重庆市绿色空间演化及其温度效应研究_饶蓉.pdf

第43卷第6期Vol.43 No.62022年12月Dec.2022韩 山 师 范 学 院 学 报Journal of Hanshan Normal University收稿日期：2022-02-20基金项目：韩山师范学院校级项目（项目编号：XN201920）作者简介：饶蓉（1999-），女，广东梅州人，韩山师范学院地理科学与旅游学院学生王航为通讯作者重庆市绿色空间演化及其温度效应研究饶蓉，王航（韩山师范学院 地理科学与旅游学院，广东 潮州521041）摘要：选取具有“火炉城市”之称的重庆市为研究对象，基于2005-2020年的MOD11A2温度产品以及土地利用监测数据，以及ENVI5.3、Arcgis10.2、CorelDRAW X5数据处理平台，运用分类重编码、空间分析法等方法，分析了重庆市15年来绿色空间时空格局演化特征，探究地表温度与绿色空间演化的响应.得出：（1）热岛重心分布在城市重心附近，冷岛重心分布较热岛重心远离城市重心.（2）不同的绿色空间演化过程所引起的制冷效果的数量级为：绿色空间扩张绿色空间不变绿色空间转换绿色空间减少.（3）不同温度区的分布局势发生了较大变化，超高温区、高温区分别向高温区和中温区转移.（4）2000-2015年，绿色空间扩张引起的温差降低明显，绿地减少引起的温差增加显著.关键词：绿色空间；演化；地表温度；重庆中图分类号：K 909文献标识码：A文章编号：1007-6883（2022）06-0052-10DOI：10.19986/ki.1007-6883.2022.06.008随城市扩张，环境问题对人居环境造成的危害日益明显渐渐地，人们意识到适宜的人居环境必须要有水体、植被才能满足人们休闲游憩的愿望1城市绿色空间的提出是人居环境研究向成熟的表现绿色空间是一个由园林绿地、城市林地、三维空间绿化、都市农田和流域湿地等构成的绿色网络系统2借助于遥感影像动态监测与提取绿色空间演变信息，是进行绿色空间研究的重要手段随研究深入，城市绿色空间对于区域地表温度的效应研究成为一个重要方向从最初的以热红外影像来分析大尺度区域热环境变化规律与变化强度3-4，到利用无人机遥感研究小尺度的城市热岛中心热环境影响因素分析5，绿色空间的“绿岛效应”及其在人居环境中的应用价值得到学者们的一致认可6大部分学者采用Landsat系列卫星数据获取绿色空间数据和温度数据陈燕红等用Landsat影像数据对福州主城区绿色空间演化过程的温度效应进行了研究7李婷婷结合GIS空间分析技术进行了重庆市主城区绿色空间时空演变及其生态环境效应的关联性分析8林涛等采用灰色关联度分析法，研究了福州主城区2009-2017年城市绿色空间格局演变的生态效应9MODIS数据具有高光谱、高时间分辨率优势，为研究地表植被特征和地表温度反演提供了数据基础，尤其是搭载的EOS/PMODIS探测器，可每天2次对地观测，所获取的MOD11A2影像采用相对成熟的分裂窗算法获取白天和黑夜的地表温度借助于MODIS数据，李韶颖等以湖北省地级市以上城市城区为研究对象，研究城镇化建设与城区地表温度效应10；Tomlinson等利用MODIS数据评估了英国伯明翰夏季UHI对6月至8月白天和夜间差异的影响11潘莹等基于MOD11A2及MCD12Q1数据，采用均值-标准差法对重庆市的地表热场进行了分类，再结合环境评估方法得到重庆市的热环境时空特 52征12王艳姣等利用MOD11A2数据，分析了重庆市夏季地表热场分布情况，并对重庆市夏季地表热场变化规律及成因进行了研究13郄宇凡利用MOD11A1地表温度数据和MOD10A1积雪反照率数据研究了近20年青藏高原冰川表面温度与反照率时空变化特征14综上所述，多数学者利用Landsat影像或MODIS数据对城市的下垫面土地利用类型、绿色空间分布特征、各城市地表温度特征、绿色空间时空演化带来的生态环境效应进行了大量研究，且大部分学者采用一类影像数据进行绿色空间信息提取，及地表温度反演需要指出的是，Landsat影像虽是中高空间分辨率，适宜于城市尺度绿色空间的研究，然则，其拍摄周期为16天，且影像质量极易受云、雾影响，对于瞬息变化的地表温度研究而言，用Landsat影像数据反演获取的地表温度数据，存在准确性不高和时效性差的特征鉴于此，本文的地表温度数据拟采用更高时间分辨率的MODIS11A2影像获取，并结合Landsat影像提取绿色空间和土地覆被数据在此基础上，借助于GIS叠置分析、地统计分析方法进行绿色空间格局的内部结构分析，并联合MODIS11A2温度反演数据，从已有研究鲜少关注的绿色空间演化过程切入，分析绿色空间时空演变对温度的影响，探讨城市热岛及冷岛形成的原因和机制，以期为营造人类宜居城市、制定科学有效的缓解城市热岛方案提供借鉴1研究区及数据处理1.1研究区介绍重庆市位于中国内地西南部、长江上游地区（10511 E-11011 E、2810 N-3213 N），北部、东部及南部分别有大巴山、巫山、武陵山、大娄山环绕，东西向有长江、嘉陵江横贯其中，气候为亚热带季风气候，夏季高温多雨受大山大水双重分割，片区内气流不畅，极易形成下沉增温，形成焚风效应，产生高温天气重庆市下辖23个市辖区、11个县、4个自治县，约2 991.4万人，是成渝城市群经济最活跃区域之一近年来，重庆的城市化进程以每年大于1.43的速度增长，城市人口密度也急剧增长15随着重庆市经济和文化的迅速发展，对城市环境质量的要求也越来越高1.2数据来源选取2005年、2015年、2018年、2020年每年8月的地表温度8天合成的MOD11A2第6版产品影像，获取行列号为h27v05、h27v06共计32景影像，其分辨率为1 km，所有MOD11A2数据均从NASA官方网站（http：/reverb.echo.nasa.gov/）下载采用 2005 年、2015 年、2018 年、2020 年的重庆 Landsat TM 土地利用遥感数据，空间分辨率30 m，数据来自中国科学院资源环境科学与数据中心（http：/ 53图2研究区土地利用类型变化图1.3.2绿色空间演化过程的界定使用 ArcGIS 10.2 对 4 年内的绿色主题地图进行叠加分析和栅格重分类，得到 2005-2015 年，2015-2018年，2018-2020年2005-2020年这4个时期绿色空间动态演化情况（图3）图3研究区绿色空间演化类型变化图 541.3.3MODIS温度产品分析及温度标准化分级调用MODIS TOOL批处理插件，进行数据格式转换与投影变换，并采用MODIS赋值NDVI去异常值的方法对数据进一步处理最终将像元灰度值（Digitd Number，DN）转化为地表温度T（单位）详细公式如下T=DN 0.02-273.15（1）采用自然间断分类方法划分低温区、次低温区、中温区、次高温区、高温区及超高温区，获得研究区2005年到2020年的温度等级分布图（图4）最后，再将低温区和次低温区合并为冷岛区，将次高温区、高温区和超高温区合并为热岛区图4研究区温度等级分布图2结果分析2.1绿色空间演化过程变化特征如表1所示，2005-2020年，绿色空间一直呈减少趋势，植被覆盖度亦随之呈现下降趋势，降低了0.67%；建设用地和水体一直在增加，分别增加了281.25 km2、44.75 km2；各地类演化过程中，水体及建筑用地向林地、耕地和草地的转入是绿色空间面积增加的直接原因伴随绿色空间内部三种地类的互转，2015-2018年间，大面积草地转入林地，同时期耕地的转入也较其它时段显著结合表2，研究区存在：绿色空间不变面积绿色空间转换面积绿色空间减少面积绿色空间扩张面积的现象，2005-2020年四类面积演化率分别为4 314.65 km2/a、939.90 km2/a、57.65 km2/a、17.82 km2/a，绿色空间在2015-2020年变化最为显著综上，研究区绿色空间整体呈现微弱减少趋势；不同的绿地类型之间相互转换频繁，以草地转出为林地最为显著2.2地表温度变化特征如表3所示，热岛区面积显著大于冷岛区，且每个研究阶段均呈现：热岛区不变面积冷岛区不 55变面积热岛区变为冷岛区面积冷岛区变为热岛区面积2015年以来，研究区冷热岛演化加剧，2018年以前，冷岛转热岛年速率均高于68.40，2018-2020年，年速率下降为39.73；冷岛转热岛最显著演化期发生在2015-2018年，而热岛转冷岛显著发生期在2018年-2020年表4展示研究区同时期温度变化情况处于中温区、次高温区和高温区的重庆市辖区面积，由2005年的72.80%缩小至2020年的63.55%伴随超高温区的减少，全市温度向次低温区和低温区转移，次高温区和高温区向中温区的转入是研究区温度下降的根本原因表120052020年土地利用类型面积转换（km2）土地利用林地草地耕地建设用地裸地水体面积变化合计林地8 314.505 951.0029.251.000.008.005 012.2514 303.75草地3 801.0036 591.502 964.7567.00132.7523.25-3 657.5043 580.25耕地4.254 348.2519 563.7527.252.505.501 152.2523 951.50建设用地0.75340.25236.001 003.2512.000.00357.751 592.25裸地0.00171.006.755.50136.005.75172.00325.00水体12.5054.507.7500.5029.0038.75-218.75143.00合计12 291.5047 237.7522 799.251 234.50153.00361.750.00120 427.75表220052020年绿色空间面积变化研究阶段2005-20152015-20182018-20202005-2020绿色空间不变面积（km2）86 437.7569 518.5073 447.7564 719.75速率（km2/a）8 643.7823 172.8336 723.884 314.65绿色空间扩张面积（km2）224.52131.0093.50267.25速率（km2/a）22.5043.6746.7517.82绿色空间转换面积（km2）6 204.259 478.505 661.0014 098.50速率（km2/a）620.433 159.502 830.50939.90绿色空间面积（km2）238.00541.00278.00864.75速率（km2/a）23.80180.33139.0057.65表3研究区各阶段冷/热岛斑块转移情况统计结果研究阶段2005-20152015-20182018-20202005-2020不变的冷岛区面积（km2）9 610.0010 974.0013 573.0011 308.00速率（km2/a）961.003 658.006 786.50753.87冷岛区转热岛区面积（km2）684.00435.00152.00596.00速率（km2/a）68.40145.0076.0039.73热岛区转冷岛区面积（km2）839.00606.002 131.005 334.00速率（km2/a）83.90202.001 065.50355.60不变的热岛区面积（km2）42 978.0041 334.0033 997.0031 884.00速率（km2/a）4 297.8013 778.0016 998.502 125.60结合表2和表3，研究区冷/热岛区与绿色空间面积变化相一致，2005-2020年间，绿色空间面积持续减少，研究区冷岛转热岛面积持续增大，变化速率在2015-2018时段达到最快；至2018-2020年，绿色空间面积增加，研究区热岛转冷岛面积及其演化速率在2005-2020时段内达到最大说明了研究区冷/热岛区分布的变化与区域土地利用/覆盖的变化密切相关另