基于多源数据的重庆市中心城区热环境研究

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自二十世纪以来,城市化的快速发展导致人类活动的聚集和土地利用强度的加大,引起了城市热环境的显著变化,城市热环境对社会经济和人类健康产生重要影响。随着空间信息技术的不断成熟,遥感技术被广泛应用于城市热环境研究中。本文利用重庆市中心城区2001、2009、2019年的Landsat影像数据,DMSP/OLS数据、NPP/VIIRS夜光数据,结合研究区建成区扩张趋势,探讨了重庆市中心城区2001-2019年来热环境空间分布及变化情况。在斑块类型水平和景观水平上共选取了十个景观指数对研究区热力景观进行研究。从自然环境与人类活动两方面共选取了归一化植被指数(NDVI)、归一化湿度指数(NDMI)、数字高程模型(DEM)、修正归一化水体指数(MNDWI)、土地利用类型、归一化建筑指数(NDBI)、夜间灯光、人口密度八个驱动因子,采用Pearson相关性、回归方程以及地理探测器三种统计计量模型,定量研究了各驱动因子与地表温度的关系,及其交互作用对城市热环境空间分布的影响,并对研究区未来有效缓解城市热环境提出了一系列的优化策略。研究主要结论如下:(1)2001-2019年间,随着城市发展建设,重庆市中心城区城市热环境显著加剧,到2019年主城九区地表温度呈现“内高外低、西高东低”的空间格局。高温区域面积扩张,整体上呈现向北延伸的趋势,同时分布上由零散向聚集成片化发展。2001—2009年,研究区地表温度总体呈上升趋势,其中中温区面积增长最大,增加了1100.85 km~2;2009—2019年研究区各温度等级面积变化更激烈,次低温区面积大幅下降,下降了1993.8 km~2,其余温度等级面积均有所增加。2001—2019年研究区建成区扩张迅速,由最初的主要集中在渝中半岛、两江四岸周围,向西、向北扩张的态势,到2019年发展为“多中心组团”的空间格局。研究区热力重心呈现先向西北方向偏移再向东北方向偏移的足迹,在2009年后,热力重心迁移趋势与城市重心一致,热岛区域与城市建成区的扩张趋势也一致,均是由南北走向向东西走向偏移,区域分布的方向性减弱,说明城市热环境与城市的扩张具有一定的相关性。对研究区的热力景观格局进行分析,从斑块类型水平上看,研究区斑块破碎化程度降低,到2019年中温区代替低温区成为优势斑块类型;聚合程度增大,连通性较强。从整体景观水平来看,斑块密度和斑块数量下降了31%,说明重庆市主城九区的热力景观总体上连通性高,斑块趋于聚集化;连通性指数高于99.8,表明研究区整体连通性较强;多样性和均衡性有所提高,均衡度指数为0.66,说明研究区景观均衡度偏低。(2)研究选取的自然环境因素NDVI、NDMI、DEM、MNDWI均与地表温度呈负相关关系,而人类活动因素NDBI、夜间灯光、人口密度与地表温度呈正相关关系。并且从2001年—2019年,所有参数与地表温度的相关性都逐步增加,说明各驱动因子与热环境的关系紧密程度逐渐加深。对八个因子进行因子探测,2001—2019年对城市热环境分布影响作用最大的因子发生变化,2001年NDMI对城市热环境分布格局的单因子解释力度最强,q值为0.307,2009年为NDVI(q=0.405),2019年变为土地利用类型,q值为0.535。2001、2009年因子交互探测对热环境空间分异为非线性增强或双因子增强,2019年,所有因子交互均为双因子增强。2001年、2009年NDMI和MNDWI交互作用都最为显著,q值分别为0.386和0.541,说明城市热环境受自然环境驱动更多。2019影响程度最大的变为了NDMI与土地利用类型的交互作用,q值达到0.685。这也说明随着人类活动越来越频繁,人为因素对地表温度的影响加大并占主导地位。(3)研究区应遵循坚守自然、充分利用自然资源、以人为本、措施可操作的优化原则。提出了保护现有绿地、水体、湿地等生态资源,并进一步加强生态资源整治,构建城市生态廊道的优化措施;同时应改进建筑道路规划布局,加强城市内部空气流通,尝试采用新能源建筑材料,搭建绿色屋顶等途径,降低建筑群外部温度,缓解城市热环境;还应该合理规划功能区布局,注重分散人口,工业园区采取“飞地式”扩张模式,避免高温区域聚集成片。
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