基于城市热岛减缓的湖泊湿地景观功能连通性研究

论文摘要

热岛效应给城市带来了很多不利影响,已成为人民生活质量进一步提高和城市进一步发展的制约因素。城市湿地是城市生态系统的重要组成部分,发挥着城市热岛效应缓解、水资源涵养、洪水调蓄等生态服务功能。深入研究湖泊湿地降温效应,对改善城市环境、提高人们生活质量具有重要的意义。本文在武汉市2007年4月的城市热岛分布反演及湖泊湿地周围土地利用类型提取的基础上,研究了武汉市热场分布及湖泊湿地周围各土地类型与城市热岛间的关系,并探讨了湖泊湿地景观功能连通性等级及其热岛缓解效应。主要研究结果如下：1、武汉市城市热岛随着城市化进程和人工热源的增加逐步由主城区向市郊蔓延,黄陂区、东西湖区、蔡甸区、汉南区均形成了新的热岛中心,且强度不亚于主城区。武汉市主城区中热岛分布与建设区域分布一致,在堤角工业区、易家墩工业区和武钢工业区等几个老工业区形成强热岛中心。中小型湖泊被高温包围,城中的湖泊湿地斑块形成孤立的“冷岛”,其中心低温区与周围的高温区形成鲜明反差。在武汉市郊区,东西湖区、蔡甸区、汉南区等城区由于近年来大力发展城市建设导致自然下垫面急剧减少、湿地和植被面积萎缩,黄陂区矿山开采导致地表裸露,均出现强烈的热岛；而湿地面积最多的江夏区和新洲区城区仅有中低温分布。长江水温最低,汉水和市郊大型湖泊差别不大,主城区湖泊温度较高,汉口城区由于湿地面积较武昌城区小而显得水温较高,但所有的湿地斑块温度均低于斑块边缘温度。2、在武汉市湿地、林地、灌草地、农田用地、建设用地和裸地6种土地类型中,建设用地和裸地占据了大部分的高温区域,而湿地和林地几乎占据着所有的低温分布区域。湖泊湿地占市域的面积比和覆盖市域低温区的比例是一致的,小型斑块数量众多但是只占市域面积的28.77%,大型斑块在数量上是中型斑块的两倍,覆盖了一半的低温区域。武汉市主城区中建设用地和裸地占据了大部分高温区,而湿地和植被几乎占据着所有的中低温区,所有湿地中没有热岛分布。主城区主要分布着高密度的建设用地,小型湖泊湿地和绿地斑块数量众多但呈现高度破碎化,大型湖泊湿地斑块仅有东湖。在武汉市郊区环境梯度下,农田用地、湿地、林地占优势,特别是面积大于1km2的湖泊湿地斑块数量是主城区的8倍,大于10km2湖泊湿地的数量比主城区增加了17个,大于20km2的湖泊湿地增加了7个,因此郊区的温度较主城区大幅度降低。3、武汉市湖泊周围降温率与湖泊降温距离或湖泊面积的回归关系均达到极显著水平。湖泊周围降温率与湖泊降温距离间的关系显示,主城区湖泊湿地减缓周边热岛的缓冲距离为500m,郊区湖泊湿地减缓周边热岛的缓冲距离为1000m。湖周降温率与湖泊面积间的关系表明,大于1km2的湖泊随着湖泊面积的增加湖泊周围降温率显著增大,湖泊湿地减缓周边热岛的湖泊面积临界值为1km2。湖泊周边各土地类型与湖周降温率的相关性分析显示：农田用地相关性不显著,林地、灌草地为极显著负相关,建设用地和裸地为极显著正相关。湖泊周边各土地类型缓解热岛效应的贡献率依次是林地>灌草地>农田用地>建设用地>裸地。4、武汉市75个湖泊缓解热岛的功能连通性可分为高连通性区、较高连通性区、低连通性区和不连通区4个等级区域,各等级区域占低温区的面积比例依次是88.3%、7.5%、4.2%和0%,分别覆盖城市热岛高温区15.8%、23.4%、50.6%和10.2%。武汉市75个湖泊的功能连通性呈现岛屿状,湖泊湿地面积比重大、植被分布相对集中的区域容易形成高度功能连通的区域中心,但这些区域被高热区或地形因素分割。湖泊缓解热岛功能的不连通的区域集中分布在黄陂区和新洲区大别山余脉和湖泊湿地范围较少、植被分布不均的地方。5、湖泊缓解热岛的景观功能连通性越高,则热岛面积越小。保护这些湖泊就能保持湖泊湿地缓解热岛的功能。由大型湖泊湿地、植被集中区域形成的高度功能连通的网络格局已经大部分覆盖全市高温区域,能够很好的达到缓解城市热岛的功能,但需在建设密集区域开展屋顶绿化和垂直绿化,并加强道路绿化、保护现有湿地等措施改善下垫面性质,进一步缓解城市热岛。湖泊缓解热岛的景观功能连通度水平较低和不连通的区域基本不存在热岛。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 城市热岛及减缓方法研究
• 1.2.2 城市湖泊湿地景观及热岛缓解功能研究
• 1.2.3 城市景观连通性研究进展
• 1.3 研究内容
• 2 研究地点概况
• 2.1 研究范围
• 2.2 自然地理条件
• 2.3 社会经济条件
• 2.4 武汉市城市热岛概况
• 2.5 武汉市湖泊湿地现状
• 3 技术路线和研究方法
• 3.1 技术路线
• 3.2 数据与资料来源
• 3.3 图像处理及遥感解译
• 3.3.1 武汉市卫星影像图预处理
• 3.3.2 武汉市土地利用类型和湖泊湿地斑块的分类提取
• 3.4 武汉市地温反演和热岛等级分布
• 3.4.1 单窗算法推导公式
• 6'>3.4.2 计算像元温度T₆
• 3.4.3 地表比辐射率的估计
• 6和大气平均作用温度T_a的确定'>3.4.4 大气透过率τ₆和大气平均作用温度T_a的确定
• 3.4.5 利用ERDAS建模流程
• 3.4.6 热岛等级分布
• 3.5 湖泊降温范围及其与其它土地类型的比较
• 3.5.1 湖泊湿地缓解热岛的降温范围
• 3.5.2 湖泊湿地的降温范围和其它土地类型比较
• 3.6 热岛缓解的最小费用距离模型的构建
• 3.6.1 运算法则
• 3.6.2 最小费用距离模型的构建
• 4 结果与分析
• 4.1 武汉市城市热岛分布及湖泊周围土地类型提取
• 4.1.1 武汉市城市热岛分级和评价
• 4.1.2 武汉市土地类型和湖泊湿地现状特征分析
• 4.2 城市湖泊湿地的降温作用以及与其它土地类型的比较
• 4.2.1 影响湖泊周围温度变化的因素的相关性分析
• 4.2.2 湖泊湿地的降温作用
• 4.2.3 各土地类型降温作用的比较
• 4.3 基于最小费用距离模型的城市湖泊景观功能连通性分析
• 4.3.1 各土地类型的阻力系数
• 4.3.2 武汉市湖泊缓解热岛的功能连通性评价
• 4.3.3 基于减缓城市热岛的湖泊连通性理想模式
• 5 结论与讨论
• 5.1 研究结论
• 5.2 讨论与建议
• 参考文献
• 致谢