城市景观格局与城市热岛效应的多尺度分析——以成都市中心城区为例

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本文基于ETM遥感影像,对成都市中心城区(绕成高速以内区域)地表温度进行遥感反演,应用空间采样的格局指数法对成都市城市景观格局进行分析,并在此基础上对景观格局与地表温度的关系在不同尺度上进行了定量研究。主要结果如下: (1)成都市中心城区存在明显的热岛效应,高温区主要分布在城镇居民地和大型工矿这两个类型中,郊区自然地表类型温度相对较低。各类型地表温度像元水平平均值中,水体具有最小值(23.03℃),工矿用地具有最大值(28.44℃);林地(25.41℃)与水田(25.68℃)和旱地(25.70℃)相比,平均温度差异不大,降温效果不明显;城市绿地(26.17℃)与其他植被类型相比,地表温度相对较高,但与城镇居民地(27.57℃)和工矿用地(28.44℃)相比,仍然表现出明显的降温作用;农村居民地(26.15℃)较城镇居民地平均温度低,而与城市绿地持平。 (2)斑块水平NDVI与地表温度之间存在明显的线性关系,NDVI每升高0.1,地表温度降低约1.23℃,说明植被覆盖度越大,地表温度越低。但不同类型植被降温效果存在差异,NDVI与地表温度回归方程的一次项系数说明,水田(-14.7287)、林地(-12.1667)、旱地(-11.1844)的降温效果明显大于城市绿地(-7.6548)。 (3)2002年成都市中心城区主要由居民地和耕地组成,二者面积比例达到70%,其中城镇居民地比例最高,占整个景观的31%。工矿用地具有最大的平均斑块面积(MPS),其次是城镇居民地和水田,其他类型相对较小。除道路具有最大的斑块密度(PD)外,农村居民地斑块密度显著大于城镇居民地,旱地、林地、城市绿地、水体相对于建筑类用地具有较大的斑块密度,说明由于连片式发展,城市内部破碎化较低。 (4)空间采样的格局指数分布图中,各指数均表现出环带状的分布特征,这与成都市城市扩展模式相似,表现出圈层式发展的特点。并且,斑块密度、边缘密度(ED)、平均斑块面积和聚集度(CONTAG)的空间分布格局与城镇居民地、工矿用地等代表城市景观类型的空间分布特征相似,在这些类型出现的地方,指数值也表现出与周边显著的差异,特别是在郊区主要公路出现的位置,说明成都市的城市发展易于在道路附近最先开展。 (5)成都市城市中心由斑块密度、边缘密度和平均斑块面积所表现出的破碎化程度低于城市郊区。表现斑块形状复杂性的指数,平均斑块形状指数(MSI)和平均斑块分维数(MFD)在城乡梯度上变化不规则,但城市中心斑块形状最简单。最大斑块指数(LPI)和分割度(DIVISION)能够体现城乡交错带这一特殊区域的格局特点,在该区域表现出相对较小的破碎度。Shannon多样性指数(SHDI)在交错带这一区间表现出高的多样性,大体位于距城市中心4~10km处。 (6)1200m采样尺度下,地表温度在城---乡梯度上总体呈线性下降趋势,每1km降低约0.2℃,且热岛强度约为3.2℃;NDVI在城---乡梯度上则具有更为明显的线性上升趋势,每1km上升约0.02。随着尺度增大,热岛强度呈线性减小趋势,而地表温度与NDVI的相关关系则以幂率形式增大。 (7)300m到3000m的不同尺度下,除平均斑块形状指数和平均斑块分维数外,各指数在城乡梯度上的变化趋势基本保持一致,而平均斑块形状指数和平均斑块分维数在不同尺度间梯度特征变化较大,表现为峰值出现在不同的梯度位置上。同样,除平均斑块形状指数和平均斑块分维数外,各指数在不同尺度下的半变异函数曲线特征也基本保持一致,只是曲线的变化速率有增大趋势,即在相同的距离间隔内指数的自相关性减小,变异性增大。这说明,随着尺度的增大,、小尺度下的变异被“模糊”,相邻方格之间的变异增大,格局的总体特征被突出,指数所描述的格局特征没有发生本质变化。而平均斑块形状指数和平均斑块分维数的半变异函数曲线说明在2400m尺度附近(或者更宽的尺度域内)可能存在一个使其格局发生改变的结构性尺度。 (8)在城乡梯度上表现为线性变化趋势的指数与地表温度和NDVI的相关性大于在城乡梯度表现为非线性变化趋势的指数。不同指数所对应的相关性差异较大,面积在这一关系中具有比较大的影响。不同尺度下,指数与地表温度和NDVI的关系变化存在三种趋势:①斑块密度、边缘密度、面积加权平均斑块分维数、平均斑块面积、聚集度、聚合度指数(AI)所对应的关系随尺度增大以对数函数形式增大;②SHDI对应的关系随尺度增大而线性增大;③AWMSI对应的关系随尺度增大而减小;④其他指数的对应关系随尺度增大变化趋势不规则。
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