2000—2012年烏魯木齊市城市熱島效應(yīng)變化衛(wèi)星遙感監(jiān)測(cè)分析

李悅+王國(guó)江+張青+陳鵬

摘要：通過MODIS地表溫度產(chǎn)品數(shù)據(jù)MOD11C3月數(shù)據(jù)對(duì)烏魯木齊地區(qū)2000-2013年1、4、7、10四個(gè)月的地溫變化進(jìn)行分析，結(jié)合Aqua的土地覆被產(chǎn)品MCD12Q1數(shù)據(jù)對(duì)烏魯木齊地區(qū)同時(shí)間段植被覆蓋情況的分析，烏魯木齊地區(qū)地表覆蓋分布基本符合地溫分布。位于市中心的沙區(qū)、天山區(qū)、高新區(qū)三個(gè)區(qū)，每個(gè)月多年變化趨勢(shì)比較穩(wěn)定，增幅和減幅均很小。水磨溝區(qū)與頭屯河區(qū)轄區(qū)內(nèi)，大部分為草地覆蓋，有部分城建用地、農(nóng)田和林地，兩個(gè)區(qū)地溫均呈微弱的上升趨勢(shì)。達(dá)坂城區(qū)荒漠化面積大幅增加，體現(xiàn)在地溫上為每個(gè)月份的溫度趨勢(shì)都呈上升走勢(shì)。烏魯木齊縣林地面積、農(nóng)田面積減小多轉(zhuǎn)化為草地，所以地表溫度有微弱的上升趨勢(shì)。米東區(qū)的荒漠化面積大大減小轉(zhuǎn)為草地，但是可能是工廠自行種植的人工草地，所以地溫并沒有呈現(xiàn)出大幅降溫的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：城市熱島；地表溫度；土地覆蓋

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）25-0224-03

城市熱島是由城市大量人工發(fā)熱、道路和建筑物等高蓄熱體及綠地面積減少等原因造成的。熱島效應(yīng)增加了城市高溫天氣出現(xiàn)的頻率并不斷帶來高溫災(zāi)害，每年都會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。伴隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)城市化進(jìn)程也在快速推進(jìn)，高密度的人口分布和不斷增加的汽車保有量，導(dǎo)致溫室氣體排放程直線增加，不斷拓寬的城市水泥和瀝青道路以及不斷新建的城市高架道路，必然會(huì)加劇城市熱島效應(yīng)。城市熱島效應(yīng)將會(huì)嚴(yán)重影響居民的生生產(chǎn)、生活和其他各類活動(dòng)。雖然英國(guó)人Howard早在19世紀(jì)初就發(fā)現(xiàn)了城市熱島的存在，其后很多科學(xué)家們也不斷對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行模擬和研究，并取得眾多重要的研究成果，但Arnfield在對(duì)他的二十世紀(jì)最后二十年的城市氣候特征研究進(jìn)行總結(jié)時(shí)還是將城市熱島效應(yīng)單獨(dú)列了出來，由此可見城市熱島效應(yīng)仍是大氣科學(xué)研究中的熱點(diǎn)問題。烏魯木齊是新疆自治區(qū)的首府，是我國(guó)西北地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)文化中心和對(duì)外交流中心，市域面積為14216.3平方公里，轄7區(qū)、1縣，2014年末常住人口為355萬人，2016年底汽車保有量為93萬輛，基本以每年10萬輛的速度增長(zhǎng)。人口和汽車保有量的不斷增加在不斷改變著城市原有的下墊面特征以及近地層大氣結(jié)構(gòu)，城市熱島效應(yīng)影響逐年增加。

1 研究區(qū)概況

烏魯木齊地處歐亞大陸腹地，屬于中溫帶半干旱氣候，晝夜溫差大，冬夏變化劇烈，降水很少，并且隨高度變化垂直遞增；冬季漫長(zhǎng)而寒冷，四季明顯分配不均，冬季伴有逆溫層出現(xiàn)。1月平均氣溫在15攝氏度 ，7月平均氣溫在24攝氏度 ，年平均氣溫在7.3攝氏度 ，年均降水量在271.4毫米，年均蒸發(fā)量在2164.2毫米，年均日照2775小時(shí)，年均無霜期105～168天。

烏魯木齊市三面環(huán)山，地形起伏較大，山地面積占城市總面積的50%以上，城市東部有博格達(dá)山、東山、喀拉塔格山；城市西部有西山、喀拉扎山；城市南部有土格達(dá)坂塔格、伊連哈比爾尕山東段（天格爾山）等。轄區(qū)地勢(shì)從東南向西北逐漸降低，大題可分為3個(gè)梯級(jí)：第一級(jí)主要為山地，海拔在2500～3000米或更高；第二級(jí)主要為山間盆地和丘陵，海拔在1000～2000米；第三級(jí)主要為平原，海拔在600米以下。烏魯木齊市城區(qū)平均海拔在800米左右。

烏魯木齊南北方向最寬處約153千米，東西方向最長(zhǎng)約190千米，全市總面積有12000多平米，地理坐標(biāo)為42°45'32″～44°08′00″N，86°37′33″～88°58′24″E。烏魯木齊行政區(qū)劃為：沙依巴克區(qū)、天山區(qū)、水磨溝區(qū)、新市區(qū)、達(dá)坂城區(qū)、頭屯河區(qū)、烏魯木齊縣、東山區(qū)。目前，烏魯木齊市轄區(qū)內(nèi)分布有4個(gè)氣象觀測(cè)站點(diǎn)，分布區(qū)域?yàn)椋簽豸斈君R市氣象站，隸屬天山區(qū)；達(dá)坂城區(qū)氣象站，隸屬達(dá)坂城區(qū)；大西溝氣象站與小渠子氣象站，隸屬烏魯木齊縣。從海拔高度來看，達(dá)坂城氣象站與烏魯木齊市氣象站屬于平原地帶氣象站；大西溝氣象站歸屬于高山帶氣象站；小渠子氣象站歸屬于中山帶氣象站。

2 烏市城市熱島效應(yīng)分析

利用MODIS地表溫度產(chǎn)品數(shù)據(jù)MOD11C3月數(shù)據(jù)對(duì)烏魯木齊地區(qū)2000-2013年1、4、7、10四個(gè)月的地溫變化進(jìn)行分析。由圖1可知，在每個(gè)月，烏市每個(gè)行政區(qū)的溫度變化趨勢(shì)基本相同。一月份最冷年份為2011年，米東區(qū)比其他地區(qū)溫度低，溫度為-23.0℃；一月份最熱年份為2009年，達(dá)坂城區(qū)溫度最高，溫度為-4.8℃。四月份最冷年份為2010年，最冷地區(qū)為烏魯木齊縣，溫度為12.4℃；四月份最熱年份為2012年，米東區(qū)溫度最高，溫度為31.0℃。七月份最冷年份為2003年，最冷地區(qū)為烏魯木齊縣，溫度為22.8℃；七月份最熱年份為2008年，最熱地區(qū)為米東區(qū)，溫度為46.0℃。十月份最冷年份為2007年，地區(qū)為烏魯木齊縣，溫度為12.2℃；十月份最熱年份為2009年，最熱地區(qū)為米東區(qū)，溫度為24.5℃。分區(qū)來看，米東區(qū)呈現(xiàn)出特殊的趨勢(shì)，冬季比其他區(qū)冷，夏季比其他區(qū)熱。烏魯木齊縣和達(dá)坂城區(qū)相比其他區(qū)，在四個(gè)月中均呈現(xiàn)溫度較低。其他幾個(gè)區(qū)的地表溫度都介于米東區(qū)和烏魯木齊縣、達(dá)坂城區(qū)之間。位于市中心地帶的沙區(qū)和天山區(qū)的地表溫度變化曲線基本重疊。

將2013年與2000年地表數(shù)據(jù)做差值發(fā)現(xiàn)：一月份，烏魯木齊縣、沙區(qū)、天山區(qū)和水磨溝區(qū)均出現(xiàn)一定程度的溫度增加，米東區(qū)南部和達(dá)坂城中部出現(xiàn)溫度降低趨勢(shì)。四月份，烏魯木齊縣、沙區(qū)、天山區(qū)和達(dá)坂城區(qū)部分地區(qū)溫度增加，米東區(qū)溫度降低。七月份，烏魯木齊縣中部、達(dá)坂城區(qū)北部與東部、米東區(qū)南部溫度降低，烏魯木齊縣南部、達(dá)坂城區(qū)南部、頭屯河區(qū)等部分溫度增加。十月份，米東區(qū)北部、烏魯木齊縣西南部、達(dá)坂城區(qū)西北部溫度降低，烏魯木齊縣東北部、天山區(qū)、水磨溝區(qū)、沙區(qū)溫度增加。其中，14年來溫度增幅最大為十月，增加的溫度為10.58℃，溫度降幅最大為七月，減小的溫度為6.58℃。

3 烏市地表特征變化分析endprint

運(yùn)用MODIS/Terra + Aqua的土地覆被產(chǎn)品MCD12Q1數(shù)據(jù)，根據(jù)UMD分類體系對(duì)烏市的土地利用類型進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)，將其中14個(gè)地表覆蓋類別歸為水體、林地、草地、荒漠、農(nóng)田、城建用地等6個(gè)類別進(jìn)行分析。

由圖3可知：烏魯木齊市水體主要集中在達(dá)坂城區(qū)，在東南部的柴窩堡達(dá)坂城谷地坐落著烏魯木齊僅有的兩個(gè)湖泊鹽湖和柴窩堡湖；林地主要分布在烏魯木齊縣以及水磨溝區(qū)的東南部；草地覆蓋面積最廣，所有城區(qū)都有草地覆蓋；農(nóng)田主要集中在高新區(qū)和頭屯河區(qū)的北部以及米東區(qū)的西南角；高新區(qū)、沙依巴克區(qū)、天山區(qū)位于市中心，故城建用地大部分集中在這三個(gè)區(qū)；荒漠主要分布在達(dá)坂城區(qū)以及米東區(qū)的北部。將2012年與2001年地表覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，烏魯木齊市這12年水體、草地、農(nóng)田面積呈減少趨勢(shì)，水體面積減少1.28km2，草地面積減少361.27 km2，農(nóng)田面積減少144.26 km2?；哪土值孛娣e增加明顯，荒漠面積增加235.05 km2，林地增加308.25 km2。位于市中心的城建面積幾乎沒有發(fā)生變化。達(dá)坂城區(qū)和烏魯木齊縣東南角大部分草地在12年來已逐步變成了荒漠，但是米東區(qū)北部荒漠已大部分被草地所取代。2001年烏魯木齊縣以及水磨溝區(qū)的東南部都有部分農(nóng)田覆蓋，而2012年大部分農(nóng)田變遷為林地。

4 結(jié)論

結(jié)合多年烏市地溫?cái)?shù)據(jù)和地表變化數(shù)據(jù)來看，地表覆蓋分布基本符合地溫分布。位于市中心的沙區(qū)、天山區(qū)、高新區(qū)三個(gè)區(qū)，每個(gè)月多年變化趨勢(shì)比較穩(wěn)定，增幅和減幅均很小。水磨溝區(qū)與頭屯河區(qū)轄區(qū)內(nèi)，大部分為草地覆蓋，有部分城建用地、農(nóng)田和林地，兩個(gè)區(qū)地溫均呈微弱的上升趨勢(shì)。達(dá)坂城區(qū)荒漠化面積大幅增加，體現(xiàn)在地溫上為每個(gè)月份的溫度趨勢(shì)都呈上升走勢(shì)。烏魯木齊縣林地面積、農(nóng)田面積減小多轉(zhuǎn)化為與草地，所以地表溫度有微弱的上升趨勢(shì)。米東區(qū)的荒漠化面積大大減小轉(zhuǎn)為草地，但是可能是工廠自行種植的人工草地，所以地溫并沒有呈現(xiàn)出大幅降溫的趨勢(shì)。

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