快速城市化区域水体景观格局变化及其冷岛效应研究

With rapid urbanization regional environment getting worse, which lead to the loss of natural landscapes, the imbalance of urban ecology and environment, the deterioration of human settlements. Urban Heat Island (UHI) is the important manifestation of urban deteriorations as rapid urbanization. As UHI problems receive much concern, the distribution, Temporal and spatial variation, measurements and ecological effects of Urban Cool Island (UCI) are the scientific issues to be resolved. In this study, we take Guangzhou Tianhe district as the study area, use high-resolution remote sensing images and field data, study the chages of urban waterbodies and UCI in last two decades. The objectives of the study are to: (1) quantitative characterize the features of urban cold environment changes; (2) quantify Water Cool Island Intensity (WCII) and Water Cool Island Efficiency (WCIE) using landsat data; (3) verify the relationship between urban waterbodies and urban cool environment; and (4) clarify the impacts to waterbody UCI from landscape characteristics and physical characteristics.This study can help to improve urban thermal environment, and to construct urban human settlements in ecological ways.

快速城市化是导致区域自然景观流失、生态环境失调、人居环境恶化等环境问题的主要驱动力，热岛效应便是城市健康恶化的重要体现。相对于备受关注的热岛问题而言，城市冷岛的分布、时空变化、度量指标及其生态效应，一直是有待解决的科学问题。本项目以快速城市化的广州市天河区为例，以分布相对广泛，并具有冷岛作用的水体景观为研究对象，利用高分辨率遥感影像数据和现场观测数据，获取水体景观信息及其冷岛量化指标，研究近20年来城市水体景观格局变化及其冷岛效应，探索不同水体景观格局下的冷岛强度和冷岛效率。本研究对于改善城市热环境，建设生态宜居城市具有重要的现实意义。

以1995、2000、2005、2009、2013年Landsat和SPOT遥感影像提取广州市天河区的闭合城市水体，获取其空间信息特征和景观指数。发现近20年快速城市化过程中，水体的数量、面积及其占研究区总面积比例均减少，数量和面积减少率分别为50.56%和69.20%。以水体面积、数量和景观指数为指标，发现水体格局呈破碎化变化，单个面积大的水体的总面积在减少，单个面积小的水体的总量在减少。将天河区以两种方式划分为南北和方格梯度样带区，分别统计各梯度样带区的景观指数变化，发现水体呈离散、破碎分布，其变化剧烈程度自西南向东北递减。水体变化剧烈及形状规整样带区为受城市化驱动影响较强区域，水体景观格局受城市地形、城市道路、人口及经济增长、城市建设的影响。.城市化驱动下城市中以不透水面为主的建设用地热力景观增多，大量侵占水体、植被等冷岛景观，加剧城市热岛效应。因此以2000、2005、2009、2013年Landsat遥感影像反演天河区地表温度，获取其热岛和冷岛强度的空间分布，叠加城市建筑密度、土地利用、水体景观空间分布。发现冷岛多分布在建筑低密度区，热岛多分布在建筑中-高密度区；水体与城市冷岛分布具空间格局高度一致性，且集中于冷岛强度为-3 ~ 0℃的区间。提取具冷岛效应的水体景观的冷岛强度、辐射距离、辐射范围，发现各期水体冷岛强度在-1.5 ~ -3.0℃左右，冷岛辐射距离在100~150 m左右，辐射范围在13~20 hm2左右；各期冷岛强度弱的水体均位于天河区中部和南部高程较低、地势较平坦、周边建设用地较多、距离主干道较近地区，这些地区也是城市化程度较高、热岛效应较强区域。面积越大、周长越长、形状趋于圆形的水体，其冷岛强度越强，所辐射距离和范围也越大。.以大学校园和城中村的典型水体为研究样区布点，使用气温-湿度监测仪进行7天连续记录，并以此为ENVI-met模拟的基础数据。发现城市水体具冷岛效应；城市化程度较低、建筑密度较小的区域，水体气温值最低；在城市化程度较高、建筑密度较大的区域，受汽车、空调等人类活动热源的干扰，水体或靠近水体区域不一定出现最低气温值，但比同一位置的其他下垫面气温值低。水体面积、周长及形状特征只是影响冷岛强度的其中原因，水温、水体体积、风场特性、土地利用类型组成等其它水体特征或环境特征因素影响水体冷岛强度。