城市热岛的形成演化机制与规划对策研究
发布时间：2023-01-05 10:22
随着我国城镇化的迅速发展，城市建成区不断扩张，单个城市的面积不断扩大，大中小城市都在追求高层化，小高层在小县城成为常态，大城市更是成为钢筋混凝土的森林。与此相伴随的是城市热岛不断加剧，2013年夏季，全国各大城市相继爆出持续高温事件：路面“烤熟生鱼”、高温中暑患病死亡、多地城市屡屡突破高温极限……哥本哈根气候大会以来，我国面临的碳减排压力越来越大，目前中国碳排放量已居世界第二，其主要碳排放主要来源于城市，其中一部分来源于城市热岛效应。城市热岛效应很大程度上是由于城市空间布局不合理带来的，这包括城市形态布局、开发强度、绿地水体、硬化地面等因素。 基于3S技术和地面观测平台，运用人工智能、景观生态学、气象学、元胞自动机等理论方法，研究天津市主城区和中心城区的热岛效应。研究数据主要采用：多景landsatTM卫星遥感影像，Pléiades0.5m高分卫星影像，天津市地图、天津市1:2000电子地图、天津市总体规划图、天津市地形图等。其中，实测数据覆盖主城区，郊区监测点6个、市区18个，共计24个监测点。监测点布局主要考虑了时间、气象条件、容积率、建筑密度、水体、绿地、建筑和大树遮挡、道...
【文章页数】：222 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究内容与意义
1.2.1 研究内容
1.2.2 研究意义
1.3 国内外研究进展
1.3.1 城市热岛效应的概念与内涵
1.3.2 城市热岛效应的观测研究进展
1.3.3 城市热岛效应的模拟预测研究进展
1.3.4 城市热岛效应的减弱与规划应用研究进展
1.3.5 研究趋势与不足
第二章 研究方法与理论
2.1 人工智能（AI）
2.1.1 人工智能产生
2.1.2 人工智能定义
2.1.3 人工智能的发展
2.1.4 人工智能的原理与方法
2.2 元胞自动机方法（CA）
2.2.1 CA 的产生
2.2.2 CA 形式语言的定义
2.2.3 CA 的构成
2.2.4 城市 CA 的研究进展
2.3 景观生态学理论方法
2.3.1 景观生态学的概念
2.3.2 景观生态学的发展
2.3.3 景观生态学的理论基础
2.3.4 景观生态学的核心：格局、过程与尺度
2.4 地理信息系统
2.5 遥感理论与方法
2.6 研究技术路线
第三章 研究区概况与数据处理
3.1 研究区概况
3.1.1 研究区范围
3.1.2 自然地理概况
3.1.3 城市建设概况
3.1.4 社会经济概况
3.2 数据采集和处理
3.2.1 实测数据的采集
3.2.2 遥感数据的收集与处理
3.3 地表温度反演
3.3.1 计算亮度温度
3.3.2 计算植被指数
3.3.3 计算植被覆盖度
3.3.4 计算比辐射率
3.3.5 计算地表温度
第四章 城市热岛效应的时空演变特征
4.1 热岛强度定义与划分方法
4.1.1 热岛强度定义与计算方法
4.1.2 基于人体热舒适度的热岛强度划分方法
4.1.3 热岛强度及对热舒适度的影响划分结果
4.2 热岛及其对热舒适度的景观、格局、过程评价
4.2.1 景观格局评价指数选取
4.2.2 景观格局过程评价分析
4.2.3 景观格局评价结果
4.3 热舒适度受影响区的转移矩阵分析
4.3.1 转移矩阵理论
4.3.2 热舒适度受影响区转移矩阵分析
4.3.3 空间转移分析结果
4.4 小结
第五章 减弱热岛的城市形态布局关键参数与响应机制
5.1 研究方法
5.1.1 热岛强度的双指标定义
5.1.2 城市形态提取方法
5.1.3 城市形态布局的测度指标
5.2 城市形态总面积与热岛强度
5.2.1 城市形态总面积与最高热岛升温
5.2.2 城市形态总面积与热岛升温总量
5.2.3 响应机制分析
5.3 城市形态离散度、临近度与热岛强度
5.3.1 离散度、临近度与最高热岛升温
5.3.2 离散度、临近度与热岛升温总量
5.3.3 响应机制分析
5.4 斑块面积、周长面积比与热岛强度
5.4.1 斑块面积、周长面积比与最高热岛升温
5.4.2 面积、周长面积比与热岛升温总量
5.4.3 响应机制分析
5.5 城市形态分维数与热岛强度
5.5.1 分维数与最高热岛升温
5.5.2 斑块分维数与热岛升温总量
5.5.3 响应机制分析
5.6 小结
第六章 城市热岛形成的单因素机制与关键参数分析
6.1 基本概念的提出与定义
6.1.1 基本概念的理论依据与算法基础
6.1.2 核容积率的概念
6.1.3 核建筑密度的概念
6.1.4 核绿地率的概念
6.1.5 核硬面率的概念
6.1.6 核水面率的概念
6.2 研究方法与理论基础
6.2.1 尺度敏感性的理论依据
6.2.2 气温热岛强度计算
6.2.3 主成分分析的基本原理方法
6.3 建筑空间布局与热岛强度
6.3.1 建筑空间布局与热岛强度初步分析
6.3.2 建筑空间布局的尺度敏感性分析
6.3.3 建筑空间布局对日间热岛的影响变化分析
6.3.4 建筑布局对平均热岛强度的影响分析
6.3.5 影响机制分析
6.4 绿地空间布局与热岛效应
6.4.1 核绿地率与热岛强度的尺度敏感性
6.4.2 核绿地率对热岛强度的日间影响变化分析
6.4.3 核绿地率与平均热岛强度
6.4.4 影响机制分析
6.5 水体空间布局与热岛效应
6.5.1 水体与降低热岛强度趋势分析
6.5.2 水面降低热岛距离衰减与降温数值分析
6.5.3 核水面率的降温尺度敏感性
6.5.4 核水面率对热岛效应的日间变化影响分析
6.5.5 核水面率与平均热岛强度
6.5.6 水体缓解热岛机制分析
6.6 硬化地面布局与热岛效应
6.6.1 尺度敏感性
6.6.2 核硬面率对日间热岛的影响变化分析
6.6.3 核硬面率与平均热岛强度
6.6.4 机制分析
6.7 热岛影响因素的主成分分析
6.7.1 主成分分析的计算
6.7.2 结果分析
6.8 小结
第七章 城市空间格局优化方案与规划对策
7.1 城市热岛模拟预测预警信息系统的构建与开发
7.1.1 系统开发的必要性
7.1.2 系统总体设计目标原则
7.1.2.1 软件总体设计目标
7.1.2.2 软件总体设计原则
7.1.3 开发平台与语言
7.1.3.1 开发平台
7.1.3.2 开发语言
7.1.4 软件的体系结构设计
7.1.4.1 数据访问层
7.1.4.2 后台数据计算层
7.1.4.3 数据结果表示层
7.1.5 软件系统总体结构与开发流程
7.1.5.1 软件系统总体结构设计
7.1.5.2 软件开发流程
7.1.5.3 软件开发界面
7.2 城市热岛效应模拟
7.2.1 数据预处理
7.2.2 热岛模拟的参数设置
7.2.3 热岛模拟结果分析
7.3 现状单因素的热岛影响模拟分析
7.3.1 建筑空间布局带来的热岛模拟分析
7.3.2 绿地的降温空间格局模拟分析
7.3.3 水体的降温空间格局模拟分析
7.3.4 硬化地面带来的热岛效应模拟分析
7.4 减弱热岛的空间格局优化方案
7.4.1 热岛强度控制标准
7.4.2 城市热岛温度图综合叠加分析
7.4.3 减弱城市热岛的规划建议方案
7.5 控制热岛的规划对策
7.5.1 基于容积率的热岛防控预警策略
7.5.2 基于建筑密度的热岛防控预警策略
7.5.3 基于水体的热岛降温策略
7.5.4 基于绿地的热岛降温策略
7.5.5 基于硬化地面的热岛防控预警策略
7.6 小结
第八章 结论与展望
8.1 主要结论
8.2 展望
8.2.1 论文创新点
8.2.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
致谢
本文编号：3727825
【文章页数】：222 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究内容与意义
1.2.1 研究内容
1.2.2 研究意义
1.3 国内外研究进展
1.3.1 城市热岛效应的概念与内涵
1.3.2 城市热岛效应的观测研究进展
1.3.3 城市热岛效应的模拟预测研究进展
1.3.4 城市热岛效应的减弱与规划应用研究进展
1.3.5 研究趋势与不足
第二章 研究方法与理论
2.1 人工智能（AI）
2.1.1 人工智能产生
2.1.2 人工智能定义
2.1.3 人工智能的发展
2.1.4 人工智能的原理与方法
2.2 元胞自动机方法（CA）
2.2.1 CA 的产生
2.2.2 CA 形式语言的定义
2.2.3 CA 的构成
2.2.4 城市 CA 的研究进展
2.3 景观生态学理论方法
2.3.1 景观生态学的概念
2.3.2 景观生态学的发展
2.3.3 景观生态学的理论基础
2.3.4 景观生态学的核心：格局、过程与尺度
2.4 地理信息系统
2.5 遥感理论与方法
2.6 研究技术路线
第三章 研究区概况与数据处理
3.1 研究区概况
3.1.1 研究区范围
3.1.2 自然地理概况
3.1.3 城市建设概况
3.1.4 社会经济概况
3.2 数据采集和处理
3.2.1 实测数据的采集
3.2.2 遥感数据的收集与处理
3.3 地表温度反演
3.3.1 计算亮度温度
3.3.2 计算植被指数
3.3.3 计算植被覆盖度
3.3.4 计算比辐射率
3.3.5 计算地表温度
第四章 城市热岛效应的时空演变特征
4.1 热岛强度定义与划分方法
4.1.1 热岛强度定义与计算方法
4.1.2 基于人体热舒适度的热岛强度划分方法
4.1.3 热岛强度及对热舒适度的影响划分结果
4.2 热岛及其对热舒适度的景观、格局、过程评价
4.2.1 景观格局评价指数选取
4.2.2 景观格局过程评价分析
4.2.3 景观格局评价结果
4.3 热舒适度受影响区的转移矩阵分析
4.3.1 转移矩阵理论
4.3.2 热舒适度受影响区转移矩阵分析
4.3.3 空间转移分析结果
4.4 小结
第五章 减弱热岛的城市形态布局关键参数与响应机制
5.1 研究方法
5.1.1 热岛强度的双指标定义
5.1.2 城市形态提取方法
5.1.3 城市形态布局的测度指标
5.2 城市形态总面积与热岛强度
5.2.1 城市形态总面积与最高热岛升温
5.2.2 城市形态总面积与热岛升温总量
5.2.3 响应机制分析
5.3 城市形态离散度、临近度与热岛强度
5.3.1 离散度、临近度与最高热岛升温
5.3.2 离散度、临近度与热岛升温总量
5.3.3 响应机制分析
5.4 斑块面积、周长面积比与热岛强度
5.4.1 斑块面积、周长面积比与最高热岛升温
5.4.2 面积、周长面积比与热岛升温总量
5.4.3 响应机制分析
5.5 城市形态分维数与热岛强度
5.5.1 分维数与最高热岛升温
5.5.2 斑块分维数与热岛升温总量
5.5.3 响应机制分析
5.6 小结
第六章 城市热岛形成的单因素机制与关键参数分析
6.1 基本概念的提出与定义
6.1.1 基本概念的理论依据与算法基础
6.1.2 核容积率的概念
6.1.3 核建筑密度的概念
6.1.4 核绿地率的概念
6.1.5 核硬面率的概念
6.1.6 核水面率的概念
6.2 研究方法与理论基础
6.2.1 尺度敏感性的理论依据
6.2.2 气温热岛强度计算
6.2.3 主成分分析的基本原理方法
6.3 建筑空间布局与热岛强度
6.3.1 建筑空间布局与热岛强度初步分析
6.3.2 建筑空间布局的尺度敏感性分析
6.3.3 建筑空间布局对日间热岛的影响变化分析
6.3.4 建筑布局对平均热岛强度的影响分析
6.3.5 影响机制分析
6.4 绿地空间布局与热岛效应
6.4.1 核绿地率与热岛强度的尺度敏感性
6.4.2 核绿地率对热岛强度的日间影响变化分析
6.4.3 核绿地率与平均热岛强度
6.4.4 影响机制分析
6.5 水体空间布局与热岛效应
6.5.1 水体与降低热岛强度趋势分析
6.5.2 水面降低热岛距离衰减与降温数值分析
6.5.3 核水面率的降温尺度敏感性
6.5.4 核水面率对热岛效应的日间变化影响分析
6.5.5 核水面率与平均热岛强度
6.5.6 水体缓解热岛机制分析
6.6 硬化地面布局与热岛效应
6.6.1 尺度敏感性
6.6.2 核硬面率对日间热岛的影响变化分析
6.6.3 核硬面率与平均热岛强度
6.6.4 机制分析
6.7 热岛影响因素的主成分分析
6.7.1 主成分分析的计算
6.7.2 结果分析
6.8 小结
第七章 城市空间格局优化方案与规划对策
7.1 城市热岛模拟预测预警信息系统的构建与开发
7.1.1 系统开发的必要性
7.1.2 系统总体设计目标原则
7.1.2.1 软件总体设计目标
7.1.2.2 软件总体设计原则
7.1.3 开发平台与语言
7.1.3.1 开发平台
7.1.3.2 开发语言
7.1.4 软件的体系结构设计
7.1.4.1 数据访问层
7.1.4.2 后台数据计算层
7.1.4.3 数据结果表示层
7.1.5 软件系统总体结构与开发流程
7.1.5.1 软件系统总体结构设计
7.1.5.2 软件开发流程
7.1.5.3 软件开发界面
7.2 城市热岛效应模拟
7.2.1 数据预处理
7.2.2 热岛模拟的参数设置
7.2.3 热岛模拟结果分析
7.3 现状单因素的热岛影响模拟分析
7.3.1 建筑空间布局带来的热岛模拟分析
7.3.2 绿地的降温空间格局模拟分析
7.3.3 水体的降温空间格局模拟分析
7.3.4 硬化地面带来的热岛效应模拟分析
7.4 减弱热岛的空间格局优化方案
7.4.1 热岛强度控制标准
7.4.2 城市热岛温度图综合叠加分析
7.4.3 减弱城市热岛的规划建议方案
7.5 控制热岛的规划对策
7.5.1 基于容积率的热岛防控预警策略
7.5.2 基于建筑密度的热岛防控预警策略
7.5.3 基于水体的热岛降温策略
7.5.4 基于绿地的热岛降温策略
7.5.5 基于硬化地面的热岛防控预警策略
7.6 小结
第八章 结论与展望
8.1 主要结论
8.2 展望
8.2.1 论文创新点
8.2.2 展望
参考文献
发表论文和参加科研情况说明
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本文编号：3727825
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