鄭州市主城區(qū)不透水面時空變化及其與熱環(huán)境的關(guān)系研究.pdf

1、城市熱島效應(yīng)會增加城市的能源消耗、降低空氣質(zhì)量、甚至?xí)：步】怠３鞘谢倪^程中，伴隨著城市擴張，城市的不透水面也隨之增加，也使得城市熱環(huán)境的研究也逐漸受到關(guān)注。分析城市不透水面的擴張?zhí)卣骷捌鋵Τ鞘袩岘h(huán)境的影響，對城市熱島效應(yīng)的緩解和改善城市生態(tài)環(huán)境等具有重要的意義。
　　本文以鄭州市四環(huán)范圍為研究區(qū)，本文選擇2000年、2004年、2008年和2015年Landsat系列衛(wèi)星遙感影像、氣象資料等數(shù)據(jù)，運用ENVI5.1和Arc

2、GIS10.2等工具，采用統(tǒng)計學(xué)和地理學(xué)相關(guān)方法對研究區(qū)數(shù)據(jù)進行處理和分析，主要研究內(nèi)容如下：
　?。?）提取研究區(qū)的不透水面。在時間序列上，通過計算2000年、2004年、2008年和2015年四個時間節(jié)點研究區(qū)不透水面的面積變化、擴張速度和擴張強度來分析鄭州市主城區(qū)不透水面的時空變化；在空間上，運用重心轉(zhuǎn)移方法和方位分析方法對不透水面進行分析。
　?。?）利用遙感影像的熱紅外波段和衛(wèi)星過境時間的氣象數(shù)據(jù)，采用徐涵秋的單窗

3、算法反演出研究區(qū)四期地表溫度并進行歸一化，將歸一化地表溫度影像圖進行密度分割，進而求取城市熱島比例指數(shù)，利用差值運算方法求取2000-2004年、2004-2008年和2008-2015年的歸一化地表溫度差值影像圖并分為5個級別來分析城市熱狀況時空變化情況。
　?。?）利用統(tǒng)計學(xué)的方法和ArcGIS10.2的區(qū)域統(tǒng)計工具對不透水面和歸一化地表溫度進行多種模型的回歸分析，分析兩者的相關(guān)關(guān)系。
　?。?）通過差值運算方法得出20

4、00-2004年、2004-2008年和2008-2015年三個時期的不透水面差值影像圖，然后提取熱狀況變化5個級別對應(yīng)的平均不透水面值，分析不透水面擴張對城市熱環(huán)境的影響。
　　研究結(jié)果表明：
　?。?）2000-2015年鄭州市主城區(qū)不透水面處于高速擴張狀態(tài)，但在不同時期表現(xiàn)出不同的擴張方向、強度。
　　2000年以來，隨著城市的擴張，鄭州市主城區(qū)不透水面面積從2000年的158.71km2增加到2015年367.

5、70km2，年均擴張速度達到13.93km2，研究區(qū)不透水面處于高速擴張類型。不同時期城市不透水面的空間擴張方向和強度不盡相同，2000-2004年間，除正西方位和西南方位外，其余方位不透水面擴張速度和強度較快；2004-2008年間，城市整體較均衡地向外擴張，各個方位的不透水面擴張速度和強度相差不大，但整體上高于前一階段；2008-2015年間，正東和東南方位的擴張速度和強度都明顯高于其他方位。從整體看，研究區(qū)在北部和東部的擴張面積都

6、高于相應(yīng)時期的南部和西部地區(qū)，根據(jù)重心轉(zhuǎn)移分析可以看出2000年以來，鄭州主城區(qū)重心向東偏北方向轉(zhuǎn)移，說明鄭州市主城區(qū)重點建設(shè)的區(qū)域在東部和北部地區(qū)。
　?。?）城市熱狀況整體呈現(xiàn)惡化的趨勢
　　鄭州主城區(qū)熱島效應(yīng)主要分布在相應(yīng)時期的城市建成區(qū)，城市內(nèi)的龍湖、龍子湖、如意湖、常莊水庫和西流湖等水體及其兩側(cè)的綠化用地呈現(xiàn)明顯的“冷島效應(yīng)”。四個時期研究區(qū)熱島比例指數(shù)值逐期增加，并且城市熱狀況惡化面積都高于相應(yīng)時期的熱狀況改善區(qū)

7、域，說明城市熱狀況整體處于惡化的趨勢。
　　（3）不透水面與地表溫度具有正的相關(guān)性，不透水面能夠很好地反映熱場空間的異質(zhì)性。四個時期兩者相應(yīng)的協(xié)方差都大于0，說明兩者具有正的相關(guān)性；進一步分析發(fā)現(xiàn)兩者在多項式回歸模型的擬合程度最高，回歸系數(shù)值在0.973-0.989之間；不透水面值每增加0.1，歸一化地表溫度增加值在0.026-0.035之間，城市不透水面擴張對城市地表升溫和熱島效應(yīng)增強具有正向的促進作用。
　?。?）城市熱