包头市城市扩展遥感监测及城市热力景观的演变研究

发布时间：2020-11-08 09:34

　　 改革开放40年是我国城镇化发展创造世界奇迹与城市群建设取得巨大成就的40年。改革开放所带来的巨大红利使得城镇化进程急速加快,我国的城镇化率增长至2018年的59.58%。随着城市发展进入了群发展这一新的常态,我国也进入了特色新型城镇化阶段。改革开放的推进、经济的发展,使得城市面积随之扩大,城区人口密度也在不断加大。城镇常住人口从1978年的1.73亿人迅速增加到2018年的8.31亿(83137万)。城市扩展进程中人为的生态系统破坏、城市环境问题对可持续发展造成了严重影响,城市热岛效应就是其中的典型现象。它是城乡之间的平均温差所导致的,这一温差是指地表周围的大气环流由于地表能量进出无法守恒而发生的变化。城市发展建设走可持续发展道路是我们必然坚定不移贯彻的原则和方针。本文利用跨度26年、四个时段的Landsat/OLI遥感影像数据以及夜间灯光数据,使用ENVI、GIS等空间分析技术对包头市主要城镇进行边界提取,并对城市扩展进行相应分析。与此同时利用四期Landsat影像,反演地表温度,在城市范围扩展的基础上,对研究区的城市热力景观格局的演变进行分析研究,进而探究了包头市随着城市面积的不断扩张,地表热环境所表现出的热岛强度变化、热力景观格局演变等地表热环境变化特征。总体而言,本研究对包头市城市热环境的演变规律、城市扩张对城市热力景观格局演变方面提供了一定的科学参考,主要得到了以下结论:(1)基于加权融合法提取的包头市城市建成区边界,能够反映1992-2018年期间包头市城市扩展强度。随着社会经济、交通、人口等的影像变化,包头市城市发展格局逐渐表现为“向外辐射”扩张,建成区从“一市两城”的两片式格局逐渐向城市中心靠拢,将包头市内人口较为密集的四区紧密联合起来,将原本的中间地带填满丰富。1992-2018年城市建成区面积从81.551平方千米增长到203.009平方千米,城市扩张动态度3.573%。(2)基于BI算法反演研究区地表温度,得到1992-2018年包头市城市热环境的时空演变规律。从总体上看,包头市地表温度在26年间整体上升3.59℃,并呈先增高后减少的趋势,2000-2010年,包头市因工业发展大量开采周围山体,造成岩石表面裸露,辐射增强,地表温度急速上升,后政府通过抓紧生态环境治理和增加城市绿地,整体城市热环境好转。(3)计算城市热岛强度,对城市热力景观进行等级分类。利用所得结果进行景观格局指数的估测,反映城市扩张趋势对城市热力景观格局的影响。在26年中,包头市城市热岛强度不断增加,城市建成区面积不断扩张,高温区和次高温区的面积占比不断下降,中温区、次中温区占比有所上涨,低温区基本持平。(4)对包头市热力景观格局指数从斑块层面与景观层面进行分析,反映包头市城市扩展对热力景观格局空间布局的影响。随着城市范围的扩张,城市高温区斑块密度总体下降,景观空间异质性降低,高温斑块的规模增大,区域不断蔓延,呈现出与城市面积扩展模式类似的扩张趋势。
【学位单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X16;TU87
【部分图文】：

?包头市城市扩展遥感监测及城市热力景观的演变研究???２研究区概况及数据预处理??２．１研究区概况??２．１．１自然地理状况??包头位于北纬４１°２（Ｖ－４２°４（Ｖ，东经１０９°５（Ｔ—１１１°２５＇，中间横贯阴山，周边山水包??围。包头市西临河套平原，南有黄河，更与多省市接壤。其独特的地理位置是它当之无??愧成为内蒙的政治、经济中心。全市而积约２８０００平方千米，其中城市建成区面积共有??３６０平方千米。具体位置如图２－１所示：??包头市既有山岭、高原、又有平原。其多面环山，其中较为著名的山脉为阴山山??脉，而另外一边则毗邻黄河，平原地势明显。但总体而言，包头市的山地面积更广，??地形起伏较大，比较适合发展林业、牧业、副业等；而东南部平原区是包头城市发展、??建设用地扩展的主要方向。??ＩＭＷＯ－Ｋ?ＩＩＯｅ３？＇０＂Ｋ?ｌｌｌ°３？＊〇－Ｆ??

射定标??选用的丨ａｎｄｓａｔ５、ｌａｎｄｓａｔＳ数据的原始影像是用灰度值来显示，反射率，其取值范围为０？２５５，在进行本研宄试验前，需要将影像射亮度值。（李海峰，２０１２）。而ＤＮ值转换为辐射亮度值的过程，（张兆明等，２００８）。所得的辐射亮度值将在本研宄后续的地表亮转换公式如下：??Ｗ?＝?Ｇａｉｎ?Ｘ?ＤＮ?＋?Ｂｉａｓ，／＾表示福射亮度；Ｇａｉｎ和Ｓ；ａｓ参数都可以在Ｌａｎｄｓａｔ影像数据查看。??使用ＥＮＶＩ５．３软件中自带的福射定标功能（Ｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｃ?Ｃａｌｉｂｒａｔｉ头文件中的相关参数，在辐射定标页面中进行相关操作，为后续选择“应用ＦＬＡＡＳＨ设置”选项，在设置完成存储类型、数据类项后，完成辐射定标操作。??Ｒａｄｉｏｍｅｔｒｉｃ?Ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ?Ｘ?Ｉ??

图２－３校正前（左）、校正后（右）??Ｆｉｇ．２－３?Ｂｅｆｏｒｅ?ｔｈｅ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ?（ｌｅｆｔ），?ａｆｔｅｒ?ｔｈｅ?ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ?（ｒｉｇｈｔ）??根据图２－３可得知，大气校正的结果显示，经过校正后的遥感影像（右图），地??物的波谱曲线趋于平缓正常，外部影响基本被基本消除。数据可以被利用至后续研究。??２．３．３图像裁剪与镶嵌??本研究范围为包头市城市建设和人Ｉ〗较为集屮的昆都仑、九原、青山、东河四区，??为了更加突出研究重点，并排除研宄区域周边其他区域的影响，选用前文已经经过辐??射定标与大气校正的影像，利用ＡｒｃＧＩＳ?１０．４的掩膜提取工具，沿“四区”矢量边界??进行影像的裁剪，以备后续城市扩展、温度反演计算使用。在本研究屮，所选収的每??期影像基本覆盖了所要研究区域，故不使用镶嵌工具。??ＩＩ??
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本文编号：2874603