武汉市城市森林空间布局与热岛效应关系研究

摘要

工业化的高速发展和城市化进程的加快,使城市热岛效应问题越来越突出。城市森林作为城市生态系统的重要组成部分,在缓解城市热岛效应方面发挥着积极的作用。研究城市森林空间布局与热岛效应的关系,对于改善热岛效应和城市森林建设有重要的意义。本研究应用遥感和地理信息系统技术在对武汉市2007年4月城市地表辐射温度进行反演和土地利用类型分类的基础上,分别从植被覆盖度、城市森林斑块特征、城市森林空间格局三个方面来表征城市森林空间分布,探讨城市森林空间布局与热岛效应的关系。主要研究结果如下:
　　 1、主城区城市森林的斑块密度、平均斑块面积、最大斑块指数、平均斑块分维数、整体性指数都小于郊区,而城市森林的分离指数大于郊区,其中主城区和郊区的斑块密度、平均斑块面积和最大斑块形状指数相差很大。
　　 2、武汉市主城区高温区域主要是在高新技术开发区、堤角工业区、易家墩工业区、武钢工业港等工业区；郊区西南部的高温区在汉南区的城镇区域,西北部的高温区位于蔡甸。主城区的低温区域主要是水体和城市森林,其中水体包括长江、汉江、东湖、南湖等湖泊,城市森林包括江滩公园、东湖风景区、解放公园等一些大型公园。郊区的低温区域主要分布在梁子湖、武湖水体和黄陂区木兰山大型山体内。
　　 3、修改型土壤调整植被指数(MSAVI)和地表辐射温度(LST)具有相反的空间分布,且MSAVI郊区要明显高于主城区,而LST主城区要远远高于郊区,且植被越丰富的地方,二者差异越大。
　　 主城区的植被降温作用存在一个高效应区间,MSAVI在小于0.2,大于0.5范围内,随着植被覆盖度的增加,地面局部降温效果显着增强,且当MSAVI在0-0.2时,降温效果更明显；当MSAVI在0.2-0.5之间,增加局部植被覆盖度对提高降温效果作用较小。且在主城区,当局部温度在27℃-37℃,MSAVI在0.2以下的城市森林就可以对局部起到显着的降温作用,当局部温度在25℃-27℃时,MSAVI在0.2-0.5之间的城市森林对局部温度影响不大,当局部温度低于25℃时,增加局部植被覆盖度对提高降温效果作用较小。
　　 对于郊区而言,当MSAVI小于0.2时,对局部的降温效果不明显,当MSAVI大于0.2时,继续增加单位植被覆盖量,局部降温效果显着；但当MSAVI增大到0.8时,再继续增加植被覆盖度,对局部的温度影响不大。当LST在27-28℃之间时,0.2以下的植被覆盖度对局部温度的影响不大；当LST在22-26℃之间时,0.2以上的植被覆盖度会对局部温度起到一定的降温作用；当LST小于22℃时,继续增大植被覆盖度对局部起不到明显的降温效果。
　　 4、无论是武汉市主城区还是郊区,森林斑块的面积对森林斑块内部的降温效果没有太大影响,森林斑块形状和斑块内部平均MSAVI会对森林斑块内部降温率有一定影响,且斑块内部平均MSAVI对斑块内部热环境效应影响程度大于斑块形状指数对斑块内部热岛效应的影响；同时,森林斑块形状指数越大,即越接近圆形,森林斑块对其内部的降温作用越好。但在主城区森林斑块内部平均MSAVI越大,即单位植被覆盖度越大,森林斑块内部降温效果越显着。
　　 5、城市森林对周围建设用地降温率与到森林的距离、到最近水体的距离、点所在建设用地的面积之间显着相关,与森林面积、最近水体的面积之间不显着相关。点所在建设用地面积越小、离森林或水体越近,森林对点的降温效果越明显；森林面积、水体面积越大,森林对点的降温效果越明显。
　　 在主城区,建设用地局部200m2范围内,当城市森林总面积小于20000m2时,随着森林总面积的增大,降温作用会越来越好；当城市森林总面积在20000m2-50000m2时,森林总面积的增多对降温率几乎没有影响；当总面积增至50000 m2后,继续增大城市森林面积,能够有效地缓解森林周围建设用地的热岛效应。郊区总体上随着森林斑块总面积的增加,周围建设用地的降温率曲线呈上升趋势。当点周围的森林斑块总面积500m2以内时,降温率随森林总面积的增加有较显着的增长趋势,当森林斑块总面积大于50000m2后,降温率曲线随森林总面积增长的上升的缓慢。
　　 6、平均地表辐射温度LST-MN和斑块所占景观面积比例(PLAND)、平均斑块面积(AREA-MN)、凝聚度(COHESION)、面积加权平均分维数(FRAC-AM)、负相关,和分离指数(DWISION)正相关。对比各相关性系数绝对值,主城区平均斑块面积>分离指数>斑块所占景观面积比例>凝聚度>面积加权平均分维数,郊区斑块所占景观面积比例>分离指数>凝聚度>平均斑块面积>面积加权平均分维数。
　　 本研究可以为景观布局的优化及城市森林建设提供一定的理论依据及实践指导依据,对于城市人居环境可持续发展具有重要意义。