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基于FSDAF模型的干旱区典型绿洲城市夏季地表热岛效应时空演变研究

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干旱区地理 2021年第1期44卷 118-130页

作者：王爽王承武张飞云新疆农业大学管理学院新疆乌鲁木齐830052

全球城市化进程加快引起的干旱区绿洲城市热岛效应变化及其生态环境问题已成为当前国内外城市气候、环境和生态等领域的研究热点之一。基于遥感热红外通道反演的地表温度(Land surface temperature,LST)是开展城市地表热岛(Surface urba... 详细信息

全球城市化进程加快引起的干旱区绿洲城市热岛效应变化及其生态环境问题已成为当前国内外城市气候、环境和生态等领域的研究热点之一。基于遥感热红外通道反演的地表温度(Land surface temperature,LST)是开展城市地表热岛(Surface urban heat island,SUHI)效应监测研究的关键参数。然而,受热红外遥感数据“时空矛盾”的制约,目前在单一星载卫星传感器下尚不存在同时具有高时间分辨率和高空间分辨率的热红外遥感数据源,因而制约了在干旱区绿洲城市范围内开展高精度地表热岛效应监测研究。针对上述问题,以干旱区典型绿洲城市--乌鲁木齐市为研究区域,以Landsat系列影像和MODIS地表温度产品为基础数据源,基于FSDAF(Flexible spatiotemporal data fusion method)时空融合模型分析了2001-2018年乌鲁木齐市在城市扩张背景下夏季地表热岛效应的时空变化特征以及夏季LST与城市地表参数之间的关系。研究结果表明:(1)乌鲁木齐市夏季热岛强度(SUHI intensity,SUHII)在不同的郊区范围内均呈现增加的趋势。在较小的郊区范围内,SUHII1从2001年的1.24℃增加到了2018年的2.83℃;在较大的郊区范围内,SUHII2从2001年的1.44℃增加到了2018年的2.88℃;(2)在研究区各土地利用类型中,裸地的夏季LST最高,水体最低;(3)研究区地表反照率和不透水面的增加与城市夏季LST升高呈正相关,而植被指数与植被覆盖度则与LST呈负相关关系;(4)在干旱区绿洲城市,城区内部植被面积的增加有助于缓解城市热岛效应,而仅郊区植被的增加则会导致SUHII的进一步增强。

关键词：地表热岛时空融合模型干旱区绿洲城市

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近20年来重庆市主城区地表热岛的时空变化

环境科学研究 2012年第6期25卷 615-621页

作者：韩贵锋颜文涛赵珂叶林重庆大学建筑城规学院重庆400045 山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045

为了揭示快速城市化地区热岛的时空变化特点,以重庆市主城区为例,利用1988─2009年共5个时期的TMETM+影像反演地表温度,分析了地表热岛和相对热岛强度的空间格局及其变化趋势.结果表明:近20年来地表热岛的空间格局经历了集聚→较集聚... 详细信息

为了揭示快速城市化地区热岛的时空变化特点,以重庆市主城区为例,利用1988─2009年共5个时期的TMETM+影像反演地表温度,分析了地表热岛和相对热岛强度的空间格局及其变化趋势.结果表明:近20年来地表热岛的空间格局经历了集聚→较集聚→集聚的演变过程,热岛逐渐由重庆市老城区向外围城市组团转移;最大的相对热岛强度总体呈先增大后减小的变化趋势;老城区的相对热岛强度明显减弱,外围新兴城市组团相对热岛强度显著增加,沿长江和嘉陵江的开发建设导致滨江带相对热岛强度明显增强;相对热岛强度增强幅度与减弱幅度基本相当,大部分地区的相对热岛强度变化较平缓.相对热岛强度及其时空变化与重庆市扩张十分吻合,具有显著的城市组团式特点.

关键词：地表温度地表热岛相对热岛强度时空变化遥感重庆市主城区

三维城市空间形态演进及其地表热岛效应的规划应对——以北京市为例

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国际城市规划 2021年第5期36卷 61-68页

作者：蔡智唐燕刘畅马蒂亚斯·德米泽尔清华大学建筑学院德国波鸿大学

快速城市化进程显著改变了城市地区的物质空间形态,并常常引发系列生态环境问题,其中较为显著的是城市热岛效应。本文基于Landsat系列、Sentinel系列等多源卫星遥感数据和深度学习方法,采用系统化的局地气候分区城市空间形态分类方案,... 详细信息

快速城市化进程显著改变了城市地区的物质空间形态,并常常引发系列生态环境问题,其中较为显著的是城市热岛效应。本文基于Landsat系列、Sentinel系列等多源卫星遥感数据和深度学习方法,采用系统化的局地气候分区城市空间形态分类方案,识别并分析了北京近20年三维城市空间形态的演进特征和地表热岛效应。结果表明,北京低层形态类型持续收缩,向高层类型(紧凑高层、开敞高层)发展的趋势明显,分析其驱动力可以发现城市规划和政府政策扮演了至关重要的角色。空间形态演进也影响并改变了北京城市地表热岛的分布格局,高温热岛区主要集中在紧凑低层、紧凑中层和大体量低层里。本文针对城市空间形态类型不同的地表热岛效应,提出了差异化的规划应对策略,以期为缓解城市地表热岛效应、增强城市气候适应性等提供决策支持。

关键词：地表温度地表热岛三维空间形态局地气候分区演进北京

城市夜间地表热岛逐日演变归因分析与情景模拟研究

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城市夜间地表热岛逐日演变归因分析与情景模拟研究

作者：赖佳梦南京大学

学位级别：硕士

卫星热红外遥感能够提供大范围逐像元地表温度观测数据,已成为监测城市地表热岛的重要手段。在卫星热红外遥感支持下,城市地表热岛的归因分析及情景模拟已成为近年来城市热环境遥感领域的研究热点。现有研究大多关注较长时间尺度(如年... 详细信息

卫星热红外遥感能够提供大范围逐像元地表温度观测数据,已成为监测城市地表热岛的重要手段。在卫星热红外遥感支持下,城市地表热岛的归因分析及情景模拟已成为近年来城市热环境遥感领域的研究热点。现有研究大多关注较长时间尺度(如年际或年内逐月/逐季尺度)地表热岛驱动机制及模拟预报。换言之,在较短时间尺度(如逐日尺度),对城市地表热岛时空演变响应机制与情景模拟的研究仍面临挑战,从而阻碍了地表热岛机理及应用研究的进一步发展。为应对该挑战,本研究以我国主要大城市为研究区,借助卫星遥感地表温度观测数据,在逐日尺度上对夜间城市地表热岛时空演变进行了系统性归因分析,并在此基础上进一步开展了对次日夜间城市地表热岛的情景模拟。本文的贡献主要体现在:(1)定量分析了逐日尺度上夜间城市地表热岛变化的驱动机制。利用高斯模型提取夜间地表热岛典型特征(包括强度、范围、形状、倾角和重心),将热岛各典型特征的逐日变化分解至两个不同的时间尺度(即中时间尺度与日间尺度),进而系统分析在这两个时间尺度上地表热岛典型特征对各气象及地表要素的响应情况。研究结果表明:(1)中时间尺度上地表热岛典型特征主要受到地表覆盖与日照时长的影响,而日间尺度上地表热岛各个特征的变化主要受到气象条件的控制;(2)相较于热岛强度,地表热岛足迹(热岛范围、形状、和重心)的日间变化受气象要素影响相对更弱;(3)相对湿度、累计降水量、土壤湿度与气溶胶光学厚度对地表热岛强度的影响最大,而近地表空气温度与地表温度日间变化对地表热岛的范围、形状与重心移动方向的影响最大;(4)先行降雨不仅能改变地表热岛典型特征值,还能影响热岛各个特征对其他气象要素的响应情况。(2)提出了次日夜间城市地表热岛时空格局的模拟策略并在我国主要大城市中进行了验证。在逐日尺度地表热岛归因分析的基础上,结合与中时间尺度地表热岛和地表热岛日间尺度变化相关的各驱动要素,利用支持向量机回归对次日夜间地表热岛进行了情景模拟。模拟与验证结果表明所提出的策略能够较好地模拟地表热岛强度及基于高斯模型的逐像元地表温度。地表热岛强度模拟的平均绝对误差的平均值为0.67 K,且在超过90%城市中,地表热岛强度模拟的平均绝对误差小于1.0 K,平均绝对误差百分比不超过25%;就逐像元高斯地表温度而言,大部分情景下模拟结果的平均绝对误差不超过2.0 K。此外,本研究定量分析了地表热岛各驱动要素对热岛强度模拟精度的贡献,结果表明:相对湿度对模拟贡献最大,其次为郊区地表温度与近地表空气温度。在接近78%的城市,与地表热岛日间变化相关的要素的贡献大于与中时间尺度地表热岛相关的要素的贡献。通过定量分析逐日尺度上夜间地表热岛变化的驱动机制以及设计次日夜间地表热岛时空格局的模拟策略,本研究有望加强学界对地表热岛时空演变机理的认知,并为缓解地表热岛做出贡献。

关键词：地表热岛气象要素卫星遥感高斯模型归因分析情景模拟

基于Landsat和MODIS的福州市夏季地表热岛研究

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海峡科学 2022年第3期 22-25页

作者：官雨洁吴滨福州市气象局福建福州350000 福建省气候中心福建福州350000

为探究福州市夏季地表热岛的演变过程以及植被和大气污染对城市热岛的影响,选取2000年6月、2008年7月和2016年7月的Landsat TM/ETM+/8遥感影像以及2003—2016年夏季MODIS遥感产品作为数据源,使用单窗算法和Kriging空间插值法等对福州市... 详细信息

为探究福州市夏季地表热岛的演变过程以及植被和大气污染对城市热岛的影响,选取2000年6月、2008年7月和2016年7月的Landsat TM/ETM+/8遥感影像以及2003—2016年夏季MODIS遥感产品作为数据源,使用单窗算法和Kriging空间插值法等对福州市夏季地表热岛进行了研究。结果显示,(1)福州市夏季地表热岛面积和强度明显增加,热岛效应显著;(2)高等级的热岛区增多,不同等级的热岛之间转换明显;(3)福州市夏季地表热岛主要分布在火车站、商业中心和工业园区;(4)城乡气溶胶浓度差异与福州市夏季夜间地表热岛存在显著的正相关性,城乡植被覆盖率差异与福州市夏季地表热岛无明显相关性。

关键词：地表热岛地表亮温气溶胶遥感福州市

城市夏季热舒适度受影响空间划分及优化调控对策研究——以天津市地表热岛影响为例

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上海城市规划 2013年第5期 76-80页

作者：黄焕春运迎霞于伟巍袁欣赵瑞李洪远李兰兰天津大学建筑学院南开大学环境科学与工程学院

基于TM卫星影像反演地表热岛强度,依据人体舒适度和高温生理反应,提出了夏季热岛对热舒适度的影响划分标准,并以天津市为例提出了规划的应对策略方案。通过研究得出结论如下:1、2级受影响区,主要位于环境绿化、通风较好的居住小区,随着... 详细信息

基于TM卫星影像反演地表热岛强度,依据人体舒适度和高温生理反应,提出了夏季热岛对热舒适度的影响划分标准,并以天津市为例提出了规划的应对策略方案。通过研究得出结论如下:1、2级受影响区,主要位于环境绿化、通风较好的居住小区,随着等级的升高,由郊区向城市逐渐增加;3—5级受影响区,主要是位于郊区的工业区,随着等级的升高,则由城市中心向郊区逐渐增加。最后,提出了热舒适度空间优化的规划方案,打造形成绿网和水系交织的"四纵、五横"通风廊道,空间上形成点、线、面多层级降温格局。

关键词：热舒适度划分方法地表热岛空间结构天津市

利用长时序全天候地表温度数据研究城市热岛效应

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利用长时序全天候地表温度数据研究城市热岛效应

作者：廖杨思雨电子科技大学

学位级别：硕士

卫星热红外地表温度数据（Land Surface Temperature,LST）因易受到云层和其他因素的影响而产生大面积的数据缺失。受到时空连续数据稀缺的限制,现有基于热红外地表温度数据进行的地表热岛研究仅限于晴空条件下,而不能代表全天候条件下... 详细信息

卫星热红外地表温度数据（Land Surface Temperature,LST）因易受到云层和其他因素的影响而产生大面积的数据缺失。受到时空连续数据稀缺的限制,现有基于热红外地表温度数据进行的地表热岛研究仅限于晴空条件下,而不能代表全天候条件下的真实结果。为了解决上述问题,本文将最新发布的1 km全天候地表温度产品（TRIMS LST）引入到地表热岛研究中,基于它时空无缝的特点来探究全天候条件下地表热岛强度的真实时空格局。本文的主要研究工作如下:（1）评估了TRIMS LST在晴空和非晴空条件下的精度及将其应用于地表热岛效应研究中的适用性:首先将TRIMS LST与MODIS LST进行一致性比较,其次将TRIMS LST/MODIS LST与实测地表温度数据进行定量对比,最后量化了基于TRIMS LST和MODIS LST计算出的地表热岛强度在晴空、部分有云和多云条件下的差异。结果表明,TRIMS LST在晴空和非晴空条件下均具有较高的精度。MODIS LST由于有效像元数据的缺失导致基于其计算出的地表热岛强度在部分有云和多云条件下存在明显高估或低估,年平均偏差值介于-1.83℃到0.10℃之间,且低估现象发生的频率随缺失像元数目的增加而逐渐增加。（2）量化了云对全天候地表热岛效应的影响以及晴空偏差的大小:首先统计了每个划定云覆盖率区间内的全天候地表热岛强度的平均值,其次将基于晴空条件下的MODIS LST和全天候条件下的TRIMS LST计算出的月尺度地表热岛强度的差值用于表征晴空偏差,以评估晴空偏差的季节和昼夜特性。结果显示,在白天,当云量累计到一定程度时,其对地表热岛效应有明显的缓解作用,如,广州市在多云（1.70℃）条件下的地表热岛强度仅为晴空（2.66℃）条件下的60%;在夜间,对大部分城市来说,它们的地表热岛强度随着云量的增加呈现非线性下降的趋势。同时,由于云层对夜间地表热岛效应具有显著缓解作用,晴空偏差在夜间多为正值。（3）比较了基于TRIMS LST/MODIS LST揭示的全天候/晴空地表热岛效应的时空格局的差异:首先基于2003–2020年的地表热岛强度的平均值,分析晴空与全天候地表热岛强度的空间格局差异;其次结合皮尔逊相关分析和线性回归分析法评估晴空和全天候地表热岛强度在2003年至2020年间的时间变化趋势的差异。结果显示,晴空和全天候地表热岛强度在空间格局和时间变化趋势上均存在明显差异,晴空偏差值介于-4℃到1℃之间,且该差异在白天较夜间更为显著。

关键词：地表温度地表热岛全天候云覆盖遥感

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城市热岛对热舒适度的景观格局影响演化分析

哈尔滨工业大学学报 2014年第10期46卷 99-105页

作者：黄焕春运迎霞王世臻刘成哲李洪远天津大学建筑学院城市规划系天津300072 南京林业大学风景园林学院城市规划系南京210037 淄博智达建筑设计有限公司山东淄博255000 南开大学环境科学与工程学院天津300071

为明确城市热岛对热舒适度的空间格局过程的影响规律,给城市空间的合理规划布局提供理论支持,以1992—2011年天津市主城区为例,采用同季同时相的TM遥感数据和地面实测数据,基于人体舒适度和高温生理反应构建地表热岛对热舒适度的影响等... 详细信息

为明确城市热岛对热舒适度的空间格局过程的影响规律,给城市空间的合理规划布局提供理论支持,以1992—2011年天津市主城区为例,采用同季同时相的TM遥感数据和地面实测数据,基于人体舒适度和高温生理反应构建地表热岛对热舒适度的影响等级划分标准,划分成5个强度不同的影响区,进而利用景观格局指数评价方法进行分析.研究结果表明:热岛对热舒适度的影响区面积和强度都不断增大;二级影响区斑块破碎化,最大斑块面积减小,但其总面积却在升高,热岛影响无实质改善;引起人体不适应的三、四级影响区,斑块的数量与密度不断增大,总面积和最大斑块面积也迅速增加;热岛景观斑块的破碎化、斑块类型的混合、强热岛区的斑块连通度降低,都会改善热岛对热舒适度的影响;高层小区建设虽然节约用地,却增加了热舒适度的恶化总面积,并使局部热舒适度受影响等级异常增高.

关键词：热舒适度地表热岛划分标准景观格局演化

城市扩张背景下城市形态及热环境时空变化特征研究

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城市扩张背景下城市形态及热环境时空变化特征研究

作者：卢丹灵西南交通大学

学位级别：硕士

城镇化进程不断加快,出现城市热岛等复杂城市问题,成为城市可持续发展的难题。城市空间形态表现出的不同类型和布局的具体物质空间形态,影响了不同热量聚集程度,使得城市出现热岛时空分异特征,因而如何调控城市空间形态从而改善城市热... 详细信息

城镇化进程不断加快,出现城市热岛等复杂城市问题,成为城市可持续发展的难题。城市空间形态表现出的不同类型和布局的具体物质空间形态,影响了不同热量聚集程度,使得城市出现热岛时空分异特征,因而如何调控城市空间形态从而改善城市热岛效应已成为城市规划中重视的热点问题。基于上述研究背景,利用遥感动态监测获取便捷和可重访观测的优势,从长时间序列、从不同空间尺度(城市/街区)开展城市形态与热环境时空演变规律,以及城市形态分类、形态指标对热环境的作用机制讨论,可以掌握城市空间发展及热岛变化情况,合理预判城市热岛扩张趋势,对局地尺度的深入探索,能提供更精细的热环境区域动态变化。可用作成都当代城市发展史以及城市地表热岛变化史研究的基础资料,对将来城市未来的发展和扩张问题论证具有一定的参考价值,也可作为城市总体规划决策基础资料之用。本文以成都市现中心城区为研究范围。首先,以成都市1988、2000、2009、2013、2018年的Landsat5、Landsat8卫星影像为研究主要数据源。利用归一化建筑指数(NDBI)提取建成区范围,通过引进扩张速度、扩张强度、扩张方向等指标,探究了成都市中心城区城市扩张的数量特征、方向性特征;引入局地气候分区理论(LCZ),通过世界城市数据库和门户工具(WUDAPT)来构建多年份的局部气候分区(LCZ)地图,实现对城市形态分类和建筑密度、透水率形态指标信息的提取,运用空间叠加分析和转换矩阵分析等方法,结合城市发展政策和总体规划,重点探讨了不同城市形态类别和形态指标在上述5个年份时空范围内的演化规律和特征;其次,利用地表温度反演法、热岛强度计算、转换矩阵分析等方法研究了在上述时空范围内研究区的夜间和日间地表热岛演化规律和特征。并将成都市地表热岛分布图与城市建成区扩张图、城市形态分类分布图对比分析,得出三者有着紧密的空间联系,且受城市发展政策和总体规划影响较大;在此基础上通过缓冲区分析、叠置分析等方法探求了城市形态与热环境的具体对照关系特征。最后,将上述结果规律特征结论应用于城市规划领域,从城市空间布局(宏观-中微观)以及城市布局规模两个层面,提出了相应的策略启示。

关键词：城市扩张城市形态地表热岛规划政策时空演变