干旱區(qū)城市熱島效應(yīng)定量研究——以烏魯木齊為例.pdf

1、本研究以城市地理學(xué)、城市生態(tài)學(xué)、城市環(huán)境學(xué)、城市氣候?qū)W的理論和方法為指導(dǎo)，借助于現(xiàn)代3S技術(shù)和數(shù)學(xué)方法，進(jìn)行了干旱區(qū)城市熱島效應(yīng)的系統(tǒng)、定量研究。結(jié)合研究區(qū)MODIS、TM/ETM+多源遙感影像和氣象數(shù)據(jù)，分別以目前精度較高的分裂窗和單窗算法開(kāi)展地表溫度反演模型的研究，獲得地表溫度空間數(shù)據(jù)集，以此為主要數(shù)據(jù)源，從宏觀(guān)和微觀(guān)不同空間尺度分析了研究區(qū)典型城市溫場(chǎng)的空間格局特征，比較城市熱島效應(yīng)在晝夜、季節(jié)、年等不同時(shí)間尺度上的分布特征，并基

2、于景觀(guān)的溫場(chǎng)分區(qū)進(jìn)行了研究區(qū)熱島效應(yīng)多年變化研究，系統(tǒng)揭示以烏魯木齊為代表的干旱區(qū)城市熱島效應(yīng)時(shí)空分布與變化特征；在此基礎(chǔ)上，從氣候背景、城市下?lián)疵?、人為熱等方面探究了城市熱島效應(yīng)與其影響因子的互動(dòng)關(guān)系，最后嘗試?yán)脭?shù)學(xué)模型對(duì)未來(lái)5年城市熱島效應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)盯展模擬和預(yù)測(cè)，并結(jié)合研究結(jié)論與城市特點(diǎn)提出緩解城市熱島效應(yīng)的建議和思考。 研究表明，烏魯木齊存在著顯著的城市熱島效應(yīng)。其空間分布特征表明，熱島效應(yīng)的分布與其下墊面地表類(lèi)型和功能

3、密切相關(guān)，高溫區(qū)在空間上的分布與城市建筑、交通運(yùn)輸干道等基本一致，而水面、城市綠地與農(nóng)田等對(duì)應(yīng)的溫度較低，根據(jù)對(duì)不同方向溫度剖面線(xiàn)的分維數(shù)計(jì)算，烏魯木齊溫場(chǎng)在不同方向上復(fù)雜程度的順序?yàn)槟?北>西>東；其時(shí)間分布特征顯示，城市熱島效應(yīng)在日間并不明顯，相反有時(shí)會(huì)出現(xiàn)“城市冷島”的現(xiàn)象；烏魯木齊城市熱島現(xiàn)象僅在夏季的白天和其他4季的夜晚較為明顯，熱島強(qiáng)度最大值出現(xiàn)在夏季夜晚，市區(qū)與近郊區(qū)的溫度差異在4-6℃，與遠(yuǎn)郊區(qū)的差異在8-10℃；從20

4、世紀(jì)80年代至今，研究區(qū)的熱島效應(yīng)表征更為顯著?！ぁぴ诨貧w樹(shù)景觀(guān)分類(lèi)的基礎(chǔ)上，基于城市的景觀(guān)變化對(duì)烏魯木齊城市熱島效應(yīng)1987-1999-2005年變化進(jìn)行了研究。將景觀(guān)分類(lèi)與溫場(chǎng)空間分布疊加，初步劃分較高溫城鄉(xiāng)建設(shè)用地、高溫城鄉(xiāng)建設(shè)用地、特高溫城鄉(xiāng)建設(shè)用地、高溫裸地、低溫綠地和低溫水體共6類(lèi)溫度景觀(guān)類(lèi)型。通過(guò)構(gòu)建溫度景觀(guān)轉(zhuǎn)移矩陣、圖譜以及溫度景觀(guān)評(píng)價(jià)體系，發(fā)現(xiàn)隨著城市化進(jìn)程的發(fā)展，城市內(nèi)高溫建設(shè)用地面積最大且增加面積較多，由1987年

5、的92.81km<'2>、1999年的106.73km<'2>增加到2005年的136.42km<'2>；特高溫建設(shè)用地出現(xiàn)在高溫區(qū)中間，成為了城市熱島的中心，較高溫建設(shè)用地多接近城市綠地附近，二者也有一定增幅。城市內(nèi)部的各類(lèi)溫度景觀(guān)持續(xù)增加，主要以周?chē)母邷芈愕貫橹饕獢U(kuò)展源，城市熱島效應(yīng)的范圍有不斷擴(kuò)大的趨勢(shì)。溫度景觀(guān)多樣性指數(shù)由1.．0395持續(xù)增加至1.2834r，破碲度指數(shù)由0.1092先增至0.1834，后減到0.1616，聚

6、集度指數(shù)也由58.9862持續(xù)降至48.9043，反映了溫度景觀(guān)的異質(zhì)性和破碎化程度在增加，斑塊呈現(xiàn)密集格局。在城區(qū)內(nèi)部，各類(lèi)城鄉(xiāng)建設(shè)用地溫度景觀(guān)在1987年至1999年呈現(xiàn)高度破碎，到2005年部分碎片聚合，特高溫建設(shè)用地在此過(guò)程中變化尤為顯著，熱中心由熱碎片形成了熱團(tuán)塊，趨于穩(wěn)定趨勢(shì)。在時(shí)空分布、變化研究的基礎(chǔ)上，從城市的氣候背景、城市下?lián)疵嫣卣?、人為熱等角度探究熱島效應(yīng)與其影響因素的互動(dòng)關(guān)系表明，一方面市區(qū)熱島效應(yīng)的存在影響著氣象

7、要素變化，使得烏魯木齊站的氣象因子變化特征有別或顯著于其他站點(diǎn)，例如年平均氣溫變化傾向率為烏魯木齊地區(qū)氣象站之最，達(dá)到0.537℃/10a、相對(duì)濕度變化傾向率與地區(qū)增濕大背景趨勢(shì)相反，為-0.158％/10a，降水量也有較大增幅，變化傾向率達(dá)到27.916mm/10a；另一方面，氣象要素例如地面風(fēng)場(chǎng)的時(shí)空分布特征的迥異也對(duì)城市熱島的形成有著促進(jìn)或阻礙作用。在城市熱溫場(chǎng)和下?lián)疵骖?lèi)型的關(guān)系研究中，城市熱溫場(chǎng)與植被覆蓋度呈較強(qiáng)或中等程度的負(fù)相

8、關(guān)關(guān)系，與建筑密度呈中等程度的正相關(guān)關(guān)系。此外，人為熱對(duì)熱島效應(yīng)也具有重要的影響。通過(guò)主成分分析，提取累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到89.364％的前2個(gè)主成分，研究區(qū)特高溫城鄉(xiāng)建設(shè)用地即強(qiáng)熱島區(qū)域面積變化的驅(qū)動(dòng)因素可以歸納為人為熱、以工業(yè)為主的經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素和城市綠化因素。最后，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的CA模型來(lái)簡(jiǎn)化模擬和預(yù)測(cè)復(fù)雜的城市熱島空間變化過(guò)程。預(yù)測(cè)2010年溫度景觀(guān)分布的結(jié)果顯示：2010年各類(lèi)城鄉(xiāng)建設(shè)用地溫度景觀(guān)具有一定增幅，并向周?chē)邷芈愕赜?/p>