2001—2020年粵港澳大灣區(qū)植被和地表溫度時空變化研究

阮惠華，許劍輝，張菲菲

1.廣東省氣象探測數(shù)據(jù)中心，廣東 廣州 510080；2.廣東省科學院廣州地理研究所/廣東省遙感與地理信息應用重點實驗室/廣東省地理時空大數(shù)據(jù)工程實驗室/廣東省地理空間信息技術與應用公共實驗室，廣東 廣州 510070；3.廣東第二師范學院計算機學院，廣東 廣州 510310

人類活動對全球生態(tài)環(huán)境的影響日益強烈（Mahmoud et al.，2018；Chaplin-Kramer et al.，2019），主要是通過改變自然地表覆被從而影響生態(tài)環(huán)境，而城市化是造成地表覆被變化的重要原因之一（Liu et al.，2019a；王淵等，2020）?？焖俪鞘谢瘯沓鞘袩釐u、植被減少等典型問題（Bren d’Amour et al.，2017；Yao et al.，2017a），進一步破壞生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。因此，全面研究城市化對植被和熱環(huán)境的影響程度、時間變化趨勢及其相互關系，對城市的規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

遙感技術具有大面積同步觀測的特點，能夠較好地獲取地表參數(shù)的時空分布，現(xiàn)已被廣泛應用于城市化、生態(tài)水文、農(nóng)業(yè)、城市熱島和災害監(jiān)測等多個研究領域（Xu et al.，2018；Liu et al.，2019b；王一帆等，2020；閆章美等，2021）。相關學者利用遙感數(shù)據(jù)研究了城市化對植被和熱環(huán)境的影響（Peng et al.，2018；Zullo et al.，2019；何全軍，2019；馮嫻慧等，2022；王思等，2022）。陳丹等（2006）利用多時相MODIS13數(shù)據(jù)產(chǎn)品研究了廣東省、珠三角以及廣州市2000—2005年植被指數(shù)NDVI及其時空分布特征。結果表明，不同空間尺度的植被指數(shù)具有很強的夏高冬低季節(jié)規(guī)律特征，存在顯著的地區(qū)差異。Liu et al.（2015）利用1981—2010年歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）數(shù)據(jù)分析全球50個城市城市化對植被退化的影響，結果表明，城市化并不一定導致NDVI減少，但城鄉(xiāng)間的NDVI差異有所下降。鄧玉嬌等（2021）也指出2000—2018年廣東省NDVI總體呈上升趨勢。Yao et al.（2017b）利用2001—2016年MODIS的地表溫度和增強型植被指數(shù)（Enhanced Vegetation Index，EVI）分析長江流域城市化對植被和地表城市熱島的影響。結果表明，城市化對植被和熱島的作用越來越顯著，城鄉(xiāng)間的EVI差異顯著減少，城鄉(xiāng)間的白天和夜間地表溫度差異顯著增加。Quan et al.（2016）利用2000—2012年MODIS夜間地表溫度數(shù)據(jù)研究了北京地區(qū)夜間地表溫度的時間變化趨勢及其與NDVI、氣候參數(shù)的關系，結果表明，城市夜間地表溫度的時間變化趨勢與 NDVI呈顯著負相關，而在農(nóng)村地區(qū)相關性不顯著。2000—2020年期間，中國經(jīng)歷了快速城市化的轉(zhuǎn)型（2000—2010年）和升級（2010—2020年）階段，處于城鄉(xiāng)社會經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的關鍵階段。在不同的城市化階段，城市的植被、地表溫度和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)不同的變化特征，尤其是高度城市化的地區(qū)，如粵港澳大灣區(qū)。相比城市化轉(zhuǎn)型階段，廣州市在城市化升級階段不透水面面積顯著增加，導致城市熱島效應風險加大，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量退化（Xu et al.，2021）。

粵港澳大灣區(qū)城市化水平高，土地擴張明顯，建設用地面積增加顯著，人口高度集中，交通路網(wǎng)密集，城市地表引起的小氣候變化在這一區(qū)域形成了明顯的城市熱島效應（楊智威等，2018），進而降低了大灣區(qū)整體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量（王淵等，2020）。中共中央國務院于2019年2月印發(fā)實施的《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》提出，大力推進生態(tài)文明建設，建設宜居宜業(yè)宜游的優(yōu)質(zhì)生活圈，為居民提供良好生態(tài)環(huán)境，促進大灣區(qū)可持續(xù)發(fā)展。因此，在全球氣候變暖背景下，研究粵港澳大灣區(qū)植被和地表溫度等在不同城市化發(fā)展階段的時空變化趨勢具有重要的意義，可以為進一步提升大灣區(qū)城市群區(qū)域發(fā)展質(zhì)量提供技術支撐。本研究綜合利用2001—2020年MODIS EVI和地表溫度數(shù)據(jù)，估算2001—2020年大灣區(qū)EVI和地表溫度的20年不同時間尺度的平均值，通過計算時間變化趨勢率進一步分析大灣區(qū)及各城市EVI和地表溫度的變化趨勢，分析地表溫度與EVI的關系。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)

粵港澳大灣區(qū)（111°21″—115°24″E；21°24″—24°23″N）位于華南地區(qū)，由香港、澳門兩個特別行政區(qū)和廣東省的廣州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、東莞市、中山市、江門市、肇慶市九個珠三角城市組成（圖1），總面積約5.6×104km2，2020年底，大灣區(qū)常住人口約 7000×104，經(jīng)濟總量達11.5萬億元（人民幣），是中國開放程度最高、經(jīng)濟活力最強的區(qū)域之一。大灣區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，常年多云多雨，夏長冬短，年均降水量1500 mm以上，年平均氣溫 22 ℃，降雨主要集中在4—9月。大灣區(qū)大部分區(qū)域海拔200 m以下，中部為珠江三角洲平原，三面以丘陵、山地為主，南部臨大海，城市擴張以中部珠江三角洲平原為主。圖1的地表溫度數(shù)據(jù)為利用2001—2002年MOD11A2地表溫度數(shù)據(jù)產(chǎn)品進行加權平均計算得到的白天年平均地表溫度。

圖1 研究區(qū)域Figure 1 Study area

1.2 MODIS地表溫度與EVI數(shù)據(jù)

地表溫度數(shù)據(jù)是由美國航空航天局提供的MODIS Terra衛(wèi)星V6版的MOD11A2全球地表溫度/發(fā)射率8 d合成產(chǎn)品，空間分辨率為1 km，時間分辨率為8 d。MOD11A2地表溫度產(chǎn)品包括當?shù)貢r間 10:30（白天）和22:30（夜間）兩個時刻產(chǎn)品，產(chǎn)品精度在±1 K以內(nèi)，已被廣泛應用于生態(tài)環(huán)境、熱島監(jiān)測分析、氣候變化等相關領域。本研究獲取粵港澳大灣區(qū)2001—2020年的時間序列地表溫度數(shù)據(jù)集，并根據(jù)研究區(qū)域范圍進行數(shù)據(jù)裁剪和處理。

相關研究表明，相比 NDVI，EVI指數(shù)更適合于城市區(qū)域的植被動態(tài)監(jiān)測。本研究采用美國航空航天局提供的MODIS Terra衛(wèi)星 V6版的MOD13A2的EVI產(chǎn)品分析高度城市化的粵港澳大灣區(qū)植被變化特征。MOD13A2的EVI指數(shù)產(chǎn)品空間分辨率為1 km，時間分辨率為16 d。本研究獲取粵港澳大灣區(qū)2001—2020年的時間序列EVI數(shù)據(jù)集，并根據(jù)研究區(qū)域范圍進行數(shù)據(jù)裁剪和處理。

1.3 研究方法

由于天氣條件、水體等因素影響，MODIS地表溫度和EVI指數(shù)產(chǎn)品存在缺失或較大的不確定性問題，本研究先對無效值的像元進行掩模處理，確保地表溫度和EVI指數(shù)產(chǎn)品的可靠性。鑒于Google Earth Engine（GEE）的強大云計算能力，本研究利用GEE對MODIS的EVI和地表溫度數(shù)據(jù)進行處理。由于廣東地區(qū)夏季和冬季分別具有最大、最小的NDVI值和地表溫度（鄧玉嬌等，2021），具有明顯的時間變化特征，因此，選擇夏季和冬季的EVI和地表溫度進行研究。按照不同時間尺度通過均值合成法對8 d的MOD11A2白天和夜間地表溫度數(shù)據(jù)進行計算處理，分別得到全年、夏季（6—8月）和冬季（12至次年2月）的序列地表溫度數(shù)據(jù)集，并統(tǒng)計20年大灣區(qū)及各城市年、夏季和冬季白天、夜間地表溫度平均值。采用相同的方法對 16 d的MOD13A2 EVI產(chǎn)品進行處理，分別得到全年、夏季和冬季的序列EVI數(shù)據(jù)集，并統(tǒng)計20年大灣區(qū)及各城市年、夏季和冬季EVI平均值。

此外，利用時間序列線性回歸分析方法對粵港澳大灣區(qū)及各城市EVI和地表溫度的變化趨勢進行分析。

式中：

ti——年份；

yti——第ti年粵港澳大灣區(qū)或各城市不同時間尺度（年、夏季和冬季）的平均EVI和地表溫度。

a和b——回歸系數(shù)，采用最小二乘進行估算?；貧w系數(shù)b為回歸模型斜率，可以用于表示粵港澳大灣區(qū)或各城市平均EVI和地表溫度增加或降低的變化趨勢，系數(shù)b＞0表示EVI或地表溫度隨時間呈增加趨勢；系數(shù)b＜0表示EVI或地表溫度隨時間呈降低趨勢。

2 結果

2.1 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)植被與地表溫度的統(tǒng)計分析

圖2顯示了2001—2020年粵港澳大灣區(qū)年、夏季和冬季的平均EVI空間分布。從圖2可知，大灣區(qū)夏季平均EVI最大值達到了0.743，大于年與冬季的EVI最大值；年、冬季平均EVI最大值均小于0.569?；浉郯拇鬄硡^(qū)中心區(qū)域主要由不透水面覆蓋，EVI值相對較低；中心區(qū)域外郊主要由植被覆蓋，EVI相對較高。中心區(qū)域的EVI小于外郊的EVI。此外，從圖2也可知，夏季中心區(qū)域與外郊的EVI差異大于冬季中心區(qū)域與外郊的EVI差異。

圖2 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)年、夏季和冬季平均EVI空間分布Figure 2 Spatial distribution of annual,summer and winter averaged EVI for GBA,China in 2001-2020

表1顯示了大灣區(qū)及各城市2001—2020年EVI植被指數(shù)年、季節(jié)平均統(tǒng)計結果。從表1可知，大灣區(qū)近20年EVI均值達到了0.358，夏季和冬季均值相差比較大，差值達到了0.138。3個城市的EVI年均值大于大灣區(qū)，主要包括惠州市、江門市和肇慶市；其他8個城市的EVI年均值小于大灣區(qū)。其中，肇慶市的EVI植被指數(shù)最大，夏季EVI均值接近0.5，遠大于其他城市的EVI植被指數(shù)；惠州市緊跟其后，其EVI均值略小于肇慶市的EVI均值。這也反映出肇慶市的植被生長狀況整體更好，地表植被覆蓋度更高。澳門的年、夏季和冬季EVI均值是最小的，最小的冬季EVI植被指數(shù)均值僅為0.121。這表明澳門的地表植被覆蓋度相對其他城市低很多。此外，東莞市、佛山市、深圳市和珠海市的EVI年均值都小于0.3。從表1也可知，大灣區(qū)及各城市的夏季EVI均值整體上大于冬季EVI均值，最大的差異達到了57%。

表1 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)及各城市平均植被指數(shù)統(tǒng)計情況Table 1 Statistical results of the averaged enhanced vegetation index (EVI) from 2001 to 2020 in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area (GBA),China

圖3和圖4顯示了20年粵港澳大灣區(qū)年、夏季和冬季白天、夜間平均地表溫度空間分布。從圖3和圖4可知，大灣區(qū)夏季白天地表溫度在38.105—24.276 ℃之間，夜間地表溫度最多降低了約10 ℃。冬季夜間最大地表溫度為17.577 ℃，最低地表溫度低于5.5 ℃。從圖3和圖4也可知，大灣區(qū)年、夏季和冬季白天最大與最小地表溫度差大于夜間最大與最小地表溫度差，白天地表溫度差達到了13 ℃，夜間地表溫度差約 10 ℃。高溫區(qū)主要集中在大灣區(qū)中心區(qū)域，相對低溫區(qū)分布在中心區(qū)域外郊。

圖3 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)年、夏季和冬季白天平均地表溫度空間分布Figure 3 Spatial distribution of annual,summer and winter daytime averaged LST for GBA,China in 2001-2020

圖4 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)年、夏季和冬季夜間平均地表溫度空間分布Figure 4 Spatial distribution of annual,summer and winter nighttime averaged LST for GBA,China in 2001-2020

大灣區(qū)及各城市2001—2020年白天和夜間年、季節(jié)地表溫度的統(tǒng)計情況如表2所示。整體上，整個大灣區(qū)白天年平均地表溫度為24.980 ℃，夏季白天平均地表溫度超過30 ℃。在大灣區(qū)11個城市中，東莞市具有最高的白天地表溫度，夏季白天平均地表溫度超過了33 ℃，冬季白天平均地表溫度也達到了20.895 ℃；肇慶市具有最低的白天年和冬季平均地表溫度，分別低于24 ℃和17.5 ℃。7個城市的夏季白天平均地表溫度超過30 ℃，包括東莞、佛山、廣州、澳門、深圳、中山和珠海；此外，3個城市的冬季白天平均地表溫度超過20 ℃，包括東莞、深圳和中山，其他城市的冬季白天平均地表溫度都在19 ℃左右。11個城市中，有10個城市的夏季白天地表溫度與冬季白天地表溫度之間的差比（(夏天地表溫度-冬季地表溫度)/冬季地表溫度）超過50%，只有香港的夏季與冬季白天地表溫度的差比小于50%，為45.28%。

表2 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)及各城市平均地表溫度統(tǒng)計情況Table 2 Statistical results of the averaged land surface temperature (LST) from 2001 to 2020 in GBA,China

整個大灣區(qū)及其他城市夜間年平均地表溫度都低于20 ℃，夏季夜間平均地表溫度超過23 ℃；但冬季夜間最大平均地表溫度為13.697 ℃（香港），最低平均地表溫度低于11 ℃，僅為10.604 ℃（肇慶）。11個城市夏季夜間地表溫度與冬季夜間地表溫度之間的差比超過70%，其中4個城市的夏季與冬季夜間地表溫度差比超過了100%，包括佛山、廣州、惠州和肇慶。由此可知，在夜間，粵港澳大灣區(qū)及各城市夏天和冬天存在顯著的溫度差異。

對于夏季，各城市的白天地表溫度與夜間地表溫度的差比（(白天地表溫度-夜間地表溫度)/夜間地表溫度）都大于20%；差比大于30%的只有2個城市，為東莞和深圳。對于冬季，各城市的白天地表溫度與夜間地表溫度的差比更大，最小的地表溫度差比為40%（澳門），最大的地表溫度差比達到了66%（惠州）。由此可知，夏季城市白天和夜間的地表溫度差異要小于冬季白天和夜間的地表溫度差異，即冬季城市的降溫效率高于夏季城市的降溫效率。

結合表1和表2，本研究進一步分析不同時間尺度下EVI植被指數(shù)與地表溫度之間的相關性。從表3可知，EVI植被指數(shù)與地面溫度呈現(xiàn)出顯著的負相關（P＜0.01），夏季EVI植被指數(shù)與地表溫度的相關性大于冬季。年平均EVI植被指數(shù)與白天地表溫度的相關性大于夏季和冬季EVI植被指數(shù)與白天地表溫度的相關性。EVI植被指數(shù)與夜間地表溫度的相關性顯著大于EVI植被指數(shù)與白天地表溫度的相關性，其相關系數(shù)絕對值超過了0.812，最大的相關系數(shù)達到了-0.933（P＜0.01）。這是因為白天人類活動明顯，遙感反演的白天地表溫度同時受到植被和人類活動的影響；在夜間，人類活動顯著減少，夜間地表溫度主要受植被的影響。

表3 大灣區(qū)城市地表溫度與EVI指數(shù)的相關分析結果Table 3 Correlation coefficients between EVI and land surface temperature

2.2 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)植被的時間變化趨勢

圖5為2001—2020年粵港澳大灣區(qū)平均EVI的時間變化趨勢；年、夏季和冬季的EVI分別以0.004 a-1（P＜0.01）、0.005 a-1（P＜0.01）和0.004 a-1（P＜0.01）的速率顯著增長?？傮w上，EVI均呈顯著增長趨勢，夏季和冬季EVI的增長速率大于年度EVI的增長速率。大灣區(qū)夏季的EVI在2001—2013年之間都處于一個增長階段，2014年出現(xiàn)降低趨勢，到2017年進入增長趨勢，之后就呈現(xiàn)顯著下降趨勢。整體上，大灣區(qū)夏季年度EVI變化的波動比較大，特別是2013年之后。冬季的EVI呈現(xiàn)出與夏季不一樣的趨勢，2001—2005年EVI顯示下降趨勢，2006年開始，到2017年呈現(xiàn)顯著增長趨勢，進入2018年后也出現(xiàn)下降趨勢。

圖5 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)EVI時間變化趨勢Figure 5 Temporal trends of averaged EVI for GBA,China in 2001-2020

表4顯示了整個研究期間粵港澳大灣區(qū)各城市EVI的時間變化趨勢。大多數(shù)城市的年度、夏季和冬季EVI顯著增長，澳門的夏季EVI增長趨勢不顯著，不滿足P＜0.05的顯著性（Adj.r2=0.198，Adjusted r-square校正決定系數(shù)）。增長趨勢在冬季最為明顯，從東莞的0.002 a-1（P＜0.01）到肇慶的0.006 a-1（P＜0.01）。年、夏季和冬季EVI的增長速率大于等于0.004 a-1的城市分別有3個、7個和5個。夏季EVI增長速率大于冬季EVI增長速率的城市有5個，包括東莞、佛山、廣州、深圳和中山；夏季EVI增長速率小于冬季EVI增長速率的城市有2個，包括香港和珠海；惠州、江門和肇慶夏季和冬季EVI的增長速率一致，分為0.004、0.005和0.006 a-1。從表4也可知，大灣區(qū)大多數(shù)城市的夏季EVI增長速率大于冬季EVI增長速率。

表4 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)各城市植被（EVI）時間變化趨勢Table 4 Temporal trends of EVI for 11 cities in GBA,China in 2001-2020

2.3 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)地表溫度的時間變化趨勢

由于冬季白天和夜間地表溫度在2001—2010年與2011—2020年兩個階段呈現(xiàn)顯著的時間變化趨勢，因此，本研究對冬季白天、夜間地表溫度的時間變化趨勢分2001—2010年與2011—2020年兩個階段進行分析。

圖6顯示了整個研究期間粵港澳大灣區(qū)白天地表溫度的時間變化趨勢。年和夏季白天地表溫度在整個研究期間沒有顯著的上升或下降趨勢，總體上呈現(xiàn)比較平穩(wěn)的趨勢。大灣區(qū)冬季白天地表溫度時間變化比較明顯，呈現(xiàn)出兩個顯著不同的變化趨勢。2001—2010年期間，大灣區(qū)冬季白天地表溫度沒有明顯的時間變化趨勢；2011—2020年期間，大灣區(qū)冬季白天地表溫度呈現(xiàn)顯著上升趨勢，以0.286 ℃·a-1（P＜0.01）的速率顯著增加。

圖6 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)白天地表溫度時間變化趨勢Figure 6 The temporal trends of averaged daytime land surface temperature for GBA,China in 2001-2020

表5為2001—2020年粵港澳大灣區(qū)各城市白天地表溫度的時間變化趨勢，其中冬季白天地表溫度時間變化趨勢分為2001—2010年和2011—2020年兩個階段進行分析。大多數(shù)城市（年度8個城市和夏季7個城市）的年和夏季白天地表溫度的時間變化趨勢相對平穩(wěn)，沒有明顯的增加或減少。年和夏季白天地表溫度僅在東莞、佛山和中山3個城市都有增加的趨勢，白天地表溫度增加速率最大的是中山的夏季，達到0.121 ℃·a-1（P＜0.01）。深圳夏季白天地表溫度也呈現(xiàn)出一定程度的增溫趨勢，其增加速率為0.052 ℃·a-1（P＜0.05）。2001—2010年期間，大灣區(qū)所有城市的冬季白天地表溫度都沒有明顯的時間變化趨勢（表5）。然而，2011—2020年期間，大灣區(qū)所有城市的冬季白天地表溫度呈現(xiàn)顯著增加的趨勢。增加趨勢最高和最低的城市為東莞和香港，分別以 0.359 ℃·a-1（P＜0.01）和0.2051 ℃·a-1（P＜0.01）的速率增加；佛山和中山冬季白天地表溫度增幅類似，約0.340 ℃·a-1；廣州、澳門和珠海具有類似的冬季白天地表溫度增幅，增加速率約0.310 ℃·a-1。從表5也可知，大灣區(qū)各城市冬季的白天地表溫度從2011年開始整體上逐漸上升，冬季和夏季的白天地表溫度差異逐漸縮小。

表5 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)各城市白天地表溫度時間變化趨勢Table 5 Temporal trends of daytime LST for 11 cities in GBA,China in 2001-2020

粵港澳大灣區(qū) 2001—2020年夜間地表溫度的時間變化趨勢如圖7所示。大灣區(qū)年、夏季和冬季夜間地表溫度顯示了完全不同的時間變化趨勢。圖7顯示年夜間地表溫度有0.041 ℃·a-1（P＞0.05）的增加趨勢，但是不滿足P＜0.05的顯著性檢驗，因此，大灣區(qū)在整個研究期間年夜間地表溫度的變化相對平穩(wěn)。大灣區(qū)夜間地表溫度在夏季整體上呈增加趨勢，增加速率達到了0.046 ℃·a-1（P＜0.01）；換言之，與2001年相比，2020年大灣區(qū)夏季夜間地表溫度整體上增加了約0.9 ℃。在冬季，大灣區(qū)夜間地表溫度具有與白天地表溫度相似的時間變化趨勢，分為2001—2010年無顯著增加或降低趨勢和2011—2020年顯著增加趨勢兩個時期。盡管大灣區(qū)2001—2010年冬季夜間地表溫度整體趨勢不明顯，但是此時期夜間地表溫度的波動較大，經(jīng)歷降低—上升—降低—上升的過程。2011—2020年期間，大灣區(qū)2001—2010年冬季夜間地表溫度顯著增加，增加速率達到了0.3350 ℃·a-1（P＜0.01）。按照0.335 ℃·a-1的速度，2020年冬季夜間地表溫度比2011年冬季夜間地表溫度增加了3.35 ℃（圖7）。

圖7 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)夜間地表溫度時間變化趨勢Figure 7 The temporal trends of averaged nighttime land surface temperature for GBA,China in 2001-2020

各城市年、夏季和冬季平均夜間地表溫度的變化趨勢如表6所示。從表6可知，7個城市的年夜間地表溫度沒有明顯變化趨勢；只有香港和澳門兩個城市的夏季夜間地表溫度沒有明顯變化趨勢，其余 9個城市的夏季夜間地表溫度都呈現(xiàn)出增加趨勢，增加速率范圍從肇慶的0.032 ℃·a-1到深圳的0.065 ℃·a-1。所有城市 2001—2010年冬季夜間地表溫度的時間變化趨勢均不顯著，然而，在2011—2020年期間冬季夜間地表溫度呈現(xiàn)顯著的增溫趨勢，增溫最快的東莞和廣州，增溫速率分別達到了0.370 ℃·a-1和0.376 ℃·a-1；增溫速率最低的也有0.246 ℃·a-1（香港）。換言之，在這10年期間，粵港澳大灣區(qū)冬季夜間地表溫度最低增加了2.4 ℃，最高增加了3.7 ℃。從表6也可知，冬季夜間地表溫度增溫速度明顯高于夏季夜間地表溫度增溫速度。此外，2011—2020年期間，冬季白天和夜間的地表溫度都具有相似的上升趨勢（表5和表6）

表6 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)各城市夜間地表溫度時間變化趨勢Table 6 Temporal trends of nighttime LST for 11 cities in GBA,China in 2001-2020

3 討論

為了進一步分析大灣區(qū)不同時間尺度氣溫與地表溫度的關系，本研究利用2011—2020年大灣區(qū)9個城市（除了香港和澳門）的氣象站點每日氣溫分別計算了年、夏季和冬季平均氣溫，如圖8所示。圖8中，年、夏季和冬季地表溫度表示利用MOD11A2白天和夜間地表溫度數(shù)據(jù)進行計算處理得到。結果表明，大灣區(qū)城市群年、夏季平均氣溫比平均地表溫度高，但具有類似的時間分布趨勢，相關系數(shù)都大于0.7；冬季，氣溫與地表溫度有很高的相關性，相關系數(shù)高達0.87。從圖8也可知，冬季氣溫和地表溫度具有較大的時間波段變化，夏季氣溫和地表溫度變化相對平緩。因此，利用MOD11A2地表溫度產(chǎn)品分析大灣區(qū)城市群快速城市化過程中地表溫度變化特征是可行的。然而，由于缺少香港和澳門的氣象站觀測數(shù)據(jù)，僅利用珠三角9個城市的氣象站氣溫數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，分析結果存在一定的不確定性；此外，利用白天和夜間兩個時刻的平均地表溫度與每日平均氣溫進行分析比較，結果也存在一定誤差。

圖8 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)氣溫與地表溫度時間變化趨勢Figure 8 The temporal trends of averaged air temperature and land surface temperature for GBA,China in 2001-2020

2001—2020年大灣區(qū) EVI年際變化呈現(xiàn)顯著增長趨勢，與中國部分城市EVI隨著城市發(fā)展強度增加而顯著降低的趨勢不同（Zhou et al.，2014），這與全球植被整體變化趨勢一致（Yuan et al.，2017；鄧玉嬌等，2021）。這與大灣區(qū)的地理環(huán)境與氣候特征密切相關，大灣區(qū)整體屬亞熱帶季風氣候，終年溫暖濕潤，水熱條件優(yōu)越，日照時間長，有利于植被綠化（Qiu et al.，2022；何全軍，2019）；此外，大灣區(qū)及各城市EVI與氣象站點氣溫數(shù)據(jù)之間的相關系數(shù)大于0.58。圖5也顯示了，大灣區(qū)夏季EVI值大于冬季，EVI年增加率比冬季高0.001 a-1；夏季EVI比冬季EVI的時間波動大，特別是在2010年之后，夏季EVI呈現(xiàn)顯著的時間波動趨勢。這可能與大灣區(qū)城市快速發(fā)展有關。2010年后，大灣區(qū)從城市群中心到邊緣區(qū)域不透水面密度顯著提高，次高密度區(qū)（不透水面密度在70%—90%之間）和高密度區(qū)（不透水面密度大于90%）的面積逐年增，2015年高密度區(qū)域面積增加到310.1 km2（馬玉翎，2020）。然而，城市群中心不透水面增加到一定程度后達到穩(wěn)定狀態(tài)，不會再顯著持續(xù)增加，在合適的水熱條件下，植被持續(xù)茂盛生長，覆蓋周邊的不透水面（Xu et al.，2018）。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)珠海和香港冬季EVI增長速率高于夏季EVI增長速率（如表4所示）。這可能是因為珠海和香港都是城市化比較高的城市，陸地面積相對較小，海域面積較大，溫度容易受到海溫和海風的影響，冬季晝夜增溫更利于植被EVI提升。

高溫區(qū)主要集中在大灣區(qū)中心區(qū)域，特別是次高密度和高密度區(qū)域（圖3和圖4）。大灣區(qū)大部分城市的夏季夜間地表溫度存在增加趨勢，只有小部分城市夏天白天地表溫度存在增加趨勢，其他城市的夏季白天地表溫度沒有顯著的增加或降低趨勢，年際變化整體上趨于平緩。白天地表溫度不僅受到城市群地理環(huán)境特征的影響，還受到人類生產(chǎn)活動等影響，而夜間地表溫度主要受到城市群地理環(huán)境特征的影響（馬玉翎，2020）。相比冬季白天地表溫度，冬季夜間地表溫度波動幅度更大，如圖6和圖7所示，表明地表溫度在夜間表現(xiàn)出更強的時間變化，白天地表溫度在空間分布上具有更強的空間異質(zhì)性（如圖3和圖4所示）。

本研究僅利用MODIS的EVI和地表溫度產(chǎn)品分析粵港澳大灣區(qū)EVI植被指數(shù)和地表溫度的時空特征，然而，EVI和地表溫度的時空變化還與氣候因素、人類活動、地形地貌等多種因素密切聯(lián)系。接下來應引入土地覆被類型、景觀格局指數(shù)、城市建筑三維形態(tài)等因素（Chen et al.，2022；王雪等，2017；孫喆，2020），利用機器學習、多尺度地理加權回歸、歸因分析、地理探測器等技術與方法，從不同時空尺度定量分析不同因素對EVI、地表溫度變化的貢獻，深入分析大灣區(qū)城市化對植被和熱環(huán)境的影響（吳波等，2021）。此外，受天氣條件和衛(wèi)星軌道等因素限制，MODIS的EVI和地表溫度產(chǎn)品存在數(shù)據(jù)缺失，如圖2所示，特別是夏季云量較多，數(shù)據(jù)缺失更為嚴重，使得本研究分析仍存在一定的不確定性。未來研究可以采用深度學習、RSDAST模型、Savitzky Golay濾波等算法對EVI/NDVI和地表溫度實現(xiàn)進行時空重建，得到時空無縫的高精度EVI/NDVI和地表溫度時間序列產(chǎn)品（Fu et al.，2019；Wu et al.，2019；阮柱，2021；劉恒孜等，2022）。

4 結論

本研究基于2001—2020年MODIS EVI數(shù)據(jù)和地表溫度數(shù)據(jù)，利用數(shù)理統(tǒng)計和時間序列變化趨勢分析方法，分析了2001—2020年粵港澳大灣區(qū)整體和各城市植被生長狀況和地表溫度的時空分布特征。研究發(fā)現(xiàn)，2001—2020年大灣區(qū)整體的EVI呈增長趨勢，平均值為0.358，增長率為0.004 a-1，所有城市的EVI也呈現(xiàn)增長趨勢。EVI具有明顯的季節(jié)變化特征，夏季EVI值比冬季EVI值大，夏季和冬季EVI呈現(xiàn)不同的增長趨勢，整體上夏季EVI增長率比冬季EVI增長率高。從空間分布看，大灣區(qū)EVI低值主要集中在中心區(qū)域，呈現(xiàn)從中心區(qū)向外面逐漸增加的趨勢，地表溫度則呈現(xiàn)相反的空間分布趨勢。整個研究期內(nèi)白天和夜間地表溫度的在年、夏季的年際變化波動不大，相對平緩。2001—2020年，冬季白天和夜間地表溫度的年際變化具有類似的趨勢；然而，2010年之后，冬季白天和夜間地表溫度均表現(xiàn)顯著增加的趨勢，夜間地表溫度增加的趨勢更大。東莞、佛山、廣州、中山和珠海5個城市冬季白天和夜間地表溫度增加率都在0.3 ℃·a-1以上?？傮w上，粵港澳大灣區(qū)城鎮(zhèn)化率比較高的城市在2011—2020年冬季地表溫度增加速度明顯，主要包括廣州、佛山、東莞、深圳、中山、珠海和澳門。城市化率最高的香港冬季地表溫度也存在較高的增速，白天和夜間地表溫度增加速率分別為0.202 ℃·a-1和0.246 ℃·a-1。