城市空间结构对城市热场的影响研究

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建筑物是城市热岛效应加剧的主要因素之一,优化建筑空间布局对于降低城市热岛效应有重要意义。本文以济南中心城区为研究区域,基于600m×600m和1200m×1200m两种空间尺度探究城市空间结构对城市热场的影响。首先,采用辐射传输方程法对济南中心城区夏季Landsat 8遥感影像进行地表温度反演,分析济南夏季城市热场的空间分布。然后,以建筑物为主要研究对象,分别基于一维高度、二维平面、三维空间等三个维度建立建筑物空间分布指标,并结合城市绿化生态指标共同构建城市空间结构指标体系,并进行定量化表达。再次,分别采用皮尔逊相关系数、双变量全局空间自相关分析等方法,研究城市空间结构指标与城市地表温度的相关性和空间相关性,并采用逐步回归分析方法,探究两者的定量关系,据此分析城市空间结构对城市热场的影响。最后,采用双变量局部空间自相关分析方法探究地表温度与各城市空间结构指标的空间相关性、集聚特征和空间差异性,据此分析城市空间结构对城市热场影响的空间异质性。主要研究结论如下:(1)济南中心城区夏季地表温度均值在25.1℃~43.7℃之间,东西温度差距不明显,南北温度差距较大,北部地表温度高于南部。地表温度均值较高区域的分布大体与建筑物分布相似,地表温度均值较低的区域的分布大体与济南市绿地水体的分布相似。(2)不同空间尺度,城市空间结构指标对城市热场的影响有所差异。其中,地表温度与本区域及相邻区域中建筑基底面积总和、建筑密度、建筑体积总和、容积率等4项指标正相关性最显著,其相关系数R值、Moran’s I值均大于0.3。地表温度与本区域及相邻区域中建筑绝对高度均值、DEM均值、户外活动面积这三项指标存在显著的空间负相关性,其相关系数值R值、Moran’s I值均小于-0.3。小空间尺度下,DEM均值、建筑高度标准差、户外活动面积比等3项指标对地表温度的解释力最强;中空间尺度下,DEM均值、建筑基底面积标准差、容积率等3项指标对地表温度的解释力最强。(3)不同空间尺度,城市空间结构指标对城市热场的影响均存在空间异质性。其中,市中区南部、历下区南部以及历城区中部,海拔较高且地形起伏程度较高的区域,地表温度与一维高度指标的低-高集聚最为显著,表明地形高程对地表温度的影响较大。在建筑物的二维平面、三维空间指标值较大的槐荫区、天桥区、市中区及历下区四区交界区域,地表温度与大多数二维、三维空间结构指标呈现出较为显著的高-高集聚分布。地表温度与生态绿化指标的空间相关性较显著的区域主要分布在城市生态绿化面积较多的区域,城市生态绿化对于降低地表温度有一定影响,生态绿化分布较为广泛的区域出现温度较大差异的主要原因是建筑物密集程度不同。表明建筑的二维、三维指标对城市热场均有一定程度的影响,且其影响作用存在空间差异性。
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