多源遥感数据支持的中等城市热环境研究

发布时间：2020-06-23 10:53

【摘要】：城市化是区域气候和生态环境发生改变的根源和背景，它导致了诸如大气污染、生态失衡、城市热环境异常等一系列环境与生态问题。其中以城市热环境问题尤为突出，它将成为今后城市可持续发展和人居环境质量改善的严重阻碍。针对上述问题，本文以西部中等城市—四川省绵阳市为典型案例，在GIS技术的支持下，以多源遥感影像为主要数据源，揭示绵阳年际、季节和昼夜不同时间尺度上城市热环境的时空演变规律，定量分析不同城市景观的热环境效应。论文的主要研究内容和取得的主要研究成果如下：（1）完成地表温度反演模型的评述与选择，为热环境的分析奠定数据基础。地表温度是表征城市热环境状况的有效指标，其反演精度的好坏将直接决定后续分析成果的可靠性。对比分析AVHRR和TM/ETM+遥感数据地表温度反演的主流模型，分别选择劈窗算法和基于影像的算法完成AVHRR和TM/ETM+数据的地表温度反演工作。（2）联合Landsat TM/ETM+与NOAA/AVHRR遥感数据，揭示绵阳城市热环境年际、季节及昼夜演化特征。 ①以TM/ETM+遥感影像为数据源，借鉴景观生态学理论，运用均值标准差法将热力景观划分为5类。然后选择景观格局指数对各景观斑块的年际变化(1988~2011年)和季节变化进行统计分析。景观破碎度等4个指数均反映出在1988~2001年间，热力景观破坏程度最大，在2001~2011年间热力景观破坏程度有所缓和；另外，春、秋和冬三个季节中热力景观破坏程度由大到小的顺序依次为秋季、冬季和春季。 ②运用重心理论构建重心转移距离和转移角度模型，研究城市重心及热力重心的演变特征。结果表明：在年际变化中二者表现出极强的相关性，23年间城市重心的转移方向依次为：北偏西方向→南偏西方向→南偏东方向；高温斑块重心的转移方向依次为：北偏西方向→正西方向→南偏东方向，次高温斑块重心的转移方向依次为：北偏西方向→南偏西方向→南偏西方向。由此说明，城市扩展是城市热环境空间变化的主要驱动力。热力重心在春、秋、冬三个季节演变规律如下：高温斑块为北偏东方向→南偏东方向，次高温斑块为正西方向→南偏西方向。 ③运用城乡平均温度对比法和热岛面积指数法计算出四个年度(1988年、2001年、2007年和2011年)5月份城市热岛强度值分别为3.65℃、1.77℃、1.07℃和0.55℃，表明23年间绵阳市5月份热岛效应呈现减弱的趋势；计算春、秋、冬三个季节热岛强度值分别为1.77℃、0.78℃和0.94℃，表明在所选时段内绵阳市春季热岛效应最强，冬季次之，秋季最弱。 ④沿W-E方向和N-S方向做剖面分析发现，地表温度与城市下垫面性质、人口密度和城市功能分区密切相关。水体和绿地均对应相对较低的温度值。 ⑤以AVHRR影像为数据源，借鉴景观生态学理论，运用密度分割法将绵阳热力景观划分为8类。分析城市热场和热岛强度的昼夜演变特征，结果表明：上午、正午和下午均存在多个强热中心，分别位于永兴镇、高新区、涪城老区或经济技术开发区；傍晚、夜间和凌晨仅有的一个强热中心出现在涪城老区，强热中心面积大小不一。由于水体的热惯量较大，白天涪江和安昌河升温较慢，对强热中心起分割作用；晚上两条河流降温较慢，促使热中心连接成为一个整体。热岛强度方面：夜间的热岛强度大于白天，并且一天内热岛强度值变化从大到小的顺序依次是凌晨、夜间、傍晚、下午和上午。（3）河流廊道、城市绿地和城市公园三种典型城市景观的热环境效应研究。分析了河流廊道景观、城市绿地景观和城市公园景观的热环境效应。总体而言，三者均存在明显的降温作用，但降温效果差异较大。其中河流对周围环境降温效果最明显。对地温和NDVI做剖面分析发现，除水体外二者呈显著负相关关系。对各景观类型斑块的平均温度统计结果为：林地的温度最低，道路的温度最高；城市绿地的降温效果与绿地斑块的面积、周长、形状指数成正比。通过对斑块面积和平均温差回归分析发现，绿地斑块面积为2hm2左右时降温效果最佳。在面积不变的前提下，形状越复杂降温效果越明显；城市公园景观的降温效果不但与公园斑块的面积有关，与公园景观类型组成亦存在较大相关性，乔木、灌木和人工草坪等级配合理的城市公园景观降温效果好。（4）城市热环境演变的驱动机制与对策探讨。将城市热环境演变的成因归结于下垫面性质改变、人为热能的排放和大气污染三个方面。因此，改善城市热环境提高居民生活质量，必须控制城市化速度，保护自然植被，倡导低碳生活，减少人为热能和有污染的气体的排放量。
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP79;X16

【参考文献】