地理科学 ›› 2022, Vol. 42 ›› Issue (5): 926-937.doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2022.05.018
黄晓军1,2,3(), 宋涛1, 王博4, 郑殿元1, 祁明月1
收稿日期:
2021-02-08
修回日期:
2021-07-10
出版日期:
2022-05-25
发布日期:
2022-07-11
作者简介:
黄晓军(1983−),男,黑龙江哈尔滨人,教授,博导,主要从事城市地理研究。E-mail: huangxj@nwu.edu.cn
基金资助:
Huang Xiaojun1,2,3(), Song Tao1, Wang Bo4, Zheng Dianyuan1, Qi Mingyue1
Received:
2021-02-08
Revised:
2021-07-10
Online:
2022-05-25
Published:
2022-07-11
Supported by:
摘要:
土地利用变化与城市热环境关系紧密。以西安市为例,采用遥感影像数据,从规模?结构?形态对土地利用变化进行了分析,同时,对西安市热环境变化特征进行了阐释,在此基础上,对土地利用规模、结构和形态变化与热环境变化关系进行了系统分析,揭示土地利用变化对城市热环境的影响。结果如下:① 2000—2016年,随着建设用地的增长,西安市平均地表温度呈上升趋势,耕地与建设用地面积占比变化与地表温度变化呈正相关性,林草地与水域面积占比变化与地表温度变化呈负相关性;② 林草地、水域的斑块优势度越大,形状越复杂,集聚度越高,越有利于改善热环境,而耕地和建设用地的斑块景观优势度大、集聚度高,则会导致地表温度升高和热环境恶化;③ 集聚度和连通度高的大斑块林草地和水域具有更突出的降温效果,相反,高度集聚的建设用地形成的不透水面具有更强的升温效果。可为从土地利用视角改善城市热环境提供参考依据。
中图分类号:
黄晓军, 宋涛, 王博, 郑殿元, 祁明月. 土地利用规模−结构−形态演变对城市热环境的影响——以西安市主城区为例[J]. 地理科学, 2022, 42(5): 926-937.
Huang Xiaojun, Song Tao, Wang Bo, Zheng Dianyuan, Qi Mingyue. Study on the Influence of Land Use Evolution of Scale, Structure and Pattern on Urban Thermal Environment: A Case Study of Xi’an[J]. SCIENTIA GEOGRAPHICA SINICA, 2022, 42(5): 926-937.
表1
三期遥感影像参数
获取时间(GMT)/ (年.月.日 时∶分∶秒) | 中心经度 | 中心纬度 | 云量 | 卫星及传感器 | 坏条带 | 当日最高气温 |
注:当日最高气温来源于国家气象科学数据中心西安国家站逐日数据集( | ||||||
2000.06.29 3: 11: 43 | 108°45′6″ | 34°36′43″ | 0.47 | Landsat 7 ETM+ | 无 | 35.6℃ |
2008.07.05 3: 09: 34 | 108°38′28″ | 34°35′54″ | 3.60 | Landsat 7 ETM+ | 有 | 33.5℃ |
2016.06.17 3: 19: 47 | 108°50′36″ | 34°36′40″ | 0.03 | Landsat 8 OLI | 无 | 36.9℃ |
表2
2000—2016年西安市主城区土地利用规模变化
土地利用类型 | 2000年 | 2008年 | 2016年 | 2000—2008年 | 2008—2016年 | |||||||
面积/km2 | 占比/% | 面积/km2 | 占比/% | 面积/km2 | 占比/% | K1/% | K2/% | |||||
注:K为土地利用动态度,反映研究时段内各类用地变化速率。——表示无K值。 | ||||||||||||
林草地 | 202.08 | 17.82 | 194.27 | 17.13 | 233.69 | 20.61 | −0.48 | 2.54 | ||||
耕地 | 580.04 | 51.16 | 430.34 | 37.95 | 238.78 | 21.06 | −3.23 | −5.56 | ||||
水域 | 29.44 | 2.60 | 18.12 | 1.60 | 17.10 | 1.51 | −4.80 | −0.71 | ||||
建设用地 | 322.31 | 28.43 | 491.13 | 43.31 | 644.29 | 56.82 | 6.55 | 3.90 | ||||
全部 | 1133.86 | 100 | 1133.86 | 100 | 1133.86 | 100 | —— | —— |
表3
西安市主城区土地利用类型转移矩阵
2000年 | 2008年/km2 | 2008年 | 2016年/km2 | |||||||||
林草地 | 耕地 | 水域 | 建设用地 | 总计 | 林草地 | 耕地 | 水域 | 建设用地 | 总计 | |||
林草地 | 103.64 | 42.87 | 2.39 | 53.18 | 202.08 | 林草地 | 100.00 | 35.68 | 2.44 | 56.15 | 194.27 | |
耕地 | 72.29 | 361.14 | 3.55 | 143.06 | 580.04 | 耕地 | 114.68 | 177.25 | 2.87 | 135.54 | 430.34 | |
水域 | 7.24 | 5.53 | 9.47 | 7.19 | 29.43 | 水域 | 2.60 | 2.33 | 9.76 | 3.43 | 18.12 | |
建设用地 | 11.10 | 20.80 | 2.71 | 287.70 | 322.31 | 建设用地 | 16.41 | 23.52 | 2.03 | 449.17 | 491.13 | |
总计 | 194.27 | 430.34 | 18.13 | 491.13 | 1133.86 | 总计 | 233.69 | 238.78 | 17.10 | 644.29 | 1133.86 |
表4
2000—2016年景观水平景观格局指数变化
时间 | PD | LPI | LSI | FRAC_MN | AI | CONTAG | SHDI |
注:PD为斑块密度;LPI为最大斑块面积指数;LSI为景观形状指数;FRAC_MN平均分维数;AI为集聚指数;CONTAG为蔓延度指数;SHDI为Shannon 多样性指数。 | |||||||
2000年 | 5.9469 | 19.8616 | 41.0372 | 1.0480 | 93.0362 | 49.1435 | 1.1026 |
2008年 | 4.7581 | 34.1448 | 37.8782 | 1.0502 | 93.5991 | 50.0861 | 1.0985 |
2016年 | 4.5826 | 51.7748 | 39.4011 | 1.0541 | 93.3248 | 52.0995 | 1.0380 |
2000—2016年变化量 | –1.3643 | 31.9132 | –1.6361 | 0.0061 | 0.2886 | 2.956 | –0.0646 |
表5
2000—2016年西安市主城区各温度等级面积统计
温度等级 | 2000年 | 2008年 | 2016年 | |||||
面积/km2 | 比例/% | 面积/km2 | 比例/% | 面积/km2 | 比例/% | |||
低温区 | 42.73 | 3.77 | 76.21 | 6.72 | 87.75 | 7.74 | ||
次低温区 | 309.37 | 27.28 | 257.44 | 22.70 | 213.09 | 18.79 | ||
中温区 | 510.46 | 45.02 | 476.81 | 42.05 | 472.82 | 41.70 | ||
次高温区 | 183.98 | 16.23 | 265.68 | 23.43 | 311.32 | 27.46 | ||
高温区 | 87.32 | 7.70 | 57.72 | 5.09 | 48.88 | 4.31 | ||
总计 | 1133.86 | 100 | 1133.86 | 100 | 1133.86 | 100 |
表7
西安市主城区 2000—2016年土地利用类型转变前后的地表温度变化
时段 | 转变类型 | 转变面积/km2 | 转变前平均NDLST | 转变后平均NDLST | 转变前后平均NDLST差值 |
注:NDLST为归一化地表温度。 | |||||
2000—2008年 | 林草地→建设用地 | 53.18 | 0.37 | 0.46 | 0.09 |
耕地→建设用地 | 143.06 | 0.42 | 0.48 | 0.06 | |
水域→建设用地 | 7.19 | 0.36 | 0.46 | 0.10 | |
2008—2016年 | 林草地→建设用地 | 56.15 | 0.40 | 0.46 | 0.06 |
耕地→建设用地 | 135.54 | 0.44 | 0.46 | 0.02 | |
水域→建设用地 | 3.43 | 0.42 | 0.45 | 0.03 | |
2000—2016年 | 林草地→建设用地 | 90.75 | 0.37 | 0.47 | 0.10 |
耕地→建设用地 | 250.74 | 0.42 | 0.46 | 0.04 | |
水域→建设用地 | 9.99 | 0.35 | 0.46 | 0.11 |
表8
斑块类型水平指数差值与归一化地表温度差值的回归分析
斑块类型 水平指数 | 景观类型 | 2000—2008年NDLST差值 | 2008—2016年NDLST差值 | |||
一元回归方程 | 相关系数 | 一元回归方程 | 相关系数 | |||
注:*表示P<0.05;**表示P<0.01;NDLST为归一化地表温度;其他变量含义见表4;样品数N=582 | ||||||
PD差值 | 林草地 | 无 | 0.001 | 无 | 0.019 | |
耕地 | 无 | 0.053 | 无 | 0.020 | ||
水域 | 无 | 0.056 | ΔNDLST=0.0024ΔPD−0.0245 | 0.133** | ||
建设用地 | ΔNDLST=−0.0027ΔPD+0.0297 | –0.238** | 无 | −0.023 | ||
LPI差值 | 林草地 | ΔNDLST=−0.0008ΔLPI+0.0316 | –0.309** | ΔNDLST=−0.0019ΔLPI−0.0192 | −0.518** | |
耕地 | ΔNDLST=0.0002ΔLPI+0.0341 | 0.111** | ΔNDLST=0.0010ΔLPI−0.0081 | 0.375** | ||
水域 | ΔNDLST=−0.0008ΔLPI+0.0299 | –0.154** | ΔNDLST=−0.0034ΔLPI−0.0245 | −0.226** | ||
建设用地 | ΔNDLST=0.0005ΔLPI+0.0244 | 0.221** | ΔNDLST=0.0010ΔLPI−0.0372 | 0.289** | ||
LSI差值 | 林草地 | ΔNDLST=0.0037ΔLSI+0.0315 | 0.094* | ΔNDLST=0.0215ΔLSI−0.0197 | 0.356** | |
耕地 | ΔNDLST=−0.0056ΔLSI+0.0313 | −0.112** | ΔNDLST=−0.0097ΔLSI−0.0251 | −0.186** | ||
水域 | 无 | −0.014 | ΔNDLST=0.0127ΔLSI−0.0268 | 0.141** | ||
建设用地 | ΔNDLST=−0.0076ΔLSI+0.0296 | −0.169** | ΔNDLST=−0.0177ΔLSI−0.0260 | −0.203** | ||
FRAC_MN差值 | 林草地 | 无 | 0.006 | ΔNDLST=−0.0450ΔFRAC_MN−0.0229 | −0.190** | |
耕地 | ΔNDLST=0.0228ΔFRAC_MN+0.0316 | 0.093* | ΔNDLST=0.0261ΔFRAC_MN−0.0221 | 0.126** | ||
水域 | 无 | 0.079 | ΔNDLST=−0.0167ΔFRAC_MN−0.0266 | −0.121** | ||
建设用地 | ΔNDLST=0.0216ΔFRAC_MN+0.0324 | 0.120** | 无 | 0.044 | ||
AI差值 | 林草地 | 无 | −0.076 | ΔNDLST=−0.0006ΔAI−0.0221 | −0.237** | |
耕地 | 无 | 0.072 | ΔNDLST=0.0004ΔAI−0.0205 | 0.168** | ||
水域 | 无 | 0.014 | ΔNDLST=−0.0002ΔAI-0.0265 | −0.120** | ||
建设用地 | ΔNDLST=0.0002ΔAI+0.0328 | 0.093* | ΔNDLST=0.0004ΔAI−0.0245 | 0.101* |
表9
景观水平指数差值与归一化地表温度差值的回归分析
景观水平指数 | 2000—2008年NDLST差值 | 2008—2016年NDLST差值 | |||
一元回归方程 | 相关系数 | 一元回归方程 | 相关系数 | ||
注:*表示P<0.05;**表示P<0.01;NDLST为归一化地表温度;其他变量含义见表4;样品数N=582 | |||||
PD差值 | 无 | 0.044 | 无 | –0.006 | |
LPI差值 | ΔNDLST=0.0002ΔLPI+0.0316 | 0.089* | ΔNDLST=0.0009ΔLPI−0.0226 | 0.365** | |
LSI差值 | 无 | –0.033 | ΔNDLST=–0.0288ΔLSI−0.0225 | –0.357** | |
FRAC_MN差值 | 无 | –0.010 | ΔNDLST=–0.5247ΔFRAC_MN−0.0241 | –0.120** | |
AI差值 | 无 | –0.021 | ΔNDLST=0.0057ΔAI−0.0219 | 0.317** | |
CONTAG差值 | ΔNDLST=0.0003ΔCONTAG+0.0321 | 0.140** | ΔNDLST=0.0009ΔCONTAG−0.0207 | 0.318** | |
SHDI差值 | ΔNDLST=–0.0145ΔSHDI+0.0315 | –0.094* | ΔNDLST=–0.0790ΔSHDI−0.0241 | –0.384** |
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