基于RS的石家庄市城市热岛效应研究

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随着城镇化进程的推进,城市热岛问题日益凸显,城市热岛效应是城市化过程中人类生产生活所产生城市温度变化的结果,是“城市病”显著的特征。城市热岛效应问题已经成为当今学者所讨论的核心问题之一。石家庄作为新兴城市,也作为河北省的省会城市,近年来城市化进程加快,城市下垫面结构发生了重大改变,加之人为热排放量的增加,其城市化问题具有典型性,城市热岛效应日益显著。因此,本文选取石家庄市作为研究区进行城市热岛效应研究。为了满足城市热岛效应时间序列变化条件,本文首先建立了热岛效应综合指数模型,消除了各期遥感温度反演产品的整体性差异,体现了研究区热环境的内部分异,使得不同年份间的数据具有可比性。在此基础上,本文构建了热岛比例指数模型、热岛空间分布模型、景观格局热环境效应模型,对石家庄市城市热岛的时空分布特征、城市热岛的发育程度、城市热岛的迁移变化、景观格局与热岛效应间的关系进行了深入分析。最后,以2001年、2005年、2014年和2020年Landsat5和Landsat8遥感影像为基础数据,利用本文构建的热岛效应综合指数模型、热岛比例指数模型、热岛空间分布模型、景观格局热环境效应模型,分析了石家庄市的热岛效应特征,结果如下:(1)石家庄热岛空间分布特征2001年,中心城区主要处于弱热岛区,农村居民点属于正常区域,城镇周边的大量农田呈现低温带,热岛主要成点、块状聚集性分布。2005年研究区内城市热岛范围相比2001年向外围扩展明显,各个区县热环境轮廓明显扩大。2014年比较突出的特点是热岛覆盖区域沿着城区间的交通线路快速发展,高温斑块沿着交通线路及其沿线附近分布,高温热岛的分布逐渐由“点”式结构逐渐向“串珠”式结构转变。2020年研究区热岛由2014年“串珠”结构逐渐向“面状”结构成片发展,表现出多中心面状分布的新特征。(2)石家庄热岛时间分布特征在研究区热场强度的变化中,最稳定的是强冷岛区,2001-2020年总体变化不大,在0.3%左右。较强热岛区、弱热岛区从2001-2014都是呈现上升的趋势,较强热岛、弱热岛占比分别由从2001的2.83%、5.03%到2005年4.93%、22.73%增加到2014年6.6%、28.59%,但是在2020年较强热岛、弱热岛面积分别减少0.7%和0.66%。将强热岛、较强热岛、弱热岛都计算为热岛区,从2001年到2020年热岛区面积占比为8.67%、29.32%、35.40%、34.20%,总体上呈现增长趋势。(3)石家庄各区市热岛空间分布模式裕华区、桥西区、新华区、长安区重心都表现出从市中心地区向外围迁移的趋势。藁城区重心转移为东-东北-西北,鹿泉重心转移北-南-东南,栾城重心转移为东南-北-西北,正定县重心转移路线东北-东-东南。(4)景观格局热环境效应较强热岛与强热岛区主要位于建设用地与未利用土地,强冷岛区及较强冷岛区主要分布在水体景观,较强冷岛区以及弱冷岛区主要分布在林地景观与耕地景观。空间热环境与景观格局的关系方面,在景观类型水平上,建设景观、林地景观、水体景观、耕地景观的最大斑块指数、景观占比、聚集度指数、分离度指数、斑块类型面积与地表温度呈现显著相关性。因此土地覆被/利用方式和景观结构的组成对地表温度分布有很重要的影响。因此寻求合理土地利用结构、组合方式、规模以及空间布是有效改善热环境分布的重要途径。
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