基于MODIS地表温度的京津冀地区城市热岛时空差异研究

利用2000, 2005 和2010年土地利用数据识别城市和郊区, 基于2000-2010年 1, 4, 7, 10月MODIS地温产品探究京津冀地区城市热岛效应的时空差异, 讨论城区土地利用对城市热岛效应的影响。结果表明,京津冀地区城市热岛效应的昼夜、季节特征突出。白天热岛与夜间热岛差异较大, 夜间92.8%以上的城镇表现为热岛, 且季节差异小。夏季白天热岛最强, 冬季白天85%的城市呈现冷岛效应。白天水体减弱城市热岛强度, 夜间相反。春、夏季草地增加白天城市热岛强度, 冬季白天为减弱作用, 夜间四季均为增强作用。农田和林地在春、夏、秋季白天减弱城市热岛强度, 冬季白天为增强作用, 夜间四季均为减弱作用。     

京津冀城市群热岛强度遥感监测及其城市规模效应分析

本文利用MODIS月度地表温度产品(MOD11C3、MYD11C3)获取2001、2010和2016年京津冀城市群年平均和季平均地表温度数据,并结合夜间灯光数据和土地利用数据估算京津冀城市群各地级市城市热岛强度.分别从年度、季度、月度三个方面分析京津冀城市群各地级市2001—2016年城市热岛情况,并结合城市发展规模对其进行相关分析,以期为京津冀城市群后期城市规划提供参考依据.结果表明:2001—2016年间,京津冀城市群建成区面积扩大明显,且城市规模越大,建成区面积增长越大;京津冀城市群热岛强度与城市规模有关,一二线城市整体热岛强度高于三四线城市.根据京津冀城市群年度数据分析得出,年平均夜间热岛强度高于日间热岛,且二者差异随城市规模扩大而减小;从季度数据可以看出,冬季夜间热岛强于日间热岛,而在夏季日间热岛和夜间热岛的强弱关系则与城市规模有关,城市规模越大,日间和夜间热岛强度之间差异增大;通过分析逐月数据发现,日间热岛呈现出夏季高、冬季低的特点,峰值多在8月份出现,而夜间热岛各月份间无明显变化.     

滇中地区夏季城市热岛效应的数值模拟研究

为了探究滇中地区不同城市化程度和湖泊下垫面对城市热岛效应的影响,利用中尺度气象模式WRF(the weather research and forecasting model)对昆明等城市的夏季城市热岛效应进行模拟研究。结果显示,夏季夜间,昆明等城市的热岛现象具有明显的下游效应,城市的扩张使得城市热岛下游效应的影响范围扩大,但热岛的强度不会明显地增强。城市的存在会增加地表的粗糙度,使得夜间的近地面风速减小。在白天,湖泊和城市下垫面主要通过改变局地的热力差异影响近地面的风速,城市的存在会加强湖泊与陆地间的热力差异,促进湖陆风环流,进而加大近地面的风速。城市的存在还会减少下垫面对低层水汽的供应,但城市面积的增加对低层水汽的影响相对较小。清晨,城市地区表现为湿岛(湿度较周边地区略大),这与城市地区的近地面辐合流场有关;而在其他时段,城市地区多为干岛(湿度比周边地区低),且干岛现象也存在下游效应。     

近30年中国典型城市群建设用地扩张的时空特征及其对比——以京津冀城市群和粤港澳大湾区为例

为了进一步把握当前城市群发展的特点与方向,掌握城市群建设用地的扩张机制,选择中国南北两地最具代表性的京津冀城市群与粤港澳大湾区为研究对象,利用1988—2017年的建设用地数据,借助城市扩张速率、城市扩张强度、城市扩张差异指数和景观扩张指数等指标,对比分析两大城市群近30年间建设用地扩张的时空特征及其差异,并结合灰色关联模型分析两大城市群建设用地扩张的影响因素。结果表明京津冀城市群进入城市化的高速发展期,而粤港澳大湾区则进入城市扩张的成熟期,且大湾区内部的发展速度要优于京津冀城市群:(1)京津冀城市群建设用地的增加面积是粤港澳大湾区的3倍多,但其建设用地的扩张速率和扩张强度均小于粤港澳大湾区的,即扩张进程总体上慢于粤港澳大湾区。(2)两大城市群建设用地扩张存在显著的时空差异性:粤港澳大湾区建设用地的扩张速率和扩张强度在1988—2007年间均明显高于京津冀城市群的,但从2008年开始均低于京津冀城市群的,且差距不断扩大;京津冀城市群的建设用地呈多中心环状放射性扩张,粤港澳大湾区的建设用地则由点状扩张转为面状发展。(3)两大城市群建设用地的扩张过程存在显著的区域差异:京津翼城市群的建设用地扩张速度由高至低依次为南部、东北部、中部,粤港澳大湾区东岸的建设用地扩张速度快于西岸的。(4)两大城市群的新增建设用地斑块均以边缘式扩张和填充式扩张为主,飞地式扩张的数量占比逐渐降低,扩张格局不断从扩散走向集聚,但粤港澳大湾区建设用地扩张的集聚水平更高。(5)京津冀城市群的建设用地扩张主要受常住人口和地区生产总值的影响,而地区生产总值和固定资产投资总额则是粤港澳大湾区建设用地扩张的主要驱动力。     

基于多源灯光数据的中原城市群城市扩张时空变化分析

探究中原城市群的城市扩张时空变化规律,有利于重建其空间结构的发展过程,厘清发展脉络,把握未来发展趋势,优化城市群建设.通过整合DMSP/OLS、NPP/VIIRS夜间灯光数据和辅助数据,采用阈值二分法提取城市群城市建成区,进而统计夜间灯光数量、城市扩展动态度及景观格局指数,对城市扩张时空格局演变进行量化分析.结果表明:(1)研究期内中原城市群城市夜间灯光总量稳步提升,灯光距平值区域化明显,郑州大都市圈处于领先地位;(2)城市面积增长了2.15倍,扩展动态度稳定在5%～6%之间,处于城市化的前期阶段,呈阶段性波动增长趋势;(3)灯光数据提取的城市建成区斑块呈现出中心-外围圈层式空间扩张结构的特征,城市扩张在原有基础上填充连片发展;(4)城市建成区斑块数量增长了1.97倍,形状指数在8%～9%之间,复杂程度加深,中小城市兴起并不断发展壮大,中心城市郑州市的首位度不断提升,极化作用明显,辐射带动周围城市发展,城市群趋向集聚化、一体化.     

城市化对哺乳动物丰富度影响的研究——以长三角城市群为例

以不透水面占比作为城市化强度(UI)的定量指标, 采用全球哺乳动物丰富度网格数据集, 结合气候因素和生境特点, 研究我国长三角城市群哺乳动物丰富度沿城乡梯度的空间分布格局。通过对比长三角城市群及其所处自然地理区(华东)哺乳动物丰富度的分布格局和驱动因素, 分析城市化和背景气候的贡献。结果表明: 1) 哺乳动物丰富度沿城乡梯度均呈水平“S”型分布; 2) 在背景自然地理区域, 气候因素(如年平均降水和最冷月最低温等)对丰富度分布起主导作用(R²=88.2%); 3) UI在华东地区与丰富度负相关, 在长三角城市群则弱正相关(P<0.001), 林地对丰富度存在正面影响, 耕地存在负面影响。因此, 城市化对哺乳动物丰富度影响在城市群尺度更为明显, 应更多关注如何区分城市化和背景气候对生物多样性的影响。     

浅析城市发展走向成熟期的前景

从影响城市发展走向成熟期的关键因素出发,用情景分析法对中国城市化发展到成熟期的基准情景、协调发展情景、风险情景进行了分析,得出了中国城市化发展到成熟期的3个阶段,从而对中国的城市化提出了选择走效益型道路、打破体制性障碍、关注城市群发展和注意向高级阶段转变的对策和建议。同时对杭州市城市发展何时达到成熟期进行了判断。     

北京市城市扩张及其对城市增温效应的影响

城市化进程在为人类带来经济、社会效益的同时,也产生了一系列生态环境问题,城市热岛效应是其中极为重要的问题之一.近二十年,伴随着中国经济的高速发展,作为政治、文化、经济中心的首都北京,城市扩张显著,人口稳步增长,热环境势必受到一定影响.为定量研究近十多年来北京市城市扩张范围及其对城市增温效应的影响,本文对DMSP/OLS夜间灯光数据进行去饱和处理,对北京市城市扩张进行动态监测,结合MODIS反演的地表温度数据月合成产品定量考察了北京市城市扩张及其对城市增温效应的贡献.结果表明,夜间灯光数据经过去饱和处理后能够以更高精度提取城市范围;2000—2012年北京市城市建设用地面积持续增长,2000—2003年增长速度相对较快,2004—2012年城市扩张速度明显减慢;北京市近十多年来城市建设用地以原有核心功能区为基础逐渐向四周扩张,表现出以主城区为中心的外延式发展,周边区县的建设用地也在各自原有城镇建设用地基础上呈现向四周的外延式扩张.随着城市化进程的推进,热岛效应始终显著,城镇用地温度逐渐主导了全区温度水平,城镇用地温度与区域平均温度之差明显减小.     

近45年来山西区域极端气候事件的变化特征

利用1961年以来40余年降水、气温相关资料对山西省极端气候事件的气候背景进行了统计分析.分析表明降水、气温极值以及暴雨、高温、相对高(低)温等极端气候事件均具有明显的区域特征.这种从全方位研究气候特征的方法可能为分析更多更广区域气候特征提供有益的参考.     

亚热带湿润区农业用地热环境效应及其生物物理因子分析

为分析亚热带湿润区农业用地对区域气候的影响,以江西省为例,基于2003—2019年的MODIS地表温度数据,将天然林地作为参照,分析了亚热带湿润地区农业用地热环境效应的时空变化特征及其与主要生物物理因子的关系。结果表明:(1)与天然林地相比,农业用地在白天具有明显的增温效应,年均增温幅度达1.9 ℃;夜间降温效应明显。(2)农业用地热环境效应随季节变化明显,特别是在夜晚,主要表现为农业用地在夏季的夜晚具有微弱的增温效应。(3)2003—2019年,农业用地白天增温和夜晚降温效应均呈增加态势。(4)农业用地热环境效应在白天主要受蒸散的控制,在夜晚主要受蒸散和反照率的共同控制。     

中国三大城市群内部城市网络联系特征分析——比较与启示

城市群已成为区域经济发展的重要载体和国家参与国际竞争与分工的基本经济单元,而城市群内部城市网络联系特征对城市群内部产业布局、城市间功能分工、城市群整体集聚经济的实现程度均产生重要影响。基于修正后的引力模型,文章以长三角、京津冀和珠三角三大城市群为研究对象,分析了城市群内部城市间的网络联系特征,并据此对城市群内部城市的等级结构进行了划分。结果表明:城市之间经济联系强度受交通时间距离支配;各城市群内部城市间网络联系特征差异明显;各城市群内部城市的等级结构存在不同程度的断层。     

温室气体变化数值模拟试验中全球降水和温度变化的迟滞效应

利用耦合气候模式(GFDL-CM2.1)研究变动气候背景下全球平均降水和温度的变化。不同情景CO2 强迫试验表明, 降水变化存在明显的迟滞效应。全球平均降水与地表温度的变化存在显著的线性关系, 但是降水同时也受到CO2 浓度的直接影响。在CO2 增加又恢复的试验中, 降水变化滞后于地表温度变化, 出现降水 “迟滞效应”。在CO2 增加过程中, 温室效应增强会立即导致大气长波吸收增强, 大气获得的净辐射能量增加, 为维持大气能量收支平衡, 地面向上潜热通量受到抑制, 形成CO2 增加对降水的抑制效应。随之而来的温度上升则主要引起大气层顶出射长波辐射以及大气对地表的长波回辐射增加, 大气净辐射能量减少, 地面潜热通量增加, 从而引起降水的增加。在CO2 减少过程中, 情况正好相反, 温室效应减弱会增加降水, 而温度降低会减少降水。温度和CO2 对降水的不同影响决定了降水的迟滞效应。     

土地利用/土地覆盖变化对区域气候影响的生物地球物理途径研究进展

本文从LUCC对气候影响的生物地球物理途径角度阐述其对气候系统的影响机制,并且结合多项研究结果归纳了诸如森林砍伐/造林活动、城市化、农业发展等人类LUCC活动在区域尺度的气候效应.气候模式是研究LUCC对区域气候及其变化最重要的试验工具之一,本文概括了气候模式经历了大气环流模式、区域气候模式、耦合的大气-陆面模式等一系列发展过程及其特点,提出利用遥感技术获取气候模式中的地面生物物理参数可以大幅提高模拟精度.最后,评论了目前LUCC气候效应研究中存在的问题,提出未来研究应着手降低区域气候模式模拟的不确定性,引入景观生态学理论与方法等可以更好地了解人类活动与气候变化的关系,进而制定适应气候变化的区域土地系统优化方案.     

基于分形理论的辽宁城市群人地关系特征时空演变

针对辽宁城市群发展过程中出现的问题,利用DMSP,VIIRS夜间灯光与城市经济等数据,从城市人口、土地城市化、国民生产总值、社会固定投资等方面构建了异速生长模型与城市经济发展模型,对其人地关系展开了长期的动态研究.对其人口-土地城市化及地级市经济发展水平进行了测度,并做出了针对性评价.结果表明:辽宁城市群的人地关系主要受重工业经济与资源型城市开发影响,其中沈阳城市发展趋向扁平化,而葫芦岛、丹东等城市发展趋向立体化.对于经济发展较好的城市应该防止其城建用地粗放扩张,对于经济发展水平滞后的城市应该创造就业机会,吸引人口聚集.研究结果对于辽宁城市群未来的城市化发展具有一定的参考价值.     

人为热对城市冬季降水的影响

城市人为热在冬季的气候效应比夏季更为显著，该文通过气象研究与预报(WRF)模型内置人为热揭示了人为热对城市冬季水热环境的影响机制，进一步利用大尺度城市能(LUCY)模型计算得到了北京地区高时空分辨率的人为热数据，将其耦合到WRF模型中，研究了北京地区人为热对降雪的影响，并与已有关于人为热对夏季降雨影响的研究结论进行对比分析，指出了人为热对夏季及冬季降水影响的不同之处。结果表明，人为热增加对冬季气温的影响幅度无明显阈值，但在空间的影响高度上存在阈值。人为热对夏季和冬季降水的影响机制不同，对夏季降水的影响范围和量级较大，影响机制较为复杂，而对冬季降水的影响主要集中在城市内部，主要影响降水相态。     

水库对局地气候影响的数值模拟研究

大型水库建设改变了上游地区的地形高度和地表特征,必将对周边地区的局地气候产生影响.利用高分辨率边界层模式模拟研究了在高山峡谷地区由于水库建设可能导致的局地气候变化.结果表明:高山峡谷地区的水库将导致附近地区在冬季增温,增温幅度可达0.4～0.85℃,使春、夏、秋季降温,最大降温幅度可达2℃,但水库对附近地区气温的影响范围较小,影响温度0.1℃的水平范围约为2.5km,影响高度约500m;水库对气温影响的日变化规律冬季和其它季节不同,冬季使全天增温,白天增温幅度大,夜间增温幅度小,其余季节在夜间使气温增加,在白天使气温下降,夜间增温和白天降温的转换时刻大约在上午8时和晚间21时;在冬、春、夏和秋季,水库附近的相对湿度可分别增加约29.8%,37.2%,13.3%和20.3%,影响范围小于3km;水库将使附近的地面风速有明显增加,水库附近风速增加的幅度小于0.5m/s.     

WRF-ARW模式在北京城市热岛模拟研究中的应用

为了分析城市化对北京城市热岛效应的影响程度,利用NCEP 1℃×1℃逐日再分析资料、Landsat遥感产品数据以及中尺度WRF模式,对北京城市下垫面因子的变化进行模拟。分析城市化对北京城市热岛强度的影响。结果表明:白天北京的城市、近郊、远郊存在气温的逐级递减趋势,而夜间热岛分布广且城郊温差小,城市热岛强度总体维持在1℃以上。下垫面由郊区变为城市会使当地的气温升高;并且这种升温效果在夜间比较显著。城区面积的扩张,会进一步增加城市中心区的温度。从不同年份小风区面积的变化看出,城市化在夜晚不断的加剧城市热岛效应,而白天则先增强后减弱。     

中国主要省会城市化质量与生态环境压力空间分析

为探究城市化质量与生态环境压力之间的内在关系,运用因子分析法构建城市化质量评价指标体系,对我国主要省会城市2011年城市化质量进行了测度.采用生态环境压力指数法定量评价了各省会城市生态环境压力,用系统相对发展度模型分析了城市化质量与生态环境压力之间的协调性,用灰色关联与相关性分析了相对发展度与城市化质量与生态环境压力两大系统各指标间的灰色关联性及相关性.结果显示:(1)我国城市化质量整体不高,存在明显的空间差异,表现为城市化质量东部高于中部高于西部,且综合得分高的城市发展并不全面.(2)城市化质量、生态环境压力空间分布差异明显,两者之间存在明显的相关关系,但不能片面的说是正相关还是负相关.(3)不同发展阶段城市的相对发展度水平不同,人口密度、经济扩张和推进程度以及环境污染程度是差异分布的关键因素.     

京津冀城市群热岛强度时空变化及对比研究

作为城市气候的典型特征之一,城市热岛不仅影响着城市局域及区域气候,而且对城市居民生活舒适度以及能源消耗等也有明显的负面作用,城市热岛研究对于气候变化以及指导城市规划具有重要的理论和实践意义。研究利用1958—2015年长时间序列气象数据,包括最高温度、最低温度和平均温度等3个温度指标,对京津冀地区4个典型城市(北京、天津、张家口和唐山)的热岛强度变化趋势及其影响因素进行对比分析和研究。结果显示,研究时段内,除了北京冬季平均温度下降之外,其他3个城市的夏季和冬季的平均温度均呈现明显上升趋势,而城市热岛强度均呈现不同程度的上升趋势,且冬季明显高于夏季。通过对比研究发现,研究区内,张家口热岛强度最高,北京次之,唐山最低。研究表明,时间上城市热岛强度变化趋势与城市化水平相关,空间上城市热岛强度则受城市背景如地理位置、区域气候等影响。     

珠三角城市化对大气边界层特征影响的数值模拟

利用WRF/UCM模式对珠江三角洲2008年秋季一次大气污染过程的气象场特征进行模拟。在模式中针对下垫面类型数据和人为热通量来设置敏感性试验以探讨城市化对大气边界层特征的影响。研究结果表明:城市化发展(包括城市土地利用类型的改变以及人为热通量的加入和增加)均能增强城市热岛效应和干岛效应,使夜间地面逆温现象更加显著,地面污染物容易积累;地表粗糙度的增加使风速减小,城市化使热岛环流增强,污染物难以扩散,这也是造成空气污染事件的原因;同时城市的发展能抬升白天和夜晚的大气边界层高度。