了解和量化城市树木耐旱性的变异性和潜在的驱动机制对于预测和管理全球气候变化下的城市生态系统稳定性至关重要.该研究以北京市常见行道树绒毛梣(Fraxinus velutina)为研究对象,选取6个不同不透水表面比例(用归一化建筑指数(NDBI)反映)的实验地点.利用遥感数据提取各地的NDBI和月地表平均温度(Ts)参数,并实地测定了空气水汽压亏缺(VPD)和黎明前水势(Ψpd),在生长季采用自然干燥法拟合各地点绒毛梣枝条木质部脆弱性曲线,并计算得到木质部栓塞脆弱性,测定各地点凌晨和中午枝条的自然栓塞化程度以获取不同地点木质部栓塞的恢复程度;同时测定了比导率(ks)和叶比导率(LSC)、气孔导度(Gs)和最大光化学量子效率(Fv/Fm).研究了不同不透水表面比例下树木栓塞脆弱性(耐旱性)的适应性,以及耐旱性与其他水力性状之间的相关性.结果表明:1)不透水表面比例与50％导水率损失对应的水势值(Ψ50)显著负相关,不透水表面比例越高耐旱性越高;2)Ψ50与Ψpd及VPD显著相关;3)ks与Ψ50间有显著权衡,但LSC与Ψ50相关关系不明显;4)栓塞修复能力与Ψpd呈正相关关系;5)处于不同不透水表面比例地区的绒毛梣的Fv/Fm无显著差异;6)随不透水表面比例的增加,绒毛梣光合速率下降.该研究结果表明,不透水表面比例是影响绒毛梣耐旱性的关键城市环境指标之一,不透水表面比例提高导致绒毛梣耐旱性的提高,同时绒毛梣白天出现的栓塞可以在夜晚进行积极的修复,这两个特征均说明城市树木对于城市环境表现出水力结构的适应性,但这种适应性以光合速率下降为代价.该研究结果为快速城市化和全球气候变化场景下北京城市生态系统健康程度、弹性和稳定性评价提供了重要研究数据,并为决策者制定切实可行的北京城市树木管理策略提供了理论依据.

城市热岛效应是一种常见的城市气候,影响着城市规划及人民的生产与生活.本文以成都市中心城区为研究区,通过采用Landsat 8 TIRS数据,运用劈窗算法反演成都市中心城区4个时间点的地表温度,并对热岛效应的时空变化及其与下垫面的关系进行了分析.结果表明:劈窗算法在无同步气象观测资料校正大气透射率的情况下精度达到1.6 K;成都市中心城区明显存在热岛效应,其面积约占中心城区面积的30％,且春夏季热岛效应的空间差异性较大;三环外热岛效应较三环内明显,武侯区和双流区之间始终存在一个温度高值区;夏季归一化差异植被指数(NDVI)与地表温度存在显著的负相关关系,这说明可以通过种植绿色植物来缓解城市热岛效应;夏季地表温度与改进的归一化差异水体指数(MNDWI)的相关性不如春季和冬季,因此,夏季用水体来缓解热岛效应可能收效甚微;归一化建筑指数(NDBI)与温度在4个时间点上均呈正相关,这说明人类活动是造成城市热岛效应的原因之一,NDBI是研究城市热岛效应的有效指标.

城镇化建设的持续推进给生态环境带来的压力日益增加,多方位、客观、准确、快速测算区域生态环境质量是生态学研究的一个重点.本研究从绿度、湿度、热度、干度4方面分别提取了归一化植被指数(NDVI)、湿度指数(WET)、地表温度(LST)、归一化建筑-土壤指数(NDBSI)4个分量指标,采用基于ENVI平台的主成分分析技术集成所选指标,基于新型遥感生态指数(RSEI)对1995-2015年雄安新区生态质量进行评估.结果表明:1995、2004和2015年,雄安新区的RSEI均值分别为0.724、0.710、0.682,生态质量总体呈下降趋势;1995-2015年间,研究区RSEI主要由4、5级向1、2、3级转变,生态质量改善和恶化的面积分别占总面积的8.9％和20.9％,生态改善区域主要位于雄县东部和南部,主要原因在于该区域大面积的林地和园地受到当地政府的高度重视和严格保护,生态质量恶化区域主要位于城镇外围以及白洋淀周边,原因在于白洋淀水域面积的锐减和城市化的不断推进;RSEI与各分量指标的平均相关系数为0.804,均高于各分量指标间的平均相关系数,表明RSEI能较好地综合各分量指标信息,全面准确反映研究区生态质量状况.

湍流是地表与大气间物质与能量交换的主要形式,因而准确观测湍流通量历来是城市边界层研究的重要问题.本研究基于架设在南京信息工程大学内的大口径闪烁仪(large aperture scintillometer,LAS)和涡动相关仪(eddy covariance,EC)的同步观测,对比了LAS测得的感热通量和EC测得的感热通量的差异,结合归一化植被指数(NDVI)和归一化建筑指数(NDBI),分析了下垫面不均匀性对于两种仪器测得感热通量的影响.结果 表明:城市地区LAS与EC具有较好的相关性(R2 =0.76),拟合线斜率为0.95;白天,LAS的感热通量大于EC的感热通量,二者差值为18.8～39.4 W·m-2;夜间,二者均在零值附近波动,差值为4.8～28.7 W·m-2;月尺度上两种仪器的差值8月最大,其次为7月、4月,6月最小;差异产生的主要原因是风向造成的通量源区不同;通量源区内的NDVI值越大,感热通量与净辐射之比越小,二者呈显著负相关(k=-0.34,P＜0.05);NDBI值越大,感热通量与净辐射之比越大,二者呈显著正相关(k=1.15,P＜0.05).

城市的垂向扩展加深了城市构成与格局的复杂性,传统的二维景观格局研究较难完整体现当前城市景观的生态结构与功能特性.本研究以上海市中心城区为研究区域,选取三维景观格局指数量化研究区域三维景观格局,并运用增强回归树机器学习算法综合分析社会、环境因子与城市景观格局的交互影响.结果 表明:高建筑率、平均建筑高度和建筑高度标准偏差在上海市内环周边区域的数值较高,建筑数量、景观形状指数在外环周边的数值较高,建筑覆盖率、容积率和Shannon多样性指数在城市中心的数值较高,且浦西总体高于浦东.人口密度和归一化植被指数(NDVI)对三维景观格局的交互影响最显著,生产总值的影响程度最低.三维景观格局指数在一定范围内随社会因子中的人口密度增大而增大,随环境因子中的NDVI和水面率增大而减小.增强回归树可作为量化景观格局与社会环境因子之间交互影响关系的有效工具.研究结果有利于加深对上海市中心城区生态环境与人类福祉之间关系的理解,同时可为城市三维扩展规划提供科学依据.

热岛效应是评估城市环境和气候质量的重要因素.本文基于RS技术,利用地表温度反演、下垫面参数提取、相关性分析等方法,采用2007年、2013年和2018年阜阳市主城区三幅遥感影像,分析各年度地表温度与热场等级的时空分异特征,并在此基础上探究城市热环境的演变趋势和地表温度与地表参数的相关性.结果表明:在各年度中,阜阳市主城区存在着明显的热岛效应,并且随时间呈现先分散后集中的趋势;在时间尺度上,2007-2013年相较于2013-2018年热场等级减弱和不变区域的比例呈现增长趋势,热场等级增强区域的比例呈现下降趋势;在空间上呈现由北至南逐渐增强的趋势;地表温度与归一化植被指数(Normalized Difference Vegetation Index,NDVI)、湿度指数(TC-Wetness,Wet)呈负相关,与归一化建筑指数(Normalized Difference Build-up Index,NDBI)、裸土指数(bare soil index,BSI)呈正相关;不同下垫面指数对地表温度的贡献存在很大差异,其中Wet指数对温度降低的作用最强,Wet指数每增加0.1,温度分别降低5.383℃(2007年)、2.645℃(2013年)和3.289(2018年).

城市建筑物的扩张使得不透水面挤占了大量的自然生态空间,利用遥感技术对生态环境进行监测有助于快速掌握区域生态变化过程.以重庆市生态典型示范区南川为研究区,利用2002、2011、2016年3期多时相Landsat影像,通过耦合绿度、湿度、干度、热度四个因子,计算各个时期的遥感生态指数(RSEI),并采用归一化不透水面指数提取各个年份的不透水面信息,借助景观格局指数揭示不透水面时空变化对区域生态的影响,最后结合人类活动范围以及经济、政策等多角度对区域生态环境变化进行分析.结果表明:(1)研究期内南川区的RSEI均值由0.6791下降至0.5712,再上升到0.6669,生态环境总体有所恢复.构成RSEI的四个因子中,对区域生态影响最大的是绿度指数,其次为干度指数.(2)2002—2016年间研究区不透水面扩张主要以内部填充为主,不透水面年增长率约为6.31％.(3)不透水面斑块面积较大、聚集度高、结合度强的区域RSEI值低,生态等级为优的区域相较生态质量差的区域聚集度低12％左右.(4)生态环境与人类活动范围、生态政策具有一定的相关性,与道路距离每增大100 m,RSEI值提高约0.0149;积极的生态政策对区域生态环境具有促进作用.总的来说,合理利用现有不透水面进行建设,增加不透水面形态的复杂性和分散性,保护已有植被,注重经济增长与生态保护相协调是改善区域生态环境的关键.