城市热岛是快速城市化进程中城市气候最显著的特征之一,已经成为二十一世纪城市面临的主要生态环境问题之一。城市的扩张是热岛产生的主要原因,由于植被、水体等覆被逐渐被不透水面所取代,城市下垫面的热辐射性质发生改变,从而影响微气候,产生了热岛效应。从热岛产生的原因出发,增加城市水体、植被等自然覆被有利于城市的降温、增湿、局地环流及气候的形成,缓解热岛效应。目前对热岛效应缓解作用的研究主要围绕植被展开,鲜有关于水体对于热岛效应的具体调控机制的研究报道。广州市的水体资源丰富,且相比于植被,水体不受季节影响,是更为稳定的覆被类型,因此研究水体的热环境效应对改善城市热环境问题具有重要意义。遥感技术为研究城市景观提供了一种全新的技术手段。本文以广州市为研究区域,基于1994年至2014年期间的Landsat遥感影像进行土地利用分类,并进一步利用高分影像数据提取城市水体,划分为水库、湖泊、河流、坑塘等类型水体。通过热红外遥感技术对地表温度进行反演,分析广州市的热岛分布特征和时空变化。然后结合空间分析技术,探讨城市中不同类型的水体的热环境特性及对周边热环境的影响,从而揭示水体对热岛效应的具体调控机制。主要的研究结果如下:(1)1994年至2014年间,随着城市化进程的推进,广州市的土地覆被情况发生巨大变化。城市扩张迅速,建成区面积共增加1191.4km2,年均增长率为6.5%。裸地面积急剧萎缩,共减少了288.8km2。植被的面积减少了892km2,年均减少率为8%。水体的面积整体并未发生明显变化。水体类型中,坑塘的面积共增加32km2,年均增长率为1.6%,其增加主要发生在南沙、番禺和花都等区。河流的面积呈减少趋势,共减少了52km2,主要是由于堤岸的建造及南沙区域的填海造田导致城市陆表的延伸。湖泊面积的整体变化不明显。(2)广州市的热岛效应随着城市化进程加深愈加明显。1994至2014年间热岛区面积增加1.06倍,共为1831.8km2,约占广州市面积的32%,年均增长5.3%。1994年的热岛比例指数为13.3%,2005年增加至39.7%,2014年为40.9%。热岛分布区的扩张与建成区的扩张趋势基本一致,主要分布在中心片区,以越秀、荔湾、海珠、黄埔区为中心点,由南向北,由西向东扩张。白云区西北部、增城区南部、花都区南部、从化区西南部、番禺区、南沙区等区域热岛区的增加最为显著。(3)热岛效应对不同的土地覆被类型响应不同,增加植被、水体的比例会显著降低热岛强度,增加裸地、建成区的比例会显著提高热岛强度。热岛效应对土地覆被类型的响应存在尺度效应。在500 m的空间尺度下,水体比例与热岛效应的相关性最强,水体的降温作用要强于植被。2014年在500m的空间范围内,当建成区比例达到100%时形成热岛,只考虑水体的影响时,当水体比例达到68%时不形成热岛,若只考虑植被的影响,当植被比例增加至73%时不形成热岛。2005年当建成区比例达到100%时形成热岛,只考虑水体时,水体面积比例增加至61%可不形成热岛,只考虑植被时,植被比例增加至74%可使热岛消失。1994年同样的当建成区比例达到100%时有较弱的热岛现象出现,只考虑水体时,水体面积比例增加至20%可不形成热岛,只考虑植被时,植被比例增加至27%可使热岛消失。(4)植被与水体的降温机制不同,在500 m的尺度下,非城市用地中植被的降温效果要比水体强,但在城市发展区,水体的降温作用会随着城市发展密度的增加而增加并超过植被,而植被的降温作用呈相反趋势。水体的降温作用会受到周边覆被情况影响,当周边植被的比例增加时,水体的降温作用会随之减弱而逐渐转变为增温效应。(5)不同类型的水体降温效果存在差异,面状水体的降温效应要比线状水体强。河流的降温范围在150m左右,水库、湖泊等面状的水体降温范围可达250m。水体的降温效应会随着距离的增加而非线性的减弱。同等距离时,水库的降温率最高,河流和湖泊的降温率相近。(6)不同类型水体热环境特性的影响因素不同。水库的水体温度主要受其面积、形状、所在区域及周边土地覆被影响,与面积、形状指数和距热岛区距离呈显著负相关关系,与周边建成区比例呈显著正相关关系。湖泊的温度主要受面积和所在区域影响,与面积和距热岛区距离均呈显著负相关关系。河流主要受其宽度和流经区域影响,与宽度和距热岛区距离均呈显著负相关关系。(7)影响水体周边热环境效应的因素主要有面积、宽度和周边土地覆被情况等因素。冷岛强度主要受水体的面积或宽度及周边植被比例影响,周边植被比例每增加10%,会导致水体的冷岛强度下降0.22℃。冷岛效率主要受水体的面积或宽度影响。水体的面积或宽度在有效降温范围内存在阈值,面状水体的面积有效阈值为50ha,线状水体的宽度有效阈值为200m。广州市的热岛效应随着城市化进程的推进愈加明显,水体由于其下垫面性质能够在一定范围内形成局地气候,缓解热岛现象。水体的热环境效应受多种因素共同影响,包括自身属性(面积、形状、宽度)、区位及周边土地覆被情况。在城市规划中,应当结合水体的热环境特性,合理规划降温通道,改善城市热环境。