城市化进程中海岸带城市景观格局演变与热岛效应互动机制

Over the past several decades, the global process of urbanization has progressed dramatically rapid, thus gave rise to many problems for the urban environment and climate, e.g., a phenomenon known as urban heat island (UHI).It is an urgent issue to mitigate the UHI for the sustainable urban and low-carbon urban development strategy in the context of the urbanization. Eight Landsat TM /ETM + images, acquired from 1987-2017, are used to construct landuse database for Xiamen City，in southeastern China as an example, based on the 3S technology and a new decision tree model whici is integrated multi-spectral features with geographic features. The evolution of the urban landscape pattern of Xiamen over its rapid urbanization period is studied through the analyses of landscape transfer matrix, landscape indexes, and fractal method. Based on the Geogdetector model, the driving force of urban heat island is analyzed using a number of indicies including SAVI, NDVI, MNDWI,wind, impervious surface, population and energy consumption. And then, the statistic model between UHI and dominant indicies, and UHI pattern model based on CA (Cellular Automata ) are developed to predict the UHI pattern change in different scenarios. The research contributes to a bettern understanding of urban landscape patternand and UHI mechanisms. It has important theoretical significance application value to mitigate UHI effects and reduce carbon emissions.

高速城市化导致的城市热岛效应问题，已成为我国城市可持续发展面临的重大挑战，如何减缓城市热岛效应是当前城市化背景下实施可持续城市和低碳城市发展战略的迫切需要。本项目拟以海岸带城市--厦门作为典型研究区，基于3S技术构建基于多特征决策树土地利用遥感分类模型，对研究区30多年来多期的遥感影像自动分类，建立土地利用景观数据库，用景观格局指标和分形方法揭示城市景观格局演变规律，通过地理探测器方法阐明城市各种自然要素（植被，水体和风）与非自然要素（土地利用景观指数，城市不透水面，人口和能耗密度）对城市热岛的驱动机制，构建基于城市热岛与驱动因子的统计模型,开发城市热岛空间格局模拟的元胞自动机模型（CA），进而模拟预测研究区未来城市热岛空间格局。项目有助于深入认识城市景观格局与城市热岛效应的相互作用机制，对有效缓解热岛效应及减少碳排放提供理论依据。

快速城市化导致的城市热岛问题日益严重，探明城市土地利用变化对城市热岛驱动机制，寻求减缓城市热岛效应的途径显得迫切需要。项目以长时间序列Landsat卫星数据、森林清查数据、地形、人口数据等为基础，建立多特征决策树FBA-DTC的遥感分类模型，提取城市土地利用信息；利用景观格局指标和分形方法分析城市景观格局演变规律；利用地理探测器和流体力学数值模拟等方法，从城市公园、水体、城市森林、城中村与居住区对比、不透水面、冬季和夏季热岛格局对比等多种角度分析城市热岛的影响机制，并利用人工蜂群算法和地理元胞自动机模型模拟城市热岛变化。研究结果表明： FBA-DTC方法是一种有价值的新分类方法，明显提高了自动分类精度，解决建设用地与滩涂湿地混淆、建设用地与休耕地混淆、裸地和白色建筑屋顶混淆等问题；快速城市化发展导致城市土地利用景观发生剧烈变化，近郊城市形态由不稳定形态逐步向稳定形态演化；远郊形态格局尚处于以中心城市扩展为主体的时期，城市形态处于不稳定和不规则的状态。厦门市填海面积增加明显，导致海岸线分维数不断减小，岸线复杂度降低；夏季热力区斑块和非热力区斑块之间的相互转化总面积基本持平，冬季以非热力区斑块向热力区转化的面积为主，且非热力区向热力区转化面积呈现增加的趋势；近地面0-10 m，建筑区空气温度主要受下垫面影响，风速起次要影响；距离地10-30 m，建筑立面成为影响风速的主要因素，随着高度的升高，风速增大，温度降低；城市森林地表温度的主要影响因素是森林树种和海拔，人类活动与特定生态因素之间的相互作用线性或非线性地增加城市森林的地表温度，巨桉、柳杉以及枫香三种树种的降温效果最明显；城市地表温度LST与不透水面盖度呈指数或线性正相关，在城市化的前期，呈现指数型增长趋势，后期可能呈现线性趋势；高不透水面区温度的增长速度远超过低不透水面区；城市水体冷岛效应的影响程度（包括降温幅度、幅宽和冷岛效应强度）与城市水体的面积、形状、位置及其周边环境密切相关；合理规划城市水体的布局，可以改善局部人居热生态环境；公园绿地面积、建筑用地面积和公园形状指数与公园冷岛效应PCI显著相关，合理的公园规划需要综合考虑公园大小、类型、空间内部配置和公园边界形状因素。项目主要成果包括，年度报告3份，结题报告1份，发表论文13篇（其中SCI检索9篇，EI会议检索1篇），申请发明专利2项，授权软件著作权2项。