談植被覆蓋率對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響

陳敏捷 任藝琳 尹 依

(江西理工大學(xué)，江西 贛州 341000)

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談植被覆蓋率對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響

陳敏捷 任藝琳 尹 依

(江西理工大學(xué)，江西 贛州 341000)

以贛州市為例，介紹了地表溫度的反演原理與反演結(jié)果，通過(guò)對(duì)比城市綠地覆蓋率與熱島效應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系，探究了城市綠地系統(tǒng)建設(shè)在控制城市熱島效應(yīng)中的作用，指出城市綠地系統(tǒng)空間布局的重要性。

植被覆蓋率，城市熱島效應(yīng)，地表溫度，綠地規(guī)劃

0 引言

城市熱島效應(yīng)指的是城市在發(fā)展過(guò)程中，由于建設(shè)的需要，造成城市下墊面性質(zhì)改變、城市風(fēng)道改變、人工廢熱、廢氣排放等因素產(chǎn)生的熱量在城市空間范圍內(nèi)聚集，不能有效散發(fā)，而導(dǎo)致城區(qū)氣溫明顯高于周邊地區(qū)氣溫的現(xiàn)象。從熱場(chǎng)分布圖上看，熱量聚集形成一個(gè)個(gè)孤立的小島。

熱島效應(yīng)自19世紀(jì)被英國(guó)化學(xué)家Lake Howard[1]提出，到現(xiàn)在為止已經(jīng)有近200年的時(shí)間了，此后各國(guó)學(xué)者對(duì)熱島效應(yīng)的研究也在不斷的進(jìn)行著。Manley[2]于1958年首次提出城市熱島(Urban Heat Island,UHI)的概念。

城市熱島可看作為一種城市的微氣候，但是這種微氣候?qū)Τ鞘械慕?jīng)濟(jì)發(fā)展以及市民的健康都會(huì)產(chǎn)生不利的影響。我國(guó)也有許多學(xué)者通過(guò)衛(wèi)星遙感技術(shù)對(duì)我國(guó)各大城市的熱島效應(yīng)進(jìn)行了研究。

贛州市是一個(gè)地處兩江交匯處的城市，章江新區(qū)與老城區(qū)有著一江之隔。章江新區(qū)建設(shè)粗獷、規(guī)劃有序，而老城區(qū)用地緊缺、綠地稀少，這也是新、老城區(qū)的最大不同。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，目前章江新區(qū)有了較大的規(guī)模，綠地體系也基本構(gòu)建完成。贛州經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)(簡(jiǎn)稱(chēng)“黃金開(kāi)發(fā)區(qū)”)位于城西，其規(guī)模略大于老城區(qū)與章江新區(qū)之和，與之不同的是在用地結(jié)構(gòu)上主要以工業(yè)用地、道路用地為主，綠地占比較輕。本文通過(guò)遙感技術(shù)對(duì)贛州市這三個(gè)區(qū)域的地表溫度的分布進(jìn)行分析，并結(jié)合各區(qū)域在不同時(shí)期的植被覆蓋率，旨在研究在城市建設(shè)與發(fā)展的過(guò)程中，城市植被覆蓋率對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響。

1 研究區(qū)域概況及數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

贛州市位于江西省南部，是江西省面積最大、人口和下轄縣市最多的地級(jí)市。本文選取贛州市章貢區(qū)范圍為研究對(duì)象，包含老城區(qū)、章江新區(qū)及黃金開(kāi)發(fā)區(qū)以及周邊的山體，總研究面積約為466.68 km2。

為更好地對(duì)比贛州市在近十余年間城市發(fā)展變化對(duì)城市熱分布的影響，研究城市綠地系統(tǒng)建設(shè)對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響，本文選取贛州市2002年9月4日，2013年8月9日和2014年10月15日的Landsat7,8衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)[3]作為研究對(duì)象。

2 地表溫度反演原理與反演結(jié)果

本文采用大氣校正法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，其原理是通過(guò)估計(jì)大氣對(duì)地表熱輻射的影響,然后把這部分大氣影響從衛(wèi)星傳感器所觀測(cè)到的熱輻射總量中減去,從而得到地表熱輻射強(qiáng)度，再把這一熱輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的地表溫度。其原理如圖1所示。

根據(jù)上述操作，我們能得到這三組數(shù)據(jù)的地表溫度分布圖，其結(jié)果如圖2～圖4所示。

3 反演結(jié)果對(duì)比分析

為更好對(duì)比這三組數(shù)據(jù)，我們將研究區(qū)域劃分成老城區(qū)、章江新區(qū)和黃金開(kāi)發(fā)區(qū)。分區(qū)如圖5所示。

通過(guò)統(tǒng)計(jì)各研究區(qū)域的數(shù)據(jù)，計(jì)算各區(qū)域內(nèi)的平均溫度、溫差、返回expr的樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差(StdDev)以及植被覆蓋率，結(jié)果如表1所示。

通過(guò)觀察2002年數(shù)據(jù)，我們可以看出，當(dāng)時(shí)老城區(qū)的平均地表溫度明顯高于章江新區(qū)和黃金開(kāi)發(fā)區(qū)，而章江新區(qū)和黃金開(kāi)發(fā)區(qū)的平均地表溫度向接近，觀察溫差則看出老城區(qū)的溫差要明顯大于另外兩區(qū)，StdDev老城區(qū)明顯高于另外兩區(qū)，也說(shuō)明在老城區(qū)的溫度分布存在較為明顯的溫度聚集情況。

表1 各研究區(qū)域數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)表

到了2013年，數(shù)據(jù)則發(fā)生了很大的變化，經(jīng)過(guò)十余年時(shí)間建設(shè)與發(fā)展，贛州新區(qū)基本上已經(jīng)建成。這導(dǎo)致兩區(qū)用地性質(zhì)發(fā)生了很大變化，研究范圍內(nèi)的土地基本上由非建設(shè)用地轉(zhuǎn)變成為了建設(shè)用地。通過(guò)表2可以看出三區(qū)用地變化。

表2 老城區(qū)、章江新區(qū)、黃金開(kāi)發(fā)區(qū)用地功能一覽表

觀察2013年的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)在黃金開(kāi)發(fā)區(qū)StdDev明顯升高，并且高于另外兩區(qū)。這意味著該區(qū)存在明顯局部的溫度聚集情況，即存在明顯的熱島效應(yīng)。而章江新區(qū)的StdDev值略微低于老城區(qū)，也就是說(shuō)該區(qū)的熱島效應(yīng)要弱于老城區(qū)。

而到了2014年，黃金開(kāi)發(fā)區(qū)的StdDev值仍是明顯高于另外兩區(qū)，并且地表溫差達(dá)到了19.7 ℃。章江新區(qū)的StdDev值和溫差也略微要高于老城區(qū)。

由于近十余年來(lái)，老城區(qū)用地性質(zhì)變化較小，可將老城區(qū)作為參照組，將其值設(shè)為1，得出另外兩區(qū)的相對(duì)于參照組的值，如表3所示。

表3 研究區(qū)域數(shù)據(jù)分析對(duì)比表

從各區(qū)域植被覆蓋率與StdDev的關(guān)系上看，植被覆蓋率越高，StdDev值越低，表明熱島效應(yīng)越弱。隨著植被覆蓋率的降低，熱島效應(yīng)越來(lái)越明顯，研究范圍內(nèi)溫差也會(huì)變得越來(lái)越大。觀察對(duì)比2014年數(shù)據(jù)，章江新區(qū)的溫度和溫差與老城區(qū)數(shù)據(jù)都較為接近，而對(duì)比植被覆蓋率，兩者卻有較大的差距，章江新區(qū)植被覆蓋率明顯要高于老城區(qū)。黃金開(kāi)發(fā)區(qū)的綠地覆蓋率接近于老城區(qū)，但是其熱島效應(yīng)卻要遠(yuǎn)高于老城區(qū)。這就是說(shuō)當(dāng)城市建設(shè)到一定水平時(shí)，城市的綠地覆蓋率的高低并不會(huì)成為影響城市熱島效應(yīng)的主要因素。

而通過(guò)研究贛州衛(wèi)星影像圖對(duì)比三區(qū)的空間結(jié)構(gòu)，我們能發(fā)現(xiàn)這三區(qū)在城市空間結(jié)構(gòu)、路網(wǎng)形態(tài)、尺度以及綠地空間布局形態(tài)都有很大的不同。從路網(wǎng)密度上看，老城區(qū)路網(wǎng)密度要明顯高于另外兩區(qū)，其路網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要沿襲民國(guó)時(shí)期，多以自由式布局為主。特點(diǎn)是路網(wǎng)密度大，街區(qū)的尺寸較小。而在植被的布局上則主要采用沿街巷布局為主，街區(qū)內(nèi)部布局為輔的方式，從整體形態(tài)上看，老城區(qū)的植被分布較為均勻。另外兩區(qū)街巷與綠地關(guān)系如表4所示。

表4 各區(qū)城市街巷與綠地關(guān)系對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)植被覆蓋率越高，控制和減少城市熱島效應(yīng)的作用越明顯。但是當(dāng)植被覆蓋率較為固定，或是變化不大時(shí)，城市綠地系統(tǒng)的空間分布形態(tài)直接影響了城市的熱島效應(yīng)。密集均勻的綠地系統(tǒng)形式更加有利于減少城市的熱島效應(yīng)。在城市規(guī)劃中，城市的綠地率都有一個(gè)變化不大的值域。如何在這個(gè)值域內(nèi)設(shè)計(jì)和規(guī)劃城市的綠地系統(tǒng)，是每一個(gè)規(guī)劃者都要認(rèn)真思考的事情。在城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃過(guò)程中，規(guī)劃者不應(yīng)該盲目被綠地率、綠化率等指標(biāo)束縛，而是要經(jīng)過(guò)科學(xué)合理的分析，對(duì)城市的綠地進(jìn)行布局和規(guī)劃。這樣才能積極發(fā)揮城市綠地系統(tǒng)對(duì)減弱城市熱島效應(yīng)的作用。

[1] Howard L.Climate of London Deduced from Metrological Observations[M].3rd Edition.London:Harvey and Dorton Press,1833:348.

[2] Manley G.On the Frequency of Snow fall in Metropolitan England[J].Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society,1958(84):70-72.

[3] 中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心GSCloud平臺(tái).http://www.gscloud.cn/.

[4] 基于Landsat ETM+數(shù)據(jù)和大氣校正法的地表溫度反演[OL].http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d010129lt.html.

Study on the impact of vegetation covering percentage upon urban heat island effect

Chen Minjie Ren Yilin Yin Yi

(JiangxiUniversityofTechnology,Ganzhou341000,China)

Taking Ganzhou city as an example， it introduces inverse principles and inverse result of surface temperature, by comparing the relationship between urban green space coverage and the intensity of urban heat island effect， this study explores the role of urban green space system construction in controlling urban heat island effect， and to understand the importance of the spatial distribution of urban green space system.

percentage of vegetation， urban heat island effect， surface temperature， green space planning

1009-6825(2016)05-0009-02

2015-12-01

陳敏捷(1991- )，男，在讀碩士； 任藝琳(1991- )，女，在讀碩士； 尹 依(1991- )，女，在讀碩士

TU985

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