芜湖市热岛效应演变及其对植被生态环境质量的响应研究

论文摘要

随着城市化进程的加快,城市热岛效应日趋严重,其带来高温灾害、大气状况恶化等一系列负面效应,对人类的生产、生活产生了深远的影响。如何定量化分析城市热岛的演变规律及影响机制是缓解城市热岛效应的基础和前提,一直以来为重要的研究课题。作为重要的沿江对外开放城市,芜湖市自上世纪90年代以来,人口迅速增长、城市建设用地显著扩张,城市化和工业化现象尤为明显。研究芜湖市城市热岛效应演变规律及其对植被生态环境质量的响应关系,一方面可以为芜湖市的城市合理规划、产业布局及城市植被生境状况的改善提供科学的依据,另一方面为其他城市的热岛相关研究提供借鉴。为定量描述城市热岛的演变规律,本文基于TM影像、气象数据和GIS空间分析手段,反演芜湖市的地表温度,综合采用多种量化方法对芜湖市的热岛效应变化进行了系统的分析。同时,针对植被生态环境问题,从气候背景、土地覆盖、地形地貌3个方面选取评价因子,建立栅格尺度的生态环境评价模型,探讨了不同植被生态环境质量区、降温性植被生态环境质量区景观格局、植被生态环境质量指数与地表温度之间的量化关系。研究结果表明:(1)芜湖市存在明显的城市热岛效应,主要分布在中心城区、各辖区中心等人口密度大、工业区集聚的地方。随着城市的扩展,热岛区分布变广,从1995年的171.29km2增加到2007年的182.81 km2,冷岛区面积缩小,从1995年的172.78 km2减少到2007年的152.7 km2。同时,热岛强度增强,由1995年的0.5188增至2007年的0.6626,年均增长率达2.06%。(2)热岛等级变化显著,尤以强热岛变化速率最大,其中鸠江区和弋江区内强热岛的年变化率高达6.46%和7.77%。不同辖区分布范围内,热岛等级动态度存在明显的差异,弋江区和三山区要高于区域整体的变化速率,镜湖区和鸠江区要低于区域整体的变化速率。各热岛等级区之间转化的整体趋势为较低热岛等级向较高热岛等级的转化。(3)区域尺度上,芜湖市热力景观破碎化程度有降低的趋势,优势热力景观的控制力在增强,空间分布上趋向于集聚化。热岛等级尺度上,各热岛等级区景观格局呈现出多向性与差异性,其中强热岛的优势地位提升、破碎化度程降低、稳定性提高,城市热环境一定程度上还有继续恶化的可能。(4)植被生态环境状况越优,地表温度越低。1995~2007年,植被生态环境Ⅴ类区对热环境的影响愈发突出且区内地表温度趋向于均一化,而其余4个植被生态类型区内地表温度有下降的趋势。(5)1995年和2007年各热岛等级区具有相对一致的植被生态环境质量构成,整体为相对高温区内主要分布有植被生态环境劣质区,相对低温区内主要分布有植被生态环境优质区。1995年至2007年各热岛等级区植被生态环境质量构成的变化也具有一定的规律可循,相对高温区中比例上升的为植被生态环境质量劣质区,相对低温区为中质区,而中温区为优质区。(6)Ⅰ~Ⅲ类区具有消减的热环境效应,为降温性植被生态环境质量区,Ⅳ、Ⅴ类区具有增强的热环境效应,为升温性植被生态环境质量区。各类植被生态环境质量区的热环境效应,均具有进一步加强的趋势。降温性生态环境质量区面积比例、多样性指数与地表温度之间呈显著的负相关关系,而集聚度指数则与地表温度之间呈显著的正相关关系。(7)整体上,地表温度与植被生态环境质量指数之间呈明显的负相关作用,1995年至2007年,两者线性相关的显著性程度提高,植被生态环境质量对地表温度的调节作用增强。地表温度与植被生态环境质量指数间的关系还具有分段的特点,在高温部分优越的植被生态环境质量起降温作用,而在低温部分起增温作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 城市热岛的遥感监测方法
• 1.2.2 城市热岛的遥感研究领域
• 1.2.3 GIS 和RS 在生态环境质量评价中的应用
• 1.3 研究内容、方法和技术路线
• 第二章 研究区概况及数据预处理
• 2.1 研究区概况
• 2.1.1 研究区范围界定
• 2.1.2 自然地理概况
• 2.1.3 社会经济发展状况
• 2.2 数据源
• 2.2.1 遥感数据
• 2.2.2 气象数据
• 2.2.3 基础地理数据
• 2.3 大气校正
• 2.3.1 模型基本参数的确定
• 2.3.2 辐射定标
• 2.3.3 大气程辐射计算
• 2.4 几何校正
• 2.5 影像切割
• 第三章 地表温度反演及植被生态环境质量求算
• 3.1 基于TM 影像的地表温度反演模型
• 3.1.1 辐射传输方程法
• 3.1.2 覃志豪单窗算法
• 3.1.3 普适性单窗算法
• 3.1.4 基于影像的反演法
• 3.2 参数求取与温度反演
• 3.2.1 辐射亮温求算
• 3.2.2 地表比辐射率求算
• 3.2.3 大气参数求算
• 3.2.4 反演精度对比
• 3.3 植被生态环境质量综合评价
• 3.3.1 评价指标体系和数据获取
• 3.3.2 数据标准化
• 3.3.3 评价指标权重求算
• 3.3.4 植被生态环境质量评价模型的建立
• 3.3.5 植被生态环境质量区划分
• 第四章 芜湖市热岛效应演变分析
• 4.1 热岛空间分布格局分析
• 4.2 热岛等级及热岛强度演变规律分析
• 4.2.1 热岛空间范围及热岛强度演变
• 4.2.2 热岛等级区变化动态度分析
• 4.2.3 热岛等级转移矩阵分析
• 4.3 热力景观格局演变分析
• 4.3.1 热力景观评价体系的建立
• 4.3.2 区域尺度上的热力景观变化分析
• 4.3.3 热岛等级尺度上的热力景观变化分析
• 第五章 热岛效应对植被生态环境质量的响应分析
• 5.1 不同植被生态环境质量区地表温度的差异与对比分析
• 5.2 不同植被生态环境质量区的热环境效应分析
• 5.2.1 各热岛等级的植被生态环境质量区构成
• 5.2.2 不同植被生态环境质量区的热环境贡献指数
• 5.3 降温性植被生态环境质量区景观格局对地表温度的影响分析
• 5.4 植被生态环境质量指数与地表温度的定量关系分析
• 5.4.1 逐像元分析
• 5.4.2 区域分析
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附： 本人硕士期间科研成果及获奖情况