干旱區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、城市生態學、城市環境學、城市氣候學的理論和方法為指導，借助于現代3S技術和數學方法，進行了干旱區城市熱島效應的系統、定量研究。結合研究區MODIS、TM/ETM+多源遙感影像和氣象數據，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據集，以此為主要數據源，從宏觀和微觀不同空間尺度分析了研究區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、年等不同時間尺度上的分布特征，并基

2、于景觀的溫場分區進行了研究區熱島效應多年變化研究，系統揭示以烏魯木齊為代表的干旱區城市熱島效應時空分布與變化特征；在此基礎上，從氣候背景、城市下摯面、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系，最后嘗試利用數學模型對未來5年城市熱島效應發展趨勢盯展模擬和預測，并結合研究結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，高溫區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、城市綠地與農田等對應的溫度較低，根據對不同方向溫度剖面線的分維數計算，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“城市冷島”的現象；烏魯木齊城市熱島現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在夏季夜晚，市區與近郊區的溫度差異在4-6℃，與遠郊區的差異在8-10℃；從20

4、世紀80年代至今，研究區的熱島效應表征更為顯著?！ぁぴ诨貧w樹景觀分類的基礎上，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建設用地、高溫城鄉建設用地、特高溫城鄉建設用地、高溫裸地、低溫綠地和低溫水體共6類溫度景觀類型。通過構建溫度景觀轉移矩陣、圖譜以及溫度景觀評價體系，發現隨著城市化進程的發展，城市內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在高溫區中間，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。城市內部的各類溫度景觀持續增加，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由1.．0395持續增加至1.2834r，破碲度指數由0.1092先增至0.1834，后減到0.1616，聚

6、集度指數也由58.9862持續降至48.9043，反映了溫度景觀的異質性和破碎化程度在增加，斑塊呈現密集格局。在城區內部，各類城鄉建設用地溫度景觀在1987年至1999年呈現高度破碎，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，趨于穩定趨勢。在時空分布、變化研究的基礎上，從城市的氣候背景、城市下摯面特征、人為熱等角度探究熱島效應與其影響因素的互動關系表明，一方面市區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氣象站之最，達到0.537℃/10a、相對濕度變化傾向率與地區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。在城市熱溫場和下摯面類型的關系研究中，城市熱溫場與植被覆蓋度呈較強或中等程度的負相

8、關關系，與建筑密度呈中等程度的正相關關系。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，研究區特高溫城鄉建設用地即強熱島區域面積變化的驅動因素可以歸納為人為熱、以工業為主的經濟發展因素和城市綠化因素。最后，提出了基于神經網絡的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果顯示：2010年各類城鄉建設用地溫度景觀具有一定增幅，并向周圍高溫裸地有