喀斯特城市桂林地表温度时空变化及地物覆盖影响分析

【目的】定量分析喀斯特城市桂林1990—2015年快速扩展对热环境的影响。【方法】提出喀斯特山峰混合像元比辐射率估算方法,对Landsat卫星12景遥感图像用模型反演地表温度并分析地表温度时空变化规律;提出建筑覆盖率、水体覆盖率和裸土率估算方法,反演植被覆盖度、建筑覆盖率、水体覆盖率、裸土率和裸岩率,分析混合像元中各地物覆盖率变化对地表温度的影响。【结果】1)研究地的建筑/道路、喀斯特山峰裸岩、干燥裸土的地表温度相对较高,水体和茂密植被覆盖的喀斯特山峰阴坡地表温度最低,茂密植被覆盖的喀斯特山峰阳坡的地表温度也相对较低;在太阳辐射下,喀斯特山峰阳坡地表温度比阴坡地表温度高1~3 ℃。2)1990—2015年研究地的地表温度高于喀斯特山峰茂密林地的高温像元比例呈逐渐上升的趋势,由61.9%变化到75.2%。3)研究地的地表温度因植被覆盖度、水体覆盖率增加0.1而分别降低0.5~0.7℃,0.2~0.4℃;因建筑覆盖率、裸土率和裸岩率增加0.1而分别升高0.4~0.7℃,0.4~0.6℃和0.3~0.5℃。【结论】喀斯特城市桂林的地表温度明显受人为因素、植被覆盖和地形的影响。
     

北京市土地覆盖变化对地表温度的影响

为研究北京市土地覆盖变化对地表温度的影响,选取1991年和2011年的Landsat-5专题制图仪影像,采用单窗算法和基于专家知识的决策树分类方法,提取期间地表温度和土地覆盖变化信息,分析了研究区20年来的土地覆盖变化对地表温度影响的空间分布格局和变化规律。研究结果表明:1991年到2011年间北京市土地覆盖类型的变化改变了地表温度的空间分布特征。在土地覆盖类型未发生变化的区域,6种土地利用类型的地表温度都升高,在土地覆盖类型发生变化的区域,地表温度有升有降,但总体上城市地表温度的空间分布与土地覆盖类型的空间变化格局存在明显的一致性。     

城市地域地表温度与土地覆盖定量关系分析

利用Landsat TM影像,以合肥市区为研究区,采用最大似然法对合肥市影像进行土地覆盖分类,同时反演合肥市地表温度,然后计算NDVI(归一化差异植被指数)、MNDWI(改进的归一化差异水体指数)、NDBI(归一化差异建筑指数)和NDBaI(归一化差异裸土指数)4种指数.在此基础上,对合肥市城市热岛的空间分布特征、地表温度与土地覆盖类型以及各种影响因子之间的关系进行定量研究分析.结果表明,不同土地覆盖类型的地表温度存在较大差异,建筑用地和裸地是城市热岛强度的主要贡献因素,植被和水体具有较好的降温作用.地表温度与4种归一化指数的回归分析表明,它们之间存在明显的相关性.     

利用单窗算法反演喀斯特城市地表温度

针对桂林喀斯特城市快速扩展呈现的热岛问题,提出喀斯特山峰混合像元比辐射率估算方法,使单窗算法适用于喀斯特城市地表温度遥感反演。结果表明,地表温度反演值与测量值的误差在2°C内;桂林中心老城区的地表温度相对低于新开发区和城市南北部工厂区,地表温度随植被覆盖度的增加而降低,呈明显的负相关关系;水体的表面温度最低,约17°C,植被覆盖度较高的喀斯特山峰的地表温度较低,阴坡为18~19°C,而阳坡为22~24°C;水泥广场、大面积建筑区的地表温度较高,为32~35°C;厂房密集且生产过程释放热量的工厂的地表温度最高,为33~36°C,个别像元达到40°C。植被覆盖的喀斯特山峰呈现显著的城市凉岛现象,对调节喀斯特城市气候环境具有重要作用。     

土地利用/覆盖变化对城市地表参数的影响

植被覆盖、地表水分有效性和地袁温度组成的地袁参数的变化和分布,受土地利用/覆盖类型和开发强度的影响.这些变量均可从多光谱卫星影像获得.以珠江三角洲的广州市老八区为例,前人研究的方法为支撑,通过运用陆地卫星TM和ETM 影像进行非监督分类,结合反演的地表温度与归一化差值植被指数之间的散点图,确定了土地利用/覆盖类型,估计并描述了这些参数的时空分布特征,从空间和时间方面评估了这些参数与研究区不同土地利用/覆盖类型之间的关系.结果表明,由于广州城市用地的发展,城市植被覆盖比例从1990年的72.39%减少到2000年的46.95%.研究还表明,凡是作为城市用地的土地利用/覆盖类型(包括高密度城市用地和低密度城市用地),从1990年到2000年,其归一化地表温度值增加都是最高的.     

鄱阳湖区地表温度反演以及时空变化特征

利用3期秋季Landsat系列遥感数据对鄱阳湖区地表温度进行反演,并对反演数据进行归一化处理。从自然因素方面和人为因素综合分析18 a鄱阳湖区的温度时空变化特征。结果表明:1)2000年地表温度等级图显示湖区范围内地表温度较良好;2007年鄱阳湖区地表温度出现异常,极高温区出现在鄱阳湖西北岸,鄱阳湖周围均出现次高温区,城镇地区主要以次高温区为主;2018年的地表温度等级以次高温区为主。2)从2000-2018年,鄱阳湖核心区主要以次高温区和中温区为主,极高温区和高温区随着城镇地区的分布特征而变化,极低温区出现山部地区,中温区较大幅度减少,次高温区分布范围明显增多。热岛现象以鄱阳湖为中心呈放射性扩散。这也说明在三峡大坝蓄水后,对鄱阳湖区的地表温度产生了很大的影响。3)植被覆盖度与地表温度呈负相关关系,地表植被覆盖度越好温度越低。海拔与地表温度从整体来看也呈负相关关系,海拔越高地表温度越低。但次高温区、高温区和极高温区的海拔较中温区偏高,但差距不大。地表温度反演结果对鄱阳湖区生态保护规划及粮食保护具有一定的意义。     

黄河源永曲河流域地表温度与土地覆盖的时空变化特征分析

为明确黄河源地区地表温度变化特征及其影响因素,以永曲河流域为例,利用2008年、2020年landsat数据,通过辐射传输法反演地表温度,分析地表温度的时空变化特征及其与土地覆盖类型、地形因子和归一化植被指数之间的相互关系。研究结果表明：(1)2008~2020年,永曲河流域地表平均温度由24.330℃上升至24.592 ;(2)地表温度具有显著的地形分异特征,与海拔高度呈现负相关关系,高海拔地区尤为显著。地表温度随坡度增加而降低,按平缓坡、阳坡、半阳坡,半阴坡、阴坡的顺序,地表温度逐渐降低;(3)不同土地覆盖类型的地表温度差异较明显,草地的地表温度较高,小灌木丛较低,平均地表温度相差4.688 ;(4)地表温度与NDVI呈正相关关系,且自西向东相关性逐渐增强。     

喀斯特城市石漠化遥感参数的时空变化

针对桂林喀斯特城市近20多年来快速扩展可能导致的喀斯特山峰石漠化,提出遥感像元裸土率的正比例估算方法,对该地区Landsat卫星1990~2015年8景遥感图像反演植被覆盖度、裸岩率的长时间序列数据,分析喀斯特山峰混合像元中植被、裸岩比例的时空变化规律。结果表明,研究区喀斯特山峰裸岩率高于0.7的面积比例低于15%,植被覆盖度高于0.5的面积在60%~85%之间。喀斯特山峰植被覆盖度、裸岩率的变化趋势主要受气候因素和人为因素等的影响,裸岩率高于0.7的面积比例变化受人为因素影响的程度较大。在1990~2006年呈略降低后基本维持平稳的趋势;但新区的建设使得2009年升高到最高值14.3%;2009~2015年缓慢下降到6.6%;植被覆盖度高于0.7的面积比例1990~1994年逐渐上升达到最高值56.0%,1994~2009年下降到最低值25.7%,2009~2015年上升到37.1%。研究结果可为进一步监测和预警喀斯特城市发展过程的喀斯特山峰石漠化提供科学数据。     

青藏高原地表0cm温度的时空变化特征

利用青藏高原86个气象观测站从建站到2001年历年各月地面0cm温度资料，在分析高原冬季，夏季和平均地表温度基本气候特征的基础上，通过主成分分析、主值函数和功率谱分析等方法，对高原地表温度异常变化的空间结构和时间演变趋势作了诊断研究。结果表明：高原地表温度总体表现为海拔高度与纬度的函数，海拔越高温度越低，纬度越高温度越低；高原地表温度第一载荷向量除南部小范围的负值外大部分地方为一致的正值，即第一空间尺度表现为整体的一致性，而第二载荷向量为南正（负）北负（正），即第二空间尺度表现为南北差异；第一主分量在近30年的变化中表现为明显的上升趋势，即主要反映了高原主体偏北和东北部地区地表温度有显著升高趋势；而第二主分量的缓慢下降说明高原中部和东南部地表温度呈减小趋势。代表站温度变化表现出7～9年的周期震荡。     

黔中城市群地表覆盖变化及驱动因素分析

地表覆盖变化是生态环境变化的缩影，研究地表覆盖变化及驱动因素可为地区生态环境恢复、资源合理利用、人地关系协调提供参考。基于Globeland 30数据，通过年变化率、转移矩阵、地理探测器等方法，探究黔中城市群2000—2020年地表覆盖变化及驱动因素。结果如下：1)耕地、林地、草地为城市群主要地表覆盖类型，期间以耕地、林地、草地收缩，灌木地、水体、人造地表扩张为总体趋势；2)地表覆盖转移面积呈先小后大的特点，转移方向为草地转林地、人造地表、耕地、水体，林地转耕地、人造地表、水体，耕地转人造地表、水体；3)耕地为东南角扩张其余各地收缩，林地为北部扩张南部收缩，草地为整体收缩、局部扩张，水体为整体扩张、局部收缩，人造地表为全域扩张；4)黔中城市群地表覆盖变化受地形、气候、人口、经济、交通、政策等因素的共同影响，并且因素间的交互作用总体呈增强效果。     

地表温度时空差异对温室效应影响的误差分析

针对目前温室气体对全球变暖的影响研究中,大都将地表温度处理为单一的平均温度的现状,在分析全球地表温度时空分布特点的基础上,分别采用将其作均一化处理以及时空积分两种不同的方法,对CO2,CH4及N2O的辐射强迫进行了计算,并预测了未来100年内CO2与CH4辐射强迫的变化情况.结果表明:CO2辐射强迫受计算方法影响最大,两种方法计算所得到的绝对差值达到了0.12W/m2,相当于6%的偏差,而且随着其浓度的不断加大,偏差还会明显增加;但是对于以CH4为首的微量温室气体,即使浓度出现大幅增加,地表温度的时空差异对其辐射强迫也不会产生显著影响;目前,CH4所产生的辐射强迫大约已经占到CO2的25%,如果能够将CH4的年浓度增长控制在1μL/m3的水平上,其100年后的辐射强迫则仅为CO2的11%,从而显著缓解由于CO2浓度持续上升对全球变暖所施加的巨大压力.     

黄河流域中段植被覆盖时空变化特征及影响因素分析

黄河流域植被保护与生态治理至关重要，探究植被变化特征及因素影响机制，对黄河流域生态修复及高质量发展具有重要应用价值。基于1981—2020年植被覆盖度数据、气候数据、地形数据及土地利用数据，利用趋势分析、Hurst指数、相关分析等研究方法，定量分析黄河流域中段植被覆盖度变化特征、未来发展趋势及影响因素。结果表明：1)1981—2020年黄河流域中段植被覆盖度呈波动上升趋势，增加速率为0.045/10a,空间格局呈现为东南部及中部高，西北部低的特征；2)近40年来研究区植被覆盖度改善情况良好，其中改善区域面积占比为87.50%,未来持续改善区域面积占比为96.65%;3)研究区植被覆盖度与降水、气温均以正相关为主，地形因子对植被覆盖度的影响主要体现在高程及坡度上，随二者的增加植被覆盖度表现为先增长后减少的趋势，且在不同地形条件下，植被覆盖度受温度影响大于降雨。     

福建省平潭岛植被覆盖变化及其对地表温度影响的定量研究

以福建省平潭岛为例,利用1990-2013年3期Landsat卫星遥感影像,基于归一化植被指数提取植被覆盖度,利用Qin单窗算法定量反演地表温度.对不同年份的植被覆盖与地表温度的空间变化特征及两者相关性进行分析,以揭示热环境效应的内在机制.研究结果表明:植被覆盖度与地表温度呈较显著负相关,植被覆盖每增加10%,最大可使归一化地表温度降低0.049.2002-2013较1990-2002年时间段的植被覆盖与地表温度变化幅度大.同时,对1990-2013年的植被覆盖变化值与归一化地表温度变化值进行相关性分析,发现变化值之间也具有较显著的相关性,且其相关性为0.513.     

地表覆被与人口密度变化对城市地表温度的影响分析——以郑州市为例

以郑州市为例,基于多期Landsat遥感影像和夜间灯光数据分析了城市地表温度、不透水面、植被以及城市人口的时空变化特征,并从不透水面、植被和人口密度三个方面分析其对城市地表温度的影响.结果表明:郑州市明显存在地表温度中心城区高,郊区低的热岛效应,热岛斑块逐渐向东南部、西部和北部扩散且逐渐破碎化,热岛面积呈增长趋势;不透水面指数与地表温度呈显著的指数正相关关系,植被指数、人口密度与地表温度分别呈现出较显著的线性负相关和正相关关系.利用逐步回归的方法表明,不透水面是影响城市地表温度的主要原因,植被和人口密度也是影响城市地表温度的重要因素.     

海湾型城市地表温度景观格局时空演变特征

以厦门市为研究区,以1994—2015年间4景Landsat TM/OLI影像为数据源,对厦门市地表温度景观格局时空演变特征及其与不透水面分布的关系进行研究. 结果表明：厦门市城市地表温度空间分异越来越大,次高温和高温区景观类型的面积增大;地表温度景观总体上破碎化程度降低,斑块类型的多样性和均匀分布程度降低,次高温和高温斑块的面积及最大斑块指数增大,斑块数量降低,斑块形状越趋复杂,各类型斑块在空间上趋于聚集成片分布;研究时段内中低等级斑块类型（1、2、3级）向高等级斑块类型（4、5级）转化的面积呈持续增大趋势,等级升高的面积明显大于同期等级降低的面积. 统计分析表明,随着城市化的发展,不透水面的增温效应显著增大.     

近10 a来青藏高原地表温度时空变化特征分析

基于2008—2017年青藏高原地区133个地面气象站的地表温度观测数据和五套地表温度模拟资料(ERA-5、ERA-Interim、GLDAS2.1-Noah、JRA-55、MERRA-2),分析了近10 a以来青藏高原地区地表温度的时空变化特征以及多种地表温度模拟资料在青藏高原的适用性。结果表明:①青藏高原地区的地表温度呈现边缘地区高、中心地区低,由边缘地区向中心地区递减的变化趋势,地表温度的空间分布主要受海拔高度影响,同时服从纬度的地带性规律;②五套地表温度模拟资料均能够描述青藏高原地区地表温度的空间分布特征,但是均出现了低估现象,可以基于模拟资料所使用的高程数据与实际观测之间的高程差,对地表温度模拟结果进行修正;③近10 a,青藏高原地区的地表温度呈现变暖趋势,且随着海拔高度的降低,地表温度增暖趋势越剧烈;④在青藏高原多年冻土区3个地面气象站,五套地表温度模拟资料与观测资料呈显著相关(相关系数0.96),模拟误差具有季节性特征,在夏季和冬季偏差较大,在春季和秋季偏差较小。     

近10年来青藏高原地表温度时空变化特征分析

基于2008-2017年青藏高原地区133个地面气象站的地表温度观测数据和五套地表温度模拟资料(ERA-5、ERA-Interim、GLDAS2.1-Noah、JRA-55、MERRA-2),分析了近10年以来青藏高原地区地表温度的时空变化特征以及多种地表温度模拟资料在青藏高原的适用性。结果表明：(1)青藏高原地区的地表温度呈现边缘地区高、中心地区低,由边缘地区向中心地区递减的变化趋势,地表温度的空间分布主要受海拔高度影响,同时服从纬度的地带性规律;(2)五套地表温度模拟资料均能够描述青藏高原地区地表温度的空间分布特征,但是均出现了低估现象,可以基于模拟资料所使用的高程数据与实际观测之间的高程差,对地表温度模拟结果进行修正;(3)近10年,青藏高原地区的地表温度呈现变暖趋势,且随着海拔高度的降低,地表温度增暖趋势越剧烈;(4)在青藏高原多年冻土区3个地面气象站,五套地表温度模拟资料与观测资料呈显著相关(相关系数>0.96),模拟误差具有季节性特征,在夏季和冬季偏差较大,在春季和秋季偏差较小。     

地理国情监测地表覆盖数据易混淆地物区分

该文通过深入研究国家制定的《第一次全国地理国情普查总体方案》等相关技术要求,结合天津市的自然条件和社会发展现状,以天津市北闸口镇为实例,进一步分析了该地区1∶2000系统数据和遥感影像数据的实际情况,对于内业影像解译时易混淆地物的区分方法做了详细的描述。     

基于地表裸露度和地表反照率影响的喀斯特地区热环境变化分析

在自然和人为因素的影响下,喀斯特地区地表覆盖受到破坏,导致大面积地表裸露,同时影响着地表反照率的变化,进而引起周围地表温度发生改变。以典型喀斯特区域安顺市为例,基于大气校正法反演2006—2017年地表温度,并结合同时期的地表裸露度和地表反照率变化情况分析喀斯特地区热环境变化特征。结果表明:地表裸露度、地表反照率与地表温度在空间上整体变化趋势相一致,是影响地表温度的因素之一;在时间上呈持续下降趋势,地表裸露度总体下降了53%,地表反照率和地表温度分别下降了37.1%和2.4%,表明热环境得到有效改善;地表裸露度,地表反照率与地表温度均呈线性正相关,地表温度随着地表裸露度和地表反照率的增加而上升,反之,地表温度则会降低。     

三峡库区植被覆盖时空变化特征及归因分析

采用趋势分析探讨了三峡库区植被NDVI(Normalized Difference Vegetation Index)时空变化格局及与海拔的关系；通过Mann-Kendall检验对NDVI变化的突变点进行了识别；通过相关分析明确了区域NDVI与气候、人文因素间的关联性和驱动分区.结果表明：(1)2000～2019年区域NDVI均值呈波动上升趋势，空间分布异质性明显，且随海拔上升呈先增加后略微降低的趋势；(2)2000～2008年NDVI增加趋势较明显，2009年以后放缓；(3)以气候为主要影响因素的区域仅占研究区面积的8.9%,人类活动是区域NDVI变化的重要因素.其中，退耕还林等生态工程具有正向作用，城镇化对经济发展起着负向作用，亟需采取相应措施以实现区域经济-生态系统良性互动.