城市绿色空间演化及其冷岛强度遥感分析

摘要

城市不断扩张的同时，也伴随着其下垫面性质由自然地表向不透水地表不断转变的趋势，由此所产生的最主要的生态环境问题之一就是城市热岛效应的加剧，而城市中的绿色空间则在改善城市热环境中发挥着积极作用。因此深入研究城市绿色空间的空间布局与热环境之间的耦合关系，将对合理规划和布局城市绿色空间进而改善城市热环境具有重要的意义。因此，本文选择我国北方特大城市—天津作为实证研究对象，基于遥感和地理信息系统软件平台及相关统计分析等数学方法，从城市绿色空间布局与演化特征入手，在分析城市冷岛格局演化特征的基础上，重点探讨了绿色空间与冷岛强度的耦合关系，进而构建天津城市环境气候图，并针对绿色空间规划布局等提出相应的建议与对策。
　　首先，论文对天津城市绿色空间及其景观格局演化特征进行了分析，通过对1992、1999、2006和2013年四个时段的遥感影像进行解译、动态分析和统计发现：近二十余年来天津市主城区绿色空间的总面积下降较为明显，其中农田面积降幅最大，多以向绿地和建设用地类型转变为主，共计缩减近20km2。绿色空间变化速率在2006年后开始迅速增加。景观斑块数量上呈逐年递增趋势，其中以1999-2006年增速最快。边缘城区的斑块密度在1999年后快速增加，绿色空间斑块的形状越来越复杂且呈现出不规则的趋势，2006年以后聚合度指数出现大幅下降趋势，景观破碎化现象加剧。
　　其次，城市绿色空间与冷岛强度的耦合关系分析，同时也是本研究的主要目标和重点内容。分别从景观格局特征、植被覆盖度和形态特征等视角进行了研究：景观格局角度来看，三种绿色空间类型所产生冷岛强度的能力主要受其临近斑块数量的影响较大，绿色空间类型及所处区位对地表温度变化具有显著影响。绿色空间类型空间分布越集中，则冷岛强度越显著，聚集度每增加10％可降温0.33℃。最大斑块指数与地表平均温度存在显著负相关，每增加10%可降温0.34℃。破碎度指数每增加10%，则地表温度平均增加0.72℃；植被覆盖角度来看，植被覆盖度相关指标均与冷岛强度呈较为显著的线性正相关，植被覆盖度每提升10%，则可降温约0.33℃；从形态来看，通过分析七种不同形态的绿色空间冷岛强度特征，进而总结冷岛强度强度较为理想和不太理想的绿色空间分布特征，并构建了各形态类型的冷岛影响模型；公园景观的冷岛强度特征上，面积及植被覆盖度是影响公园地表温度的最重要的影响因子，另外公园内水体比例也在很大程度上影响着地表温度，水体比例高于30%且植被覆盖度高于10的公园降温强度较显著。
　　再次，关于城市冷岛格局演化特征的分析，本文分别从年际演化、季节演化、冷岛剖面和影响因素等四个方面进行了深入探讨。年际演化方面，次高温斑块对整个研究区的地表温度演化起主导作用，其最大斑块指数自2006年以后出现分割化趋势。高等级温度斑块的平均面积不断扩大，蔓延度指数和破碎度指数在2006-2013年开始大幅增加。各类型的温度斑块在空间上呈渐趋均匀分布的趋势，2006年以后城市的冷岛强度开始小幅增加；季节演化方面，进入冬季后斑块面积快速增加，春季到夏季斑块数量上由较低温斑块向较高温斑块转移，夏季到秋季，中温及以上斑块向较低温斑块转移，春季到夏季，中温斑块的最大斑块指数下降最严重，进入冬季低温斑块指数开始增加。地表温度斑块在夏季蔓延度最大。冬季的城市冷岛强度最高；冷岛剖面特征方面，研究区地温在变化上呈峰值与谷值交相出现，公园绿地的温度不如水体高，但其降温距离相对较远，各种不同类型的公园绿地降温效果均不同；影响冷岛格局的影响因素上，主要包括植被覆盖度大小、下垫面类型特征、城市规划布局与调整等。此外，风速、云量和相对湿度等自然因素及建成区面积、街道走向、人口密度等人为因素均在一定程度上影响城市冷岛格局分布。
　　最后，基于城市绿色空间及冷热岛分布特征进行绿色空间规划。通过建立天津城市环境气候图，进而划分5个城市环境气候规划分区，具体从宏观和中观层面针对每个规划分区制定相应的分区规划建议。同时明确天津市主城区内热负荷分布状况及城市气候敏感区域，并基于此提出相关缓解与优化措施。最后结合主城区的绿色空间分布规划出城市降温通道，同时分别针对主城区和中心城区的绿色空间提出规划引导。
　　本论文在理论研究层面上构建了基于城市尺度的绿色空间演化及其冷岛强度分析的“多视角、多方法”的综合定量研究方法，在实证应用方面，通过对天津城市绿色空间的结构布局、演化特征、冷岛强度及规划建议的深入探讨，可为天津城市绿色空间规划和人居环境建设提供技术支持，同时也为同类研究和规划实践提供案例借鉴。

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第一章 绪论

1.1问题的提出

1.2相关概念界定

1.3研究目的与意义

1.4研究内容和技术路线

1.5研究区概况与研究方法

第二章 研究综述与理论基础

2.1城市绿色空间研究进展

2.2城市冷岛/热岛效应研究综述

2.3相关理论基础

第三章 城市绿色空间分布格局演化

3.1 绿色空间信息提取

3.2 绿色空间覆盖格局演化

3.3 绿色空间景观格局演化

3.4 本章小结

第四章 城市绿色空间与地表热环境的耦合关系

4.1景观格局特征与地表热环境的耦合关系

4.2植被覆盖与地表热环境的耦合关系

4.3绿色空间形态与地表热环境的耦合关系

4.4典型绿色空间类型——公园景观与地表热环境的耦合关系4.4.1公园的冷岛强度技术流程

4.5 本章小结

第五章 城市冷岛演化特征及影响因素

5.1冷岛年际演化特征

5.2冷岛季节演化特征

5.3 城市冷岛剖面分析

5.4 冷岛变化的影响因素分析

5.5 本章小结

第六章 基于冷岛特征的城市绿色空间规划策略

6.1 建立基本要素分布图集

6.2建立城市环境气候分析图

6.3城市环境气候分区及规划建议

6.4 城市绿色空间规划引导

6.5 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 主要结论

7.2 研究创新点

7.3 不足与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢