间格局指数,将区域内的生态空间数据化;通过对区域内温度进行分析,... 详细信息

近几年,随着城镇化的不断发展,城市建设用地逐渐增加,生态用地不断减少,区域热环境问题已经逐渐成为一个生态问题。利用统计分析和理论分析相结合的手法,通过建立地表空间格局指数,将区域内的生态空间数据化;通过对区域内温度进行分析,得到了区域内热环境特点,利用空间温度模型计算公式得到了区域内温度极值和生态空间的关系,利用数理统计温度点的特性建立了温度空间模型曲线;通过分析模型曲线,研究了生态空间与区域热环境的关系,探讨了生态格局对生态空间网络的影响机制。研究表明,随着生态空间指数的增大会导致区域环境温度不断降低。该结论为后续区域热环境的研究提供了理论依据和实际应用价值,具备积极的现实意义。

关键词：生态空间区域热环境温度空间模型景观格局地表温度

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土地利用变化对京津冀热环境时空演变的影响

中国环境科学 2023年第3期43卷 1340-1348页

作者：徐宏超李春林王昊刘淼胡远满山东师范大学地理与环境学院山东济南2503582 中国科学院沈阳应用生态研究所中国科学院森林生态与管理重点实验室辽宁沈阳110016 航天宏图信息技术股份有限公司北京100195

选取中国三大城市群之一的京津冀城市群作为研究区,利用Getis-Ord Gi*指数、贡献指数等分析方法,探究了2001~2020年不同土地利用类型对京津冀城市群夏季昼夜区域热环境的影响.结果发现,夏季昼夜相对地表温度空间分布差异较大.白天,西北... 详细信息

选取中国三大城市群之一的京津冀城市群作为研究区,利用Getis-Ord Gi*指数、贡献指数等分析方法,探究了2001~2020年不同土地利用类型对京津冀城市群夏季昼夜区域热环境的影响.结果发现,夏季昼夜相对地表温度空间分布差异较大.白天,西北部和东南部的相对地表温度都较高.夜晚,西北部以冷点为主,而热点主要聚集于东南部.京津冀城市群主要以耕地、林地、草地和建设用地为主.耕地、建设用地主要分布于东南部,林地和草地主要位于西北部.其中,耕地面积最大,约占总体面积的45.5%.然而自2001~2020年,随着城市化的发展,耕地面积降低了5.2%,而建设用地面积增加了2.3%.土地利用在夏季昼夜的相对地表温度变化较大.水体在白天的相对地表温度基本低于0℃,对区域热环境具有明显的降温作用,在夜晚水体的相对地表温度则位于3~4℃,具有明显的增温作用.草地在白天对区域的降温作用不明显,而在夜晚的降温作用明显强于林地.本文通过研究不同土地利用类型对区域热环境的昼夜影响,将有助于理解区域热环境分布特征及影响机制,从而为区域层面的热岛缓解策略制定提供理论依据.

关键词：区域热环境时空演变土地利用相对地表温度京津冀城市群