中国城市地表温度的时空特征及景观调控

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自改革开放以来,中国城市化进程加快,伴随着越来越严重的城市热环境问题,严重危害着城市居民的身体健康及城市的可持续发展。本研究目的在于厘清中国城市热环境的时空分布格局及影响因素,量化温度具体的可调控范围,为城市降温策略提供参考依据和政策规划启示。本文以中国32个特大城市为研究对象,基于地表温度数据、土地利用/覆盖变化数据、植被覆盖数据、气象站点监测数据及其他辅助数据(如夜间灯光数据和社会经济统计数据),采用相关性分析、逐步回归分析、相对重要性分析方法等,定量化研究中国全局、区域和城市尺度的四季、月度、昼夜地表温度的时空分布特征,分析了城市热环境的时空演变规律,影响因素及对景观格局的响应。主要研究结果有以下几个方面:(1)各城市地表温度时空分布具有较大差异性。华东和中南地区城市夏季温度高于32℃,冬季温度高于10℃。北方地区城市夏季温度在26-32℃之间,冬季温度在-10~3℃之间。东北地区城市的地表温度季节变异性达到了 40℃,西南地区城市的地表温度季节变异性小于15℃。(2)从驱动源泉来看,其变化主要依赖于气候和景观因素而非经济因素,且有明显的季节性特征。进一步分析可知,日间城市地表温度变化主要受到EVI的影响,而夜间则主要受到RHU的影响,景观因素中waterED和urbanSHAPE MN影响温度变化最为显著。(3)从景观格局来看,不同景观组分对地表温度季节变化的相对重要性存在差异,在城市管理时要充分考虑城市下垫面的季节效应,以适应城市气候的变化。夏季日间水体的离散程度、边缘密度和植被的面积、形状、优势度支配温度变化;夜间植被的面积和优势度支配温度变化。冬季日间水体景观的优势度、平均斑块面积和建筑景观的优势度、斑块面积和边缘密度支配温度变化;夜间建筑和水体景观的优势度、平均斑块面积和边缘密度支配地表温度变化。(4)地表温度在建筑斑块上的调控能力呈现出较强的时间和区域变化特征。所有城市的调控范围在0-13℃之间,西部城市在8-13℃之间,东部城市在0-4℃之间。位于寒冷和干燥地区的城市比在炎热和潮湿的地区有更大的调控空间,这是由相对湿度、降水量、蒸发量和植被指数共同作用的结果。(5)合理的城市景观管理有助于缓解城市热环境,以达到一个凉爽的城市。在景观设计时,应该降低绿地内植被斑块的密度和聚合度,适当增加绿地的边缘率和形状复杂性,尽量多设置大块的水体并增大水岸线的蜿蜒程度,多采用分散,小尺度,边缘轮廓复杂的城市建筑景观。结果表明中国地表温度的变化呈现出较为明显的区域特征,本研究能为研究大尺度季节性城市热环境提供参考依据,能为我国制定合理的城市规划政策提供参考。本研究基于建筑斑块探讨地表温度的可调控范围及通过景观减缓地表温度具体的措施,目前该研究属于一种新的思路,研究结果能够为相关科研人员、城市规划与设计从业人员、环保政策的制定者提供理论参考。
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