城市热岛研究进展

概述了城市热岛研究方法的进展.地面观测方法的资料易于获取,积累时间长,但空间代表性不足;遥感监测方法具有实时直观,覆盖范围广的优点,但城市地表的异常复杂及地表城市热岛与大气热岛的本质差异,使其进展缓慢;边界层数值模式模拟是最具物理意义的方法,但模型本身和城市边界层的特殊复杂以及验证的困难均影响了它的精度及广泛应用.因此,必须在充分了解3种方法的研究进展基础上,相互结合,取长补短,才能进一步推进城市热岛的研究.     

基于Landsat TM遥感数据的城市热岛效应信息提取与分挝

在一定数量文献的基础上,概括了基于Landsat TM遥感数据的城市热岛效应信息提取方法以及对反演的地表温度的分析方法,温度反演方法有大气校正法、单窗算法、单通道算法,指出利用城市热岛信息,可以分析城市下垫面热岛的空间分布和结构特征、热岛的时间演化特点以及各种可能的驱动因素等.     

一种城市热岛强度的计算方法——以合肥市为例

城市热岛是指城市化过程中城区高空以及近地面大气温度高于城区以外郊区的现象。城市热岛强度是城市热场分布的重要表达手段,目前,对专门研究城市热岛强度的计算方法讨论较少。本文利用Landsat5数据,基于遥感相关理论,以合肥市为例,反演出城市地表亮温,同时引入城市形态分维理论,使用改进的半径法对合肥市的城市热场状况进行研究,发现亮温的水平分布在城市建成区与非城市建成区间有突变现象,并以此分析城市热力场的空间分布,得到热岛强度计算公式,从而得出城市热岛强度的表达方式。在城市热岛强度计算过程中,着重考虑了城市热场分布特征,克服了在研究城市热岛时寻找郊区气温值的困惑,这对于城市热岛强度的表达研究具有一定的指导意义。     

基于Landsat TM遥感数据的城市热岛效应信息提取与分析

在一定数量文献的基础上,概括了基于Landsat TM遥感数据的城市热岛效应信息提取方法以及对反演的地表温度的分析方法,温度反演方法有大气校正法、单窗算法、单通道算法,指出利用城市热岛信息,可以分析城市下垫面热岛的空间分布和结构特征、热岛的时间演化特点以及各种可能的驱动因素等。     

建筑密度对城市热岛影响的多孔介质数值模拟

根据城市空间结构与多孔介质的相似性,在城市热岛效应的研究中引入了多孔介质理论,采用体积平均技术和雷诺时均方程法建立了适用于城市湍流流动与换热的多孔介质数学模型,并利用微尺度数值模拟计算结果的空间体积平均对模型的有效性进行了验证.采用建立的城市多孔介质数学模型,合理地考虑城市热源在城市冠层内的空间分布,研究了建筑密度对城市热岛强度的影响.结果表明:城市区域热岛强度随着地面孔隙率的增大而减弱,地面孔隙率每增加0.1,就会引起城市热岛强度减小0.36 K;在城市游的乡村地区,随着离开城市距离的增加,热岛强度逐渐消失;城市冠层底部的热岛强要显著高于上部,热岛强度随高度的增加几乎呈线性减小;城市对上空气流的影响可以延伸至5倍的城市冠层高度.     

城市化进程中天津城市热岛景观格局变化分析

为了控制城市热岛的增长趋势并提出科学的政策方案,以天津市为研究对象,利用2001年—2009年的5景Landsat TM/ETM+遥感影像数据对地表亮温进行反演,并利用景观格局指数分析城市热岛在天津城市化进程中的演变特征.结果表明:随着天津城市化进程的发展,热岛景观在数量特征上体现为斑块个数减少,高等级热岛景观类型面积和单体面积均增大,热岛景观逐渐变得更加聚集化;在形态特征上,热岛景观形状指数增大,斑块形状越来越复杂;在结构特征上,热岛景观的聚合度、邻近指数和蔓延度逐渐增大,多样性指数和均匀度指数降低,热岛景观分布向不均匀、组团式发展;在空间分布上,研究区的高温组团大致分布在市区、塘沽区中东部、汉沽区西北部和大港西南部,其中以市区和塘沽区中东部2个组团为典型.利用景观指数分析城市热岛环境,可为制定有效防止热岛发展的措施提供科学依据.     

基于Landsat ETM+数据的福州市土地利用/覆被与城市热岛的关系研究

在利用Landsat ETM+遥感数据提取的4种信息指数的基础上,采用决策树方法,对福州市土地利用/覆被进行分类,并运用辐射传输方程算法反演了地表温度,进而对研究区城市热岛的空间分布特征及其与土地利用/覆盖类型的关系进行定量研究.结果表明,福州市存在热岛效应,热岛空间分布与城市建成区轮廓基本一致;城市建筑用地和裸地对地表温度的贡献最大,是城市热岛的主要贡献因素,而水体和林草地具有较好的降温作用;不同土地利用/覆盖类型的地表温度存在较大差异,并且地表温度与反映土地利用/覆盖类型的4种指数在一定范围内具有明显的相关性.     

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。     

用流动观测数据计算城市热岛强度的数学模型

为了解决用流动观测数据计算城市热岛强度过程中的同时性修订问题,克服流动观测方法获取数据非同时性的不足,在分析城市热岛强度计算方法的基础上,通过同时性修订,提出1个计算流动观测时段内任一时刻热岛强度的数学模型。结合重庆市热岛效应的流动观测,对模型的参数进行解释,并将该模型计算得到的不同时刻热岛强度进行对比。研究结果表明:该模型能很好地解决用流动观测数据计算城市热岛强度过程中的同时性修订问题。     

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。     

南京城市边界层微气象特征观测与分析

南京大学大气科学系分别于2005年7月17日～7月31日,2006年2月18日～3月10日在南京市市区和郊区两个观测点进行了城市边界层气象观测,同时采用流动观测方法和在6个固定观测点进行城市热岛观测,观测发现:南京市存在明显的城市热岛特征,气温由市区中心的最高值向郊区逐步减少,冬夏季节的平均热岛强度分别为1.2℃和0.83℃,晴天热岛强度大于阴天,夜间热岛强度普遍高于白天,夏季和冬季热岛强度最大可达3.6℃和2.4℃.热岛强度随高度增加而减小,在约400 m高度,城区和郊区气温没有明显差异.观测结果还表明城区湿度普遍低于郊区,冬夏季节的城市与郊区的相对湿度差分别为10.6%和7.3%.南京紫金山森林地区对附近地区的气温和湿度有明显影响;城区风速明显低于郊区,高度越低,城区与郊区风速相差越大.南京市区的平均零平面位移约为19.9 m,平均粗糙度1.1m.     

基于遥感分析土地利用变化对武汉城市热岛的影响

城市热岛效应与城市化和土地利用变化密切相关.不透水面的扩张极大地改变了城市下垫面的热力学性质,这是造成城市热岛效应的主要原因.利用Landsat 7 ETM＋和HJ-1A卫星多光谱遥感数据,通过人工解译获得2002年和2012年武汉市土地利用情况,同时利用武汉同期的MODIS合成地表温度产品对城市热岛强度进行了分级,进而对城市热岛与土地利用的时空变化情况进行分析,揭示了二者之间的关系.结果显示,武汉市城市热岛的扩张表现为中高强度的城市热岛以各主城区为中心向外围延伸,并且有逐渐连接成片的趋势,这与城市化扩张的特征基本相同.建设用地的不断向外延伸是造成武汉城市热岛不断增强的主要原因.     

南京城市热环境与土地利用关系研究

通过Landsat/TM遥感影像反演获取了南京市1988、1998、2002和2010年的地表温度和热岛强度,并进行了城市热环境变化分析。利用NDISI建筑指数获取城市建设用地信息,然后讨论城市地表温度与建筑指数的定量关系。结果表明:归一化之后的南京次高温、高温与特高温呈现明显上升趋势。随着热岛强度的分级越来越高,建设用地面积也越来越大,从定量分析来看,建设用地与地表温度呈线性正相关关系。随着建设用地面积的增加,地表温度上升速率加快。     

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。     

基于Landsat 8影像的南京市热岛效应对植物物候的影响

【目的】在城市化高速发展的今天,城市热岛效应显著。城市绿地可以有效地缓解城市热岛效应,城市热岛由于长期高温作用也会对绿化植物的物候产生影响。该文旨在基于遥感数据,通过对比城市热岛区和非热岛区的植被物候特征研究城市热岛效应对城市绿化植物物候的影响。【方法】对Landsat 8影像数据进行地表温度的反演,划分地表温度等级,对地表温度进行空间分析确定热岛区域,进而选取热岛区域及热岛区和非热岛区植被,并使用中分辨率成像光谱仪(MODIS)数据作出热岛与非热岛区植被的归一化植被指数(NDVI)曲线,以此分析对比热岛区和非热岛区植被物候的差异。【结果】南京市热岛区植物生长季开始的时间(SOG)比非热岛区早,而热岛区植物生长季结束的时间(EOG)比非热岛区晚; 热岛区植物生长期比非热岛区植物生长期长20 d。此外,研究结果还表明夏季热红外影像更为适合划分热岛区。【结论】绿化植物适应长期城市热岛效应高温的表现为生长季开始的时间提前,结束的时间推后,整个生长季的时间加长。     

利用Landsat资料的南宁近年来城市热岛效应研究

城市热岛效应是一种由于城市建筑及人们活动导致的热量在城区空间范围内聚集的现象,是城市气候最明显的特征之一。遥感作为监测城市热岛效应的重要手段,具有大面积的同步观测、覆盖范围广且成本低的优势。本文收集南宁市2003年～2016年期间的6期秋季(9月和10月)Landsat5和Landsat8遥感数据,反演得到地表温度。在此基础上计算出地表热岛强度指数和热岛比例指数,得到不同时期南宁市区热岛强度和范围,并对城市热岛状况进行了评估。结果表明:①从西北—东南方向剖面线可以看出,地表温度和NDVI呈相反趋势,市区温度高,城郊温度低;NDVI则相反;②2010年以后的城市热岛效应越来越严重,表现在热岛效应的强度和范围呈现大幅度增加趋势;③2006年前,热岛效应集中在快速环道以内区域,2010年前热岛效应集中在快速环道以内及周边区域,之后城市热岛范围在整个研究区内急剧扩张,并且程度加强;④城市热岛效应的产生和发展与城市化进展密切相关,由于未开发的植被覆盖区转变为建筑物、道路等不透水面,导致NDVI植被退化,这与城市热岛现象在空间上具有很好的对应关系。⑤2016年城市热岛效应评价中"急需缓解"的面积占整个研究区域的0.6%,"需要缓解"占18.6%,"警惕状态"占16.3%,"安全状态"占64.4%。     

深圳地区夏季气温日变化时空分布特征

利用连续在线监测气象监测数据,统计分析深圳地区夏季气温日平均变化特征及时空分布,气温日平均变化中城市建成区地表气温的上升率和冷却率均低于城市郊区,气温日变化的水平分布直接受城市不同地表热容量差异分布、地理地形以及局地风环流等影响。深圳地区夏季的热岛现象在日最高气温和日最低气温两种情形均会出现,最低气温和最高气温时热岛强度相差2倍。地表热容量较高的城市建成区,容易产生地面气温上升的延迟效应和累积效应,导致居民的体感温度增加同时降低生活舒适度。     

2002-2018年北京市通州区城市热岛(冷岛)效应时空分异规律及其影响因素

北京市通州区于2015年正式成为首都市副中心。截止至2018年,已有大量的人口、工业、商业迁入通州区,使得人为活动大大增加。人为活动以及下垫面的变化会影响通州区地表温度的时空分布。为了给通州区今后的发展进行指导,本文通过MODIS数据和气象数据,得到北京市通州区城市热岛（冷岛）效应的时空分异规律,分析了地表温度和归一化植被指数（NDVI）及气象要素之间的关系。结果表明：北京市通州区1951~2018年的四季气温呈显著上升趋势;城市热岛（冷岛）与环境要素关系密切,归一化植被指数与地表温度呈显著负相关,这表明通州区的植被分布对热场具有调节作用;城市热岛比例指数与平均气温、平均相对湿度呈负相关（相关系数分别为0.012和0.119）;城市冷岛比例指数与平均气温、最大风速呈正相关（相关系数分别为0.186和0.089）。说明随着通州区平均气温的升高,通州区热岛现象减弱,城市冷岛现象增强。通州区最大风速的增加对城市冷岛现象有增强作用。通州区平均相对湿度的增加对城市热岛现象有削弱作用。可见该研究结果可以为北京市通州区城市规划和生态城市建设提供依据。     

基于DTR的城市热岛强度指数构建与应用——以福州市为例

城市热岛强度是城市热岛研究和应用中的一个重要度量指标,但其定量计算一直是一难点.由于中国城市发展基本现状与气象设施条件的制约,目前常用的基于气象站的城乡温差计算法,较难准确客观地计算中国城市的热岛强度.当前卫星热红外数据反演的地表温度已广泛应用于城市热岛的研究中,因此,本文根据温度日较差(DTR)变化趋势分析,通过地表温度遥感影像的剖面数据,构建了基于DTR的城市热岛强度指数(UHII_(DTR)),并将其应用于福州市1989~2013年间的城市热岛强度计算,以定量评价城市热岛强度变化情况.研究表明,新建立的UHII_(DTR)可以客观、准确地反映出福州的城市热岛变化.福州市在1989~2013年间UHII_(DTR)逐渐下降,从1989年的5.22℃下降至2013年的3.01℃,城市热岛效应不断加剧.从UHII_(DTR)的年际变化趋势来看,福州未来的热岛现象仍将进一步加剧.     

基于TM/ETM+的城市热岛景观分析

研究利用TM／ETM＋数据,在对福州市1989年和2001年两期数据分别进行温度反演并分级基础上,利用景观生态学知识对福州市热岛的时空格局进行了量化对比分析,结果表明：12年间,伴随着福州市城市化进程加快城市热岛范围大幅增加,1989年的城市次高温区、部分中温区沦为2001年高温区和次高温区．另一方面,由于城市绿化及新城区的合理规划布局,城乡之间热岛强度有所减缓．