遥感技术能够客观、定量地评价地表城市热岛强度的时空变化,分析城市热岛的影响因素,为城市生态建设提供有效的科学参考.本研究基于GEE(Google Earth Engine)平台,以长时间序列的MODIS卫星资料为基础数据源,使用城乡二分法估算长江经济带2003-2019年的城市地表热岛强度,再利用城市热场变异指数评价生态环境,并利用地理探测器进行城市热岛成因分析.结果表明:长江经济带5个城市群2003-2019年全年平均气温为22.78 ℃,白天为23.91℃,夜间为7.59 ℃,平均温度整体上均呈上升趋势,分别为0.02、0.02和0.006 ℃·a-1.长江经济带5个城市群17年无热岛占比最高,弱热岛和弱冷岛占比次之,强热岛占比最少,且城市热岛全年、白天和夜间都呈现下降趋势.长江经济带整体的生态评价为优.地理探测器因子探测表明,DEM、土地覆盖类型、03是长三角城市群热岛效应的主控因子;蒸散发量、紫外线气溶胶吸收指数、人口密度是长江中游城市群热岛效应的主控因子;归一化植被指数、夜间灯光指数、土地覆盖类型是成渝城市群热岛效应的主控因子;归一化植被指数、DEM、CO是黔中城市群热岛效应的主控因子;蒸散发量、03、NDVI是滇中城市群热岛效应的主控因子.

综合运用遥感与GIS技术,基于2000、2007和2013年的DMSP/OLS夜间灯光数据和MODIS NDVI数据,利用灯光阈值提取法、植被指数分析等方法,研究环杭州湾地区城市扩张和建成区植被变化特征.结果表明:采用最佳阈值方法,能够实现对城市地区用地信息的有效提取;环杭州湾地区城市用地整体围绕杭州湾呈“V”型模式扩展,并表现出面状、线状和点状3种扩张模式;从城市扩张速度、动态度和形态紧凑度来看,各地级市表现出较大的时空差异,但整个研究区的城市扩张速度和动态度普遍呈现降低趋势,平均城市形态紧凑度则经历了先下降后上升的过程.各城市建成区的植被状况也存在显著差异,2000-2007年,除嘉兴市建成区植被状况变差外,其余各地级市建成区植被状况均变好;2007-2013年,所有城市建成区植被状况变差;2000-2013年,城市扩张对建成区植被均产生了不利影响.

贫困是人类在21世纪发展所要长期面对的困境,消除贫困是中国全面建成小康社会的最大挑战.单纯依据经济、社会统计数据对贫困状况的测度缺乏空间视角,无法直观地分析贫困状况的空间差异、地域特征及致贫原因的生态地理背景分异机制.引入脆弱性-可持续生计框架模型,构建了可持续生计的测度指标体系,以宁夏回族自治区所辖县区为样本,借助遥感和GIS空间分析技术,建立了2002年和2013年夜间灯光指数和可持续生计指数(SLI)间的回归模型,并以青海省所有县区的数据对模型进行了验证.利用检验后的模型将持续生计指数空间化;采用空间自相关分析了县域持续生计指数的空间集聚状况.结果表明:2002年和2013年估算的SL1平均相对误差为10.84％和12.19％,精度较高.中国所有县区SLI的全局Moran's I值分别为0.636和0.579,具有较高的空间依赖性,“低-低”型贫困区域即空间贫困陷阱区集中在扎兰屯-百色一线以西.两时点上分别识别出 642个、612个多维贫困县.2013年,多维贫困县区在空间上表现为东、中、西部岛状、块状、连片状3种地域类型.研究发现夜间灯光数据是一种有效的空间贫困测度数据源,可实现数据缺乏地区大尺度上的多维贫困动态监测.

作为城市发展的最高空间组织形式,城市群在高速城市化进程中将不可避免的对地区生态环境产生胁迫影响.如何平衡生态环境和城市化发展已经成为了值得关注的问题.以长三角城市群为例,基于Google Earth Engine 云平台,通过整合日间光学遥感和夜间灯光遥感数据对生态环境状况、城市化强度以及二者在发展过程中的耦合协调特征开展了长时间序列的对比分析.结果表明:1)长三角城市群在过去近20年间的遥感生态环境指数(Remote Sensing-based Ecological Index,RSEI)稳定上升,生态环境呈现出好转的态势,但地区间的差异依旧显著;2)综合灯光指数(Comprehensive Nighttime Light Index,CNLI)能够较为准确的刻画城市群的城市化水平,研究期间内长三角城市群形成了"层次分明"、"由东向西"逐步推进的多层次的城市化格局,其中高强度城市化城市集中在上海市及其周边的无锡、苏州和嘉兴,低强度城市化城市则分布在城市群西部;3)基于CNLI 和RSEI指数构建的耦合协调距离模型能够有效的识别出城市群内部城市化与生态环境的耦合协调程度,并根据象限特征将城市群城市划分为良好协调类型、初级协调类型、城市化滞后型和生态环境滞后型城市.

伴随城市化的快速推进,生态环境面临日益严峻的挑战,因此研究城市化与生态环境的耦合协调发展显得尤为重要.以安徽省马鞍山市的街道及乡镇为研究对象,利用DMSP/OLS夜间灯光数据和Landsat遥感影像数据,建立夜间灯光指数和遥感生态指数,并引入耦合协调模型,对1993—2013年马鞍山市城市化与生态环境耦合协调关系进行探索.结果表明:(1)1993—2013年马鞍山市城市化水平提高,但城市化水平存在地区差异,城市化水平高的地方主要集中在花山区和雨山区;(2)1993—2013年马鞍山市生态环境质量呈现先上升再下降的趋势,生态环境较好的地区主要分布在西部丘陵地区如含山县的清溪镇、仙踪镇、昭关镇等地方;(3)1993—2013年马鞍山市城市化与生态环境耦合协调发展水平提升,耦合度和耦合协调度不断提高,耦合协调类型由低度协调阶段转向中度协调阶段;在马鞍山市东西和南北方向耦合协调度空间演变趋势皆呈倒U型.该研究结果可为马鞍山市城市的发展和生态环境的保护提供科学参考.

基于卫星植被指数与夜间灯光数据,利用相关系数法和变化趋势法综合分析了陕西黄河流域植被变化与城镇化发展之间的协同和权衡关系.结果显示:陕西黄河流域城镇化与经济发展实现了较高水平上的稳定增长,灯光强度从2000年的2.04上升至2020年的8.86,呈明显上升趋势的区域占总面积的93.46％,形成了以中心城市带动的关中城镇发展群,和围绕能源化工开采为主的陕北城镇发展群,并由交通运输网建设发展带动中小城市发展;陕西黄河流域生态环境总体向好,植被覆盖度由2000年的42.90％增加至2020年的64.19％.植被覆盖度显著增加的区域面积占67.45％,以陕北退耕还林(草)区植被增加最为显著;陕西黄河流域经济与生态高质量协同发展成为主要趋势,灯光强度与植被覆盖度同时明显上升的区域占总面积的63.49％,其中两者表现为协同关系的区域占比56.42％,主要位于退耕还林(草)区;有占研究区域总面积4.6％的区域灯光强度明显增加而植被明显降低,其中表现为权衡关系的区域占比高达71.75％,主要位于关中城镇化正在的快速发展的地区;城市核心区域及靠近城市的周边占总面积不到5％的区域,有明显的空间分布差异,在陕北能源化工区城市核心区域灯光强度下降而植被恢复较快,以西安为中心关中城市群,市中心这一概念逐渐弱化,原来的市中心灯光强度下降,并且随着老城区设施逐渐老旧,新城区人口不断涌入,城市生态环境有待改善.

海南岛是气候变化敏感区以及生态环境脆弱区.近几十年气候变化和人类活动深刻地影响着海南岛的生态环境质量.然而,针对海南生态环境质量时空演变及其对气候变化与人类活动响应的规律还不清晰,理解这些规律对实现海南岛可持续发展目标具有重要意义.基于多源遥感数据,利用改进的遥感生态环境指数(MRSEI)探究了海南岛1992-2015年生态环境质量时空变化特征以及其对气候变化以及人类活动的响应,并利用像元尺度的多元回归法对比了气候变化与人类活动对生态环境质量变化的贡献.结果表明:(1)MRSEI指数适用于大区域,可用于本研究中的海南岛生态环境质量评价;(2)近24年,海南岛生态环境质量呈现波动上升的趋势,且在所有土地利用类型中,林地的MRSEI最高,多年平均值达到0.812;(3)MRSEI与气温、降雨呈现出显著正相关关系,与以夜间灯光表征的人类活动在沿海以及各市县的主城区呈现显著负相关关系;(4)气候变化在MRSEI演变中的贡献整体要高于人类活动影响.为海南中国特色自由贸易港建设中生态环境与经济社会协同发展研判提供科学的定量支撑,并为制定相应的政策提供依据.

绿地、水域具有冷岛效应,可有效缓解城市热岛.开展绿地、水域冷岛需求评估对于绿地、水域空间格局优化具有重要意义.本研究整合2017年闽三角城市群Landsat遥感影像、NPP/VIIRS夜间灯光数据、GDP、人口密度等多源数据,从热岛胁迫度、土地脆弱度、社会敏感度3个维度构建冷岛需求测度模型,揭示冷岛需求度的分布特征与空间分异,识别冷岛需求区域及主导因子类型.结果表明:2017年闽三角城市群热岛胁迫度、土地脆弱度、社会敏感度均有较高的空间集聚性,且三者之间均呈显著的正相关性;冷岛高需求区和次高需求区面积分别为2820.02和2078.31 km2;冷岛需求度呈显著的空间正相关性,其空间分布呈现与地形、区位的空间耦合性,高值区集中在东部沿海的城区、乡镇,低值区则出现在内陆的高海拔地区;主导因子分区表明,综合主导区集中在城镇中心区域,社会敏感主导区多为城镇边缘地区,热岛胁迫主导区多为裸地及工业园区,土地脆弱主导区零散分布在远离城区、植被稀疏的耕地.本研究可为冷岛需求评估方法及绿色基础设施空间配置提供借鉴.

自然保护地是保障国土生态安全的重要屏障,而光污染正在对自然保护地生态系统造成新的威胁,这一现状在城市群环境中尤为明显.本研究选取珠三角城市群的自然保护地为实例对象,利用卫星遥感灯光数据、土地覆盖类型及兴趣点等多源大数据,量化分析2000-2018年该区域内 自然保护地夜间灯光的时空动态、自然保护地周边夜间光环境与人类活动的相关性,并识别出城市尺度下自然保护地对人工光干扰的敏感距离.结果表明:2000-2018年间,珠三角区域内 自然保护地夜间灯光总值从71107 nanoW·cm-2· sr-1增长至 127682 nanoW·cm-2·sr-1,每像元均值从 15.3 nanoW·cm-2·sr-1 上升至 23.7 nanoW·cm-2· sr-1,照明比例从73.3％扩大到86.4％,说明该区域内自然保护地夜间光环境面临着累积恶化风险与严峻挑战.珠三角核心区域自然保护地夜间灯光亮度远高于外围区域如肇庆和惠州,但外围区域自然保护地受干扰的扩张程度却高于核心区域.自然保护地内部夜间光环境与周边人类活动强度呈正比,自然保护地对周边人工光干扰的最敏感距离为10 km,干扰程度在30 km之后趋于稳定.建议将珠三角 自然保护地边界外0～10 km划为灯光管控核心区、10～20 km划为管控缓冲区.