鄭州市主城區(qū)不透水面時(shí)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(huì)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^(guò)程中，伴隨著城市擴(kuò)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(kuò)張?zhí)卣骷捌鋵?duì)城市熱環(huán)境的影響，對(duì)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(yùn)用ENVI5.1和Arc

2、GIS10.2等工具，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)和地理學(xué)相關(guān)方法對(duì)研究區(qū)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，主要研究?jī)?nèi)容如下：
　?。?）提取研究區(qū)的不透水面。在時(shí)間序列上，通過(guò)計(jì)算2000年、2004年、2008年和2015年四個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)研究區(qū)不透水面的面積變化、擴(kuò)張速度和擴(kuò)張強(qiáng)度來(lái)分析鄭州市主城區(qū)不透水面的時(shí)空變化；在空間上，運(yùn)用重心轉(zhuǎn)移方法和方位分析方法對(duì)不透水面進(jìn)行分析。
　?。?）利用遙感影像的熱紅外波段和衛(wèi)星過(guò)境時(shí)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(jìn)行歸一化，將歸一化地表溫度影像圖進(jìn)行密度分割，進(jìn)而求取城市熱島比例指數(shù)，利用差值運(yùn)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(gè)級(jí)別來(lái)分析城市熱狀況時(shí)空變化情況。
　　（3）利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法和ArcGIS10.2的區(qū)域統(tǒng)計(jì)工具對(duì)不透水面和歸一化地表溫度進(jìn)行多種模型的回歸分析，分析兩者的相關(guān)關(guān)系。
　　（4）通過(guò)差值運(yùn)算方法得出20

4、00-2004年、2004-2008年和2008-2015年三個(gè)時(shí)期的不透水面差值影像圖，然后提取熱狀況變化5個(gè)級(jí)別對(duì)應(yīng)的平均不透水面值，分析不透水面擴(kuò)張對(duì)城市熱環(huán)境的影響。
　　研究結(jié)果表明：
　　（1）2000-2015年鄭州市主城區(qū)不透水面處于高速擴(kuò)張狀態(tài)，但在不同時(shí)期表現(xiàn)出不同的擴(kuò)張方向、強(qiáng)度。
　　2000年以來(lái)，隨著城市的擴(kuò)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(kuò)張速度達(dá)到13.93km2，研究區(qū)不透水面處于高速擴(kuò)張類型。不同時(shí)期城市不透水面的空間擴(kuò)張方向和強(qiáng)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(kuò)張速度和強(qiáng)度較快；2004-2008年間，城市整體較均衡地向外擴(kuò)張，各個(gè)方位的不透水面擴(kuò)張速度和強(qiáng)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(kuò)張速度和強(qiáng)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(kuò)張面積都

6、高于相應(yīng)時(shí)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(lái)，鄭州主城區(qū)重心向東偏北方向轉(zhuǎn)移，說(shuō)明鄭州市主城區(qū)重點(diǎn)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(shì)
　　鄭州主城區(qū)熱島效應(yīng)主要分布在相應(yīng)時(shí)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(kù)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(gè)時(shí)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(shí)期的熱狀況改善區(qū)

7、域，說(shuō)明城市熱狀況整體處于惡化的趨勢(shì)。
　?。?）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(chǎng)空間的異質(zhì)性。四個(gè)時(shí)期兩者相應(yīng)的協(xié)方差都大于0，說(shuō)明兩者具有正的相關(guān)性；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)兩者在多項(xiàng)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(kuò)張對(duì)城市地表升溫和熱島效應(yīng)增強(qiáng)具有正向的促進(jìn)作用。
　?。?）城市熱