快速而广泛的城市化过程对城市热环境产生了深刻影响,全面了解城市化进程如何影响城市热环境演变及其趋势差异对于城市生态安全、环境质量及居民健康等具有重要意义.本研究基于MODIS Aqua卫星2002-2020年夏季逐日白天地表温度产品,结合遥感植被指数和不透水面覆盖信息,使用归一化地表温度和热岛比例系数作为地表热环境衡量指标,利用M-K趋势检验和解释度分析,探究上海市城市化进程中夏季地表热环境演变趋势的城乡差异及其对城市空间更新的响应.结果表明:2002-2020年,上海市地表温度线性增长率为0.09℃·a-1,热岛比例系数呈先上升(2002-2010年)后下降(2010-2020年)的变化趋势.上海市夏季平均地表温度总体呈现中心城区＞新城区＞农郊区的特征.2002-2020年,1.6％的区域表现出显著降温趋势,其中54.0％分布在中心城区;39.5％的区域表现为显著增温趋势,其中77.6％分布在新城区.上海高度城市化的中心城区出现集中的显著降温区域,而在其他区域尤其是新城区表现为显著增温趋势.上海从城市扩张向城市空间更新的转变是中心城区出现集中显著降温区域的主要原因,中心城区近20％的区域表现为植被覆盖显著增加,不透水面和植被对热环境的影响几乎一致,表明在高度城市化发展地区开展聚集植被或分散不透水面等城市空间更新项目,是有效改善城市人居热环境的重要方式和手段.

雄安新区是新近设立的国家级新区,如何在新区建设中坚持生态优先、绿色发展,是即将开展的新区规划必须考虑的问题.绿色生态规划离不开对规划区生态本底的清楚认识,离不开对规划结果的准确预判.因此基于2004、2015年的Landsat影像,采用遥感信息反演技术和RSEI遥感生态指数,评估了该区近11年来的地表不透水面、植被和水体三大覆盖类型的变化,并预测新区建设的生态效应及其对热环境的影响.结果表明,雄安新区近11年地表不透水面、植被和水体的面积虽互有增减,但变化强度都小于5％,总体开发强度不大,本底生态质量较好,稳中略升.定量分析表明,在该区的三大地表覆盖类型中,不透水面对区域生态和地表温度的影响最大.根据所获得的关系模型预测,新区的人口规划和面积方案将对区域生态质量和热环境产生影响,如果按新增不透水面面积占新区面积25％的比例来预测,它将使生态质量下降10％,地表温度上升1.1℃;但如果将不透水面比例控制在20％,则新区的生态质量反而上升3.6％,地表温度下降0.3℃.

伴随着城市热岛问题的日益显现,关于不透水面与地表温度的关系研究成为热点.在遥感技术的支持下,以乌鲁木齐市主城区为研究对象,从不透水面出发,分别对不透水面类型、变化强度进行研究,探讨不透水面的时空变化特征.引入景观生态学理论,分析不透水面景观类型的空间格局及规律.以反演的地表温度为基础,分析了不透水面相关变量与地表温度的关系.结论如下:(1)研究区不透水面指数主要集中在0.3-0.7之间,占总面积的90％以上;(2)2000年以来,15.89％的区域不透水面指数连年下降,分布在主城区,20.07％的区域不透水面指数连年上升,分布在城市的郊区,增长区域的幅度主要集中在10％以下;(3)不透水面的景观类型多样性减弱,以中、高覆盖区为主,其中高覆盖区的聚集指数最高,高达87.71,不透水面类型斑块形状由复杂向规则化推移;(4)研究区地表温度,增温明显,2000年地表温度均值25.94℃,2016年地表温度的平均值高达35.51℃;(5)不透水面对地表温度影响,存在阶段性、正负相关的交替性特征,整体表现为“M”形状;(6)不透水面类型面积百分比、不透水面类型景观指数对地表温度的影响相对复杂、差异明显,不能从单一的不透水面覆盖分析对地表温度的影响.

选取闽江河口为研究区域, 通过对湿地表面温度 (LST) 的遥感反演, 并利用剖面分析和模型构建方法分析了城市化进程中河口湿地表面温度的扰动特征.结果表明: (1) 1993—2016年, 闽江河口地区的土地利用/覆盖发生显著变化, 湿地面积从37.00 km2减少到29.15 km2, 水域、林/草地、耕地面积减少, 建设用地面积大幅度增加; (2) 不同土地利用类型的地表温度具有显著差异, 建设用地和裸地对研究区的地表增温有显著的正贡献, 水域、林/草地和湿地表现为负贡献;随着湿地面积的逐步减少, 湿地表面温度扰动上升, 湿地降温效果减弱; (3) 城市的开发建设使得大面积的天然湿地转变为建设用地, 对湿地表面温度的扰动产生巨大影响; (4) 湿地表面温度与归一化植被指数 (NDVI) 、归一化水汽指数 (NDMI) 呈显著负相关, 与归一化不透水面指数 (NDISI) 呈显著正相关; (5) NDMI和NDISI对地表温度 (LST) 的影响相对较强, NDVI对LST的影响相对较弱.研究结果可为河口地区的湿地保育提供有益借鉴.

深入探讨城市不透水面时空演变及其对城市热环境的影响,对于促进城市协调发展和优化城市生态系统意义重大.以西宁市2001、2009和2017年Landsat TM/OLI影像为数据源,利用增强型归一化差值不透水面指数提取不透水面,采用单窗算法反演地表温度,分析了西宁市不透水面和地表温度的时空分布特征,并对二者进行回归分析和对比分析,研究了不透水面的增温效应.结果表明:(1)2001—2017年西宁市不透水面扩张显著,总面积由41.58 km2增长到96.23 km2,年增长率高达8.22％;(2)2001-2017年,不透水面下垫面温度分布主要以中温区、次高温区和高温区为主,且中温区、次高温区比例呈下降态势,而高温区比例持续上升,高温区面积由2001年5.36 km2增长到2017年的37.91 km2,年增长率达12.8％;(3)城西区、城中区、城东区高温区的增长主要集中在前期,而城北区高温区在整个研究期均呈显著增长;(4)不透水面覆盖比例与地表温度正相关,不透水面比例每增加0.1,地表温度增加0.7-1,℃ 城市不透水面增加对地表温度的升高和城市热环境的恶化作用明显;(5)各城区不透水面增温效应存在差异性,城北区不透水面增温效应最强,城中区、城西区不透水面增温效应最弱.

深入认识城市土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响对于提升城市生态系统服务和雨洪管理具有重要意义.基于多期Landsat遥感影像,利用混合像元分解与人工目视解译集成的方法提取了北京市1991-2014年的土地利用/覆盖数据,模拟评估了不同降雨情景下的地表产流与雨洪调节服务,并分析了城市建成区的土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响.结果 表明:1991-2014年,北京城市用地面积增长了1096.53 km2,建成区内不透水面比例上升了9.83％.城市建成区雨洪调节服务总体呈下降趋势,1a、10a、25a和100a一遇降雨情景下平均地表径流调节率分别下降了5.37％、2.40％、1.75％和1.04％,一定程度上加剧了城市的雨洪产流风险.同时,城市新扩张区的土地利用/覆盖变化对雨洪调节服务的影响较老城区更强,贡献度超过84％.建议未来城市新区发展应合理配置不透水地表和绿地空间以提升城市雨洪调节服务.

城市热环境是城市局部气候与环境的综合表现,它与土地利用格局密切相关,但是相应的机制研究还不充分.以深圳市为例,首先基于2018年LANDSAT 8遥感影像,采用支持向量机方法和线性光谱混合模型提取土地利用与覆盖度信息,分析了城市土地覆盖对地表温度以及热量收支状况的影响.基于2003-2018的MODIS地表温度数据,进一步研究了深圳市城市热岛现象的时空变化,从地表能量的角度分析城市热岛变化背后的形成机制.结果 表明,深圳市地表温度从西北到东南逐渐降低,城市不透水面温度显著高于植被覆盖区域,城市热岛效应明显.不透水面和城市植被共同影响深圳市的地表温度与热量收支状况,不透水地表与感热具有较好的相关性,城市植被与潜热具有较好的相关性.长时间序列分析表明深圳的城市热岛现象在夏季较高而冬季较低,月均热岛强度为2.14℃;对于年际变化,深圳在2003-2018表现出显著的下降趋势.归因分析显示感热通量的影响在深圳起主导作用,这一模式在全年和季节上都较为明显.结果 表明深圳市经过高速扩张阶段,目前发展方向是提高建成区的利用效率,该现象强调了热传输在加强城市热岛效应过程中对近地面湍流的干扰作用.本研究可以为缓解热岛效应与景观格局优化研究提供借鉴.

全球气候变化和局地城市热岛加剧了城市热胁迫问题,但针对城市街区的研究仍不多见.湿球温度指示气温和湿度的综合效应,能更准确地反映人体热舒适度.本研究以南京市江北新区为对象,在不同时段、季节和天空状况下,基于移动观测方法获取气温、相对湿度和地理信息等数据,分析了街区尺度湿球温度的时空分布特征;结合天空状况、地表覆盖和城市形态指标(天穹可见度),探究了城市街区湿球温度的影响机制.结果 表明:1)南京城市街区湿球温度的时空特征与气温较为一致;与水汽压相比,气温对湿球温度的变化起主导作用;该地区湿球温度的极端高值主要是由于气温和水汽压协同增长所致.2)天穹可见度在白天与湿球温度呈显著正相关,夜间为负相关关系.植被覆盖比率的增加能够降低湿球温度,不透水面则呈现相反的作用.阴天条件下,湿球温度明显降低并且空间分布更均匀.3)植被和不透水面对湿球温度的水平尺度效应存在昼夜和季节差异,并且在夜间这一效应对天空状况更敏感;与植被相比,冬季夜间不透水面的影响范围比夏、秋季更大;两者对湿球温度的水平尺度效应与气温一致.研究结果可为改善和优化城市街区热环境、缓解城市热胁迫提供有效的科学支持和理论依据.