山地城市景观格局空间异质性与热环境效应的多尺度响应特征分析及数值模拟——以拉萨、重庆和兰州市为例

Taking Lhasa, Chongqing and Lanzhou as the research areas, interaction relationship of landscape pattern and thermal environment in these cites are the research object, under the condition of multiple scales.(1) In this project, long-term scale and high spatial resolution remote sensing images, thematic maps are the underlying data. From them very important spatial information can be derived, such as landscape pattern TuPu, ecological environment parameters TuPu, surface temperature TuPu. Combining the historical meteorological data and land-ground measurement data in micro-meteorological observations, establishing thermal environment Geo-information TuPu.(2)Using two-dimensional wavelet decomposition and object-oriented multi-scale segmentation as effective tools to carry out particle scaling.(3) Extracting 5 kinds of parameters to verify the effect on the scale of landscape, explore intrinsic scale with the help of field survey data. (4) Analysising the couplings and relationships between the urban landscape pattern and urban heat island in multi-temporal and multi-spatial scales, especially for important landscape types.(5) Comparing research results derived from 3 studies on 3 cities, and checking the reasons, finding inherent law between the urban landscape pattern and urban heat island in multi-temporal and multi-spatial scales. Based upon results, insights for future Lhasa，Chongqing and Lanzhou urban planning and design are provided, which are beneficial to the urban ecological environment construction and urban sustainable development, as well as for other mountainous cities in China.

以拉萨、重庆和兰州市为例，集成遥感与GIS技术，在多尺度框架下分析城市景观格局演变与热环境效应之间的相互作用关系。(1) 以长时间尺度、高空间分辨率遥感图像和专题图件资料作为基础数据源，获取城市景观格局时空演变信息图谱、生态环境参数时空演变信息图谱、反演城市地表温度信息，结合气象台站的历史观测资料和局部尺度的地表实测数据，构建城市热环境综合信息图谱。(2)采用二维小波分解和面向对象分割的方法实现粒度上推。(3) 从热环境综合信息图谱和景观格局指数集中提取5类指标，定量描述它们的粒度效应和幅度效应，并结合实地调查资料探寻景观系统的本征尺度域。(4) 分析景观格局与城市热环境效应之间的相互作用关系；分析重要城市景观类型的热环境效应。(5) 对比三座城市的研究结果，分析山地城市热环境演变的内在规律，提出改善城市热环境质量的具体措施。研究结果将为山地城市规划和布局、生态环境建设提供理论和实践依据。

以拉萨、重庆和兰州1995 /2002 /2009 /2017年的Landsat系列卫星遥感图像及专题图件为基础数据源，准确制作景观格局演变信息图谱和地表温度演变图谱，藉此提取景观指数集，定量描述土地利用格局、景观格局的时空演变动态，粒度上推效应，热环境动态特征；分析城市景观格局演变与城热环境效应之间的相互作用关系，提出改善城市热环境质量的具体措施。主要研究成果包括(1)解决遥感图像处理关键难点：设计图像融合、面向对象分割、各景观专题信息分层分级提取方法。藉此准确生成景观格局演变信息图谱。(2)定量描述土地利用格局时空转移动态：依据每个城区1995年—2017年的景观类型图，统计研究时段内各个景观类型的面积数量和占比，制作景观类型转移矩阵和景观结构转换图谱，从面积数量变化、速度变化和类型变化3个方面分析土地利用格局时空转移特征。(3)定量描述景观格局时空演变动态：以4期景观类型图为底图，从斑块类型水平和景观总体水平上分别提取 6种景观格局指数，描述22年间景观动态变化特征并讨论产生原因。特别观察分析不透水面景观的空间扩展对城市自然景观的侵蚀和空间阻隔过程。(4)分析景观格局粒度效应：设置6个空间粒度8m、16m、24m、32m、40m、48m，从斑块类型水平和景观总体水平上描述各个景观格局指数随空间粒度上推的响应特征，并分析产生原因。(5) 以4期Landsat5-TM6和Landsat 8 -TIRS10热红外图像作为基础数据源，采用单窗算法反演地表温度，制作地表温度演变图谱；定量描述5个温度等级区时空转移动态，并分析变化原因；在景观总体水平上对比分析6种景观格局指数的时空动态，讨论二十多年来随城市景观格局演变的热环境效应规律及成因。(6)分析城市热环境效应形成的综合作用机制，提出优化生态景观格局，扩建连通湿地公园斑块、带状河流廊道，让各类生态景观组分最大程度的发挥服务功能、延伸边缘效应的若干措施，力图改善城市生态系统功能，降低热环境效应。