干旱區(qū)城市熱島效應定量研究——以烏魯木齊為例.pdf

1、本研究以城市地理學、城市生態(tài)學、城市環(huán)境學、城市氣候?qū)W的理論和方法為指導，借助于現(xiàn)代3S技術(shù)和數(shù)學方法，進行了干旱區(qū)城市熱島效應的系統(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，從宏觀和微觀不同空間尺度分析了研究區(qū)典型城市溫場的空間格局特征，比較城市熱島效應在晝夜、季節(jié)、年等不同時間尺度上的分布特征，并基

2、于景觀的溫場分區(qū)進行了研究區(qū)熱島效應多年變化研究，系統(tǒng)揭示以烏魯木齊為代表的干旱區(qū)城市熱島效應時空分布與變化特征；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與其影響因子的互動關(guān)系，最后嘗試利用數(shù)學模型對未來5年城市熱島效應發(fā)展趨勢盯展模擬和預測，并結(jié)合研究結(jié)論與城市特點提出緩解城市熱島效應的建議和思考。 研究表明，烏魯木齊存在著顯著的城市熱島效應。其空間分布特征表明，熱島效應的分布與其下墊面地表類型和功能

3、密切相關(guān)，高溫區(qū)在空間上的分布與城市建筑、交通運輸干道等基本一致，而水面、城市綠地與農(nóng)田等對應的溫度較低，根據(jù)對不同方向溫度剖面線的分維數(shù)計算，烏魯木齊溫場在不同方向上復雜程度的順序為南>北>西>東；其時間分布特征顯示，城市熱島效應在日間并不明顯，相反有時會出現(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℃，與遠郊區(qū)的差異在8-10℃；從20

4、世紀80年代至今，研究區(qū)的熱島效應表征更為顯著?！ぁぴ诨貧w樹景觀分類的基礎(chǔ)上，基于城市的景觀變化對烏魯木齊城市熱島效應1987-1999-2005年變化進行了研究。將景觀分類與溫場空間分布疊加，初步劃分較高溫城鄉(xiāng)建設用地、高溫城鄉(xiāng)建設用地、特高溫城鄉(xiāng)建設用地、高溫裸地、低溫綠地和低溫水體共6類溫度景觀類型。通過構(gòu)建溫度景觀轉(zhuǎn)移矩陣、圖譜以及溫度景觀評價體系，發(fā)現(xiàn)隨著城市化進程的發(fā)展，城市內(nèi)高溫建設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)部的各類溫度景觀持續(xù)增加，主要以周圍的高溫裸地為主要擴展源，城市熱島效應的范圍有不斷擴大的趨勢。溫度景觀多樣性指數(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，各類城鄉(xiāng)建設用地溫度景觀在1987年至1999年呈現(xiàn)高度破碎，到2005年部分碎片聚合，特高溫建設用地在此過程中變化尤為顯著，熱中心由熱碎片形成了熱團塊，趨于穩(wěn)定趨勢。在時空分布、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與其影響因素的互動關(guān)系表明，一方面市區(qū)熱島效應的存在影響著氣象

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，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，達到0.537℃/10a、相對濕度變化傾向率與地區(qū)增濕大背景趨勢相反，為-0.158％/10a，降水量也有較大增幅，變化傾向率達到27.916mm/10a；另一方面，氣象要素例如地面風場的時空分布特征的迥異也對城市熱島的形成有著促進或阻礙作用。在城市熱溫場和下?lián)疵骖愋偷年P(guān)系研究中，城市熱溫場與植被覆蓋度呈較強或中等程度的負相

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，人為熱對熱島效應也具有重要的影響。通過主成分分析，提取累計貢獻率達到89.364％的前2個主成分，研究區(qū)特高溫城鄉(xiāng)建設用地即強熱島區(qū)域面積變化的驅(qū)動因素可以歸納為人為熱、以工業(yè)為主的經(jīng)濟發(fā)展因素和城市綠化因素。最后，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡的CA模型來簡化模擬和預測復雜的城市熱島空間變化過程。預測2010年溫度景觀分布的結(jié)果顯示：2010年各類城鄉(xiāng)建設用地溫度景觀具有一定增幅，并向周圍高溫裸地有