局地气候区改变对城市地表热岛强度的影响

统计了地中海气候范围内的米兰、贝鲁特与伊斯坦布尔2000年以及2020年城市发展变化。借助局地气候区系统,探索分析了城市地表热岛强度(Surface Urban Heart Island, SUHI)的时空变化分布。局地气候区框架直观地展示了城市空间形态的变迁,同时更有针对性地表征了地表热岛强度的区域变化特点,为地表热岛强度的缓解提供有效参考依据。结果表明米兰的城市扩张范围最小,产业升级造成的工业园区(LCZ8)更新是城市过去20年来的主要变动,LCZ 2与LCZ 3对LCZ 8的替代创造了更多的人工排热,使当地地表热岛强度平均提升了1.2℃。贝鲁特的扩张规模是3座城市中最大的,其建成类局地气候分类面积提高了约8%。伊斯坦布尔海岸沿线与近郊出现快速城市化的趋势,近郊的建筑密度不断提升,区域内平均提升了1.3℃。总体来看,在夏季地中海城市,与工业排热相比,人工排热也会使区域产生强烈的地表热岛效应。伊斯坦布尔的结果证明了千万人口城市中的局地气候区变化会产生更强烈的地表热岛强度。大都市的交通排热也是影响城市热环境的重要因素。3座城市展示了不同发展阶段下城市面临的热岛效应问题,研究城市变迁将为...     

北京旧城热岛环境与对策研究

"城市热岛" (Urban heat island,UHI)是指城市建成区的气温明显高于周边的农村地区,形成城区气温高、郊区气温低的现象,在温度的空间分布上,城市犹如一个温暖的岛屿1.随着全球气候变暖和城市化进程的加剧,大量自然地表不断被城市地表所替代,城市热岛效应日趋显著.城市热岛效应是城市下垫面热特性及结构特征、城市人为热、气候条件等多因素综合作用的结果.城市热岛是城市人类活动对城市热环境影响的突出表征,它对全球变暖的贡献已经引起广泛关注,对城市热岛效应的研究也已成为当今气候、生态、环境问题研究中的热点.城市热岛已经从一般的局地气候现象演变为城市生态环境的一大"公害",热岛强度也成为了评价城市生态环境的重要指标2、3.     

城市局地气温对建筑冷负荷的影响

局地气候区(Local Climate Zone,LCZ)是一套用于城市气温研究的客观、标准、通用的局地热气候分类方法。对南京9个不同类型LCZ地块的近地气温进行实测(2016年07月22日至2016年09月30日),然后结合EnergyPlus软件分析局地气温对典型居住建筑和办公建筑冷负荷的影响。结果表明:1)热岛强度夜间显著高于白天;对于整个研究时段的夜间平均热岛强度,紧凑建筑区最高(1.8～1.9℃),其次是开敞中高层建筑区和重工业区(1.4～1.5℃),低层建筑区为0.9～1.1℃;稀疏建筑区最低(0.3℃);热岛强度在少云弱风的典型天气条件下更高;2)与采用郊区气象参数的基准案例相比,整个研究时段各LCZ地块居住建筑的累积冷负荷增幅为8%～17%,办公建筑的累积冷负荷增幅为4%～7%;典型天气条件下的夜间时段各LCZ地块的居住建筑累计冷负荷增幅为8%～26%。     

街区尺度城市气候图绘制方法研究及应用

近年来城市气候图的应用对于气候友好型城市建设具有重要意义。本文以湿热地区广州大学城为例,首先提出了面向街区单元的局地气候分区划分理论,并结合城市冠层模型开发出适用于街区尺度的城市气候图绘制方法。通过应用该方法计算获得了广州大学城夏季典型气象日的动态气候参数,结果显示,研究区域的局地热岛强度变化范围处于-3.58℃到1.41℃之间,并呈现出显著的时空特性。此外,本文量化分析了局地气候分区典型地表形态特征参数与局地热岛强度之间的相关性。结果表明,街道峡谷高宽比、平均建筑高度、建筑密度与局地热岛强度之间呈现出显著的负相关,而天空角系数与透水表面比率对局地热岛强度具有较为显著的正相关。合理配置街区的地表形态特征参数可有效地缓解局地区域的热岛效应,有助于街区尺度的热环境改善,为街区单元的空间规划提供优化策略。     

城市热岛空间格局及形态差异化调控策略研究——以广州市中心城区为例

深入研究城市热岛的空间形态差异性对认识城市热岛效应和改善城市微气候具有重大意义。以广州市中心城区为例,运用地域圈层的空间类型识别热岛空间格局,以局地气候分区法(LCZ)为基础提取典型热岛街区进行数据分析,并从用地类型、地表覆盖、建设强度3方面总结空间形态特征。研究表明:研究区由中心向外围呈现出"内外双高"的波浪形热岛空间格局;提取出4种典型热岛街区,分别为高密度居住类、工业类、高密度服务类和设施农业类;建筑密度的两极化、工业用地占比高、不透水地表比例高和植被覆盖率低是造成研究区强热岛的主要原因。基于此提出具有可操作性的形态差异化调控策略,丰富城市热岛空间形态差异性研究成果,为中国湿热地区的城市生态规划建设提供借鉴。     

西安夏季和冬季城市热岛的多时间尺度变化特征

基于自动气象站2008年逐时气温观测资料,建立了西安市夏季和冬季城市热岛强度时间序列,采用复Morlet小波变换的方法研究了城市热岛的时间尺度(变化周期)结构及其变化特征,并利用小波方差诊断了各热岛周期振荡的强度。结果表明,冬季城市热岛的尺度结构比较简单,存在24 h和144~192 h 2个主热岛周期,夏季城市热岛的尺度结构较复杂,其主热岛周期为24 h和96~120 h。日变化和周变化是西安城市热岛的主要变化周期,强热岛主要出现在工作日,弱热岛主要出现在周末。此外,还讨论了引起城市热岛日变化和周变化的驱动因子及其形成机制。     

近30年宁波市热环境时空变化分析

以热岛效应为体现的热环境是目前最受关注的城市生态环境问题之一。本文以宁波市为研究区,在利用单窗算法计算1987年～2015年间夏季地表温度的基础上,获取近30年热岛时空变化,结果表明:宁波市夏季热岛效应明显,各行政区域内热岛强度空间差异显著;此外,近30年宁波市强热岛和极强热岛面积增加了352.10 km2,年变化率在1997年～2007年达到最大,且城市内部空间分布逐渐从聚集向多个次级热岛分布方向发展。     

基于定量遥感的湘潭市城区热岛时空格局分析

利用2013年~2014年5个时相Landsat 8 OLI和TIRS数据,反演了夏季全程和冬季地表温度,反演结果绝大部分值在历史数据最高温度(日间)附近,反演结果具有一定的表征力;计算了反演区的热岛强度,分析了夏季湘潭城区地表温度的空间分布与随时间的变化情况,结果显示城市热效应空间分布格局不同时相表现出类似的模式,发现城市在夏季地表温度呈现"南高北低"和高温区沿湘江分布的情况;原先夏季高温区在冬季出了低温,表现出夏热冬冷的现象,这一定程度说明地表热效应对地表类型反应灵敏。同时分析植被指数、城市建筑物指数与城市地表温度等间关系,结果显示城市绿化对城市地表温度降低的确有一定的作用,地表温度对城市建筑物密集区敏感。这一成果对地方城市规划建设具有现实意义和借鉴价值。     

基于局地气候分区的武汉建成空间近地面风环境异质特征分析

为厘清不同类型建成空间风环境异质特征，本文根据局地气候分区(Local Climate Zone, LCZ)对武汉建成空间进行分类，利用城市气象站点2019年全年风速风向监测数据，探讨建成空间整体风速特征及LCZ类间风速风向特征。结果表明：1)整体上来讲，建成空间对城市背景风具有较大削减作用，不管在何种背景风速段下武汉市建成空间平均风速仅为背景风速的1/3;2)建成空间类型间风速存在差异且在不同背景风速段下保持稳定的规律，风速大小呈现大型低层(LCZ8)>零散建筑(LCZ9)>开敞低层(LCZ6)>开敞中层(LCZ5)>开敞高层(LCZ4)>紧凑中层(LCZ2)>紧凑低层(LCZ3),其中LCZ3以发生静风为主，且全年静风频率高达72%,其他LCZ静风频率在11%～40%之间，皆以发生软风为主；3)同一类型建成空间局地主导风向异质特征较为显著，易受LCZ内部建筑形态及周边建成环境的影响。研究成果为延伸LCZ理论在城市气候环境评估中的应用提供相关参考。     

基于WRF/UCM数值模拟的严寒地区城市热岛效应研究

本文探究严寒地区城市热岛效应的时空变化规律,为严寒地区的城市规划与建设提供参考依据,以典型严寒地区城市哈尔滨为例,选取冬、夏两季的高温晴朗天气作为气象背景,采用中尺度WRF/UCM系统模拟城市热岛的时空分布,分析不同季节热岛效应对严寒城市环境的影响。结果表明,严寒地区热岛效应对冬季室外热环境起到明显促进作用;哈尔滨白天热岛分布均匀、强度较低,夜间热岛以城市中心呈现逐级递减趋势;实验分析得到冬季热岛强度最大值出现比夏季提前1～2 h,其中最大热岛(UHI)强度为5.52℃,且日平均热岛强度比夏季高出1.03℃,热岛效应对严寒城市的气候环境影响冬季比夏季更为强烈。     

基于遥感技术的城市下垫面参数与热环境关系的研究——以北京市朝阳区为例

城市热岛(UHI)不仅直接关系到城市人居环境质量和居民健康状况,同时还对城市能源消耗、生态系统过程演变、生物物候以及城市经济可持续发展有着深远的影响。以北京市朝阳区2002—2017年夏季4期Landsat系列遥感影像为数据,采用大气反演法,对15年间朝阳区城市地表温度(LST)时空变化进行分析,发现15年间朝阳区城市热岛比例指数上升迅速,热岛效应逐年加剧。进一步研究表明,城市地表温度与归一化植被指数(NDVI)及归一化建筑指数(NDBI)密切相关:地表温度与NDBI正相关,NDBI指数每升高0.1,地表升温0.79～2.37°C;与NDVI指数负相关,NDVI指数每提高0.1,地表降温0.4～0.77°C。本研究可为城市规划建设与城市绿地营建提供科学具体的参考指导依据,并促进生态可持续发展与人居环境改善。     

基于多源数据的街区形态要素对地表热环境的影响测度与 贡献评估

近年来，受全球气候变暖与快速城镇 化的叠加影响，城市极端高温频发，热环境问 题凸显，严重威胁到城市人居环境质量。城市 形态是影响热环境时空分布的关键因素，如何 通过优化形态要素缓解城市高温问题，降低 城市热浪风险已成为当前学界关注的热点问 题。本研究以西安市主城区410个街区单元为 研究对象，重点关注地表热环境，利用遥感影 像数据、建筑矢量数据、谷歌地图数据，通过 ENVI地表温度反演、ArcGIS空间统计分析、 Fragstats景观格局分析等方法量化了研究区 内地表热环境时空变化特征，并从“二维地表 覆盖—三维空间组合—景观格局特征”三个 维度对街区形态要素进行系统描述，在此基 础上，引入主成分分析方法科学评估了各形态 要素对地表热环境的贡献。研究结果表明：第一，2000—2019年西安市热岛由中心向周边连片式蔓延，一般高温区为商业密集区（如钟楼、小 寨等）、集中工业物流区（如北部工业区、西部物流仓储区、西南部工业区等），低温区为城市公 园、绿地水体周边，总体而言，西安市热环境延展方向与城市扩张方向基本吻合；第二，2000— 2019年研究区内平均地表温度上升7.29 ℃，平均热岛强度上升3.15 ℃，约99.7%为热岛区，总升 温量达3 491.84 ℃/km2 ，其中四级、五级热岛强度区逐年递增，一级、二级热岛强度区逐年减 小，整体升温效果显著，热岛效应不断增强；第三，二维地表覆盖、类型水平景观格局是影响地 表热环境最为主要的两类主控因素，指标权重占比为36.64%、35.50%，其中建设用地占比、建筑 密度正向影响突出，贡献度为0.658、0.319，绿地占比负向影响最大，贡献度为-0.718。建筑高度 变异度、孔隙率、天空开阔度等三维空间指标的贡献则相对较小，该类指标权重仅占9.39%。本 研究结果可为优化城市形态改善局地热环境，缓解其负面效应提供重要科学依据。     

多种城市地表形态的局地气候分析

为了有效地分析不同城市地表形态的局地气候特性,本文选取了6种具有典型城市地表形态的局地区域作为研究对象,利用定点气象参数监测与受试者对局地空间环境的主观热感觉评价相结合的方法,对6种局地空间区域内部的风速、黑球温度、空气温度、相对湿度进行了分析,并进一步讨论了局地热岛强度(UHII)与群众"适中"感觉比率(TMR)的差异性。研究结果表明:不同城市地表形态所产生的局地气象参数有着显著的差异,且各测点的UHII值分布在-0.5~3.5℃之间,TMR值分布在10%~35%之间,其中,紧凑高层建筑区有助于形成城市"冷岛效应"并提高居民热舒适感觉。在地表形态特性参数中,地理粗糙度等级对局地气候影响最大,适当地降低天空角系数、表面吸热量、表面反射率,且适当提高街道高宽比、建筑平均高度、地理粗糙度等级有利于可持续生态环境的建设。     

热浪背景下大连城市热岛强度反演及缓解策略

提出了一种基于Landsat 8卫星遥感数据建立城市热岛强度地图的流程和方法,为热浪天气条件下城市热环境评估提供了一种快速可靠的依据。以大连市2018年8月连续高温热浪天气为研究背景,实现中山区地表温度反演,将结果与国家气象站观测值进行验证,相关系数达0.813。基于土地利用数据划分城区和郊区,计算其差值得到城市热岛强度并分级,发现高温热浪天气会加重热岛效应;超过31%的区域出现了7级及以上强热岛、超强热岛,强度最高达32.1℃;中心主要出现在中山广场、三七广场及大连市第二中学等地。根据热岛强度分级结果,对重点区域提出了规划缓解和改进策略。     

杭州市西溪湿地冬、夏季地表温度特征与地表类型关系分析

本文以Landsat TM5第3、4波段计算NDVI结果反演地表比辐射率,利用COST大气纠正模型对遥感数据进行大气纠正,利用Jiménez-Munoz普适性单通道算法进行地表温度反演,在此基础上结合高分遥感分类结果数据进行地表温度与地物类型关系分析,选择杭州市西溪湿地为研究区域,分别从冬季和夏季来分析规律,结果表明:地表温度与与地物类型关系密切,不同的季节地物类型对地表温度的作用和表现不同,道路、裸地、建筑物的夏季温度及温度差都较大,绿地、水体冬季温差较大,地物属性内部的变异(标准差)普遍表现为夏季大于冬季,但夏季水体的内部变异较小.在夏季建筑物是典型高温热源,冬季裸地的温度要高于建筑物；水体、绿地是典型的冷源.     

北京通州地表温度的时空分布特征与 绿化作用

基于Landsat 8卫星的热红外波段,通过劈窗反演算法获取了2015、2016、2017和2019年的北京通州区(含北京城市副中心)地表温度,分析发现如下结论。1)2015年的夏季和秋季,西北部和东南部的建成区地表温度明显高于周边林地和农田区域,总体呈现出片状和零星热岛共存的空间分布特征;而北京城市副中心的热岛分布格局则呈明显的多中心,不仅在老城区,位于郊区的宋庄、姚辛庄因建筑面积较大,也出现了明显的高温区域。随着城市副中心绿化建设的持续推进,2019年北京城市副中心的局部区域夏季地表温度有所下降。2)北京城市副中心的老城区冬季"地表冷岛效应"的出现并不是偶然现象,其原因可能是冬季上午时段,因空气污染物的影响,太阳辐射强度较弱,下垫面能量输出大于输入,在传递热量至大气的过程中,郊区的裸露土壤因比热容较大,降温速度较慢,从而导致其地表温度高于城市下垫面。3)地表温度与植被覆盖度之间具有明显的负相关关系,城市绿化引起的植被面积增长有助于缓解整体热岛效应。     

湿热地区高层住区热环境设计参数对热岛强度的影响研究

减缓住区热岛强度是绿色建筑和生态城市建设的重要内容。以往研究从局部和整体层面对湿热地区住区气温及热岛强度展开测试和研究。本文以广州高层住区为例,在夏季晴热天气条件下开展住区现场实测。测试指标主要包括郊区、城区和住区的气温以及住区热环境设计参数。文章从城区、住区、测点三个尺度,分析探讨气温和热岛强度的变化特征以及形成机制。研究指出,以郊区气象站为基准计算住区热岛强度,因受所在城区局地热岛强度的影响,无法合理评价不同住区热环境设计的优劣,而以城区气象站为基准,可避免局地热岛的干扰,计算和评价更为合理。热环境设计参数,即天空角系数、阴影率和叶面积指数,是影响住区和测点热岛强度的关键因素。热岛强度的定义应取同一尺度或相邻尺度空间的气温差。     

南京夏季城市局地气温时空变化特征

城市局地气候分区(Local Climate Zone,简写为LCZ)是一套用于城市气温研究的客观、标准、通用的局地热气候分类方法。基于LCZ方法对南京城市气温进行观测,分析了2016年夏季时段(7—9月)分布于南京城区至郊区的12个不同类型LCZ地块的气温时空变化特征,包括热岛日变化特征、平均热岛强度、日最高/最低温度差异、升温/冷却率差异。结果表明:各LCZ地块的热岛强度在日落后迅速增加,日落后3～5h达到最大值,然后逐渐减小,这一现象与各LCZ地块的升温/冷却率变化特征相对应;城市化强度越高的LCZ地块热岛强度越大;午间部分地块出现城市冷岛现象;水域区(LCZ G)在白天有一定的降温效果,夜间则会产生热岛效应;各LCZ地块的夜间平均热岛强度差异明显,日最低气温差异显著高于日最高气温差异。     

基于RS和GIS的武汉市热岛效应时空演变研究CSSCI

随着我国城市化进程的持续快速推进,城市热岛效应日益凸显,成为了当前主要城市生态环境问题之一。应用遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术,对武汉市地表温度进行了定量反演,并分析了其时空演变规律。研究结果表明:(1)武汉市城市热岛效应十分明显,主城区形成岛屿状的高温区域并且界线清晰,与城市边缘的郊区、乡村形成鲜明对比;(2)在研究时段内,城市热岛的范围面积不断扩大,并且与武汉市的城市空间扩张方向较为一致。在城市扩张的过程中,热岛面积随之扩大,绿岛面积不断缩小;(3)城市内部的土地利用类型空间分布与热岛强度分布范围关系密切;(4)城市内的水体空间与绿色空间对于分割热岛空间,缓解热岛现象有重要的现实意义。     

减弱热岛强度的城市形态布局关键参数与响应机制

基于天津市1992—2013年7景夏季TM遥感影像,分别提取城市形态与反演城市热岛强度,利用ArcGIS与MATLAB等大数据分析计算软件,定量研究城市形态布局与热岛强度的响应机制与参数曲线,提出了热岛强度双指标测度的概念算法,即最高热岛升温和热岛升温总量。结果表明:热岛强度随着城市形态面积的增大而上升,总体上城市形态总面积与最高热岛升温、热岛升温总量都呈线性关系;城市形态离散度和临近度,与最高热岛升温不存在明显相关性,而与热岛升温总量呈线性关系;斑块面积与热岛强度呈正相关,50km2以上的斑块,面积与最高热岛升温呈线性关系,与热岛升温总量呈二次曲线关系;周长面积比与热岛强度呈负相关,与最高热岛升温成S曲线关系,当介于[0.005,0.04]时则与最高热岛升温呈四次曲线关系;斑块分维数与热岛强度呈正相关关系,与最高热岛升温呈线性关系,与热岛升温总量呈三次曲线关系。