【某地区土地利用变化对地表热环境影响分析案例3600字】

某地区土地利用变化对地表热环境影响分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u6005某地区土地利用变化对地表热环境影响分析案例 120411.1不同用地类型的地表温度分析 1115781.2建设用地与高温区扩张叠加分析 3324451.3城市热环境与下垫面影响因子关系分析 5270881.4缓解地表热环境升高的措施与建议 71.1不同用地类型的地表温度分析为了定量探究不同土地利用类型对地表热环境的影响，在ArcGIS空间分析工具中对研究区的土地利用变化数据和地表温度数据进行叠加，得到2000年、2005年、2010年、2015年和2019年，不同用地类型对应的地表温度，统计相应的最大值、最小值和平均值。目的是为了研究不同用地类型对地表热环境的贡献。如表5-1所示，对比五期研究数据发现建设用地和未利用地的平均温最高，均在30℃以上；水域和林地的平均温最低；在2010年时，不同地类的平均值中最大值和最小值之间相差16.5℃，可见，在相同的气候环境条件下，不同的土地利用类型对地表热环境有着显著的影响。表STYLEREF1\s5-SEQ表\*ARABIC\s112000-2019年乌鲁木齐市不同用地类型的温度统计年份统计类型建设用地未利用地林地水域耕地草地最大值39.0848.5838.2128.5641.1336.782000年最小值24.41-6.229.0418.5320.844.25平均值33.531.0726.7524.3531.4326.12最大值37.0246.6838.6529.7837.3234.562005年最小值21.54-1.5613.6119.5422.857.36平均值34.5633.9422.7921.8530.423.45最大值42.4348.6239.3930.5642.6446.022010年最小值21.58-1.416.3219.123.9413.11平均值36.3337.2421.8220.7433.8531.96最大值42.6246.8640.1229.5341.7441.332015年最小值24.23-1.0811.716.4522.838.99平均值37.0131.9124.2320.6733.0729.55最大值46.4851.0446.6631.6243.9348.452019年最小值21.550.6718.0122.5421.3613.42平均值38.339.2726.0623.8436.8832.38在五个研究时间点上，各地类的平均温度排序如表5-2所示，各地类平均温排序并不一致，总体上来看就是最高温在建设用地和未利用地之间波动，建设用地地表温度较高，主要是因为其地表是不透水层面再加上高密度的建筑物，使得其热传导率增大，引起地表温度升高；未利用地主要是指比热容较低的地表，如裸地、沙地等，它们都处于尚未开发利用的转态，其中沙地和裸地对太阳辐射的反射能力较强，其温度也就普遍高于林地和耕地的地表温度。耕地和林地主要为植被覆盖区域，植物的蒸腾作用减少了地表吸收的太阳热辐射，所以温度与建设用地和未利用地相比，其温度值较低。统计所得耕地平均温度始终高于林地，这是因为耕地主要种植的都是农作物，属于绿色的植被，热吸收能力相对较弱，所以地表温度也较低；水域的热传导率小使得温度上升较慢，因此水域的平均温度始终比较低。总之，地表覆盖物的类型与地表温度有直接的相关性。在城市后续发展规划中，可以合理安排绿化和人工水域的布局，减少城市热环境对人居环境的影响。表STYLEREF1\s5-SEQ表\*ARABIC\s122000-2019年乌鲁木齐市不同用地类型的平均温度排序年份温度排序2000年未利用地>建设用地>耕地>林地>草地>水域2005年建设用地>未利用地>耕地>草地>林地>水域2010年建设用地>未利用地>耕地>林地>草地>水域2015年建设用地>未利用地>耕地>林地>草地>水域2019年未利用地>建设用地>耕地>林地>草地>水域图5-1对不同用地类型的平均地表温度进行统计，从图中可以直接看出，建设用地的均值一直在增大，在土地利用分布图中可以看出建设用地的面积也在不断扩张，由此可得建设用是影响地表热环境上升的主导因素。未利用地、林地、耕地和草地的均温，在不同的研究区间有增有减，其对地表热环境的不是直接影响，是间接的影响。水域的地表温度均值不仅在所有用地类型中最低，且变化还基本上处于下降趋势，由此可见，水域对地表热环境的缓解可以起到一定的作用。图STYLEREF1\s5-SEQ图\*ARABIC\s112000-2019年乌鲁木齐市不同用地类型平均温度1.2建设用地与高温区扩张叠加分析2000年(b)2005年（c）2010年(d)2015年(e)2019年图STYLEREF1\s5-SEQ图\*ARABIC\s122000-2019年乌鲁木齐市建设用地和高温区扩张叠加结果(a)建设用地(b)高温区图STYLEREF1\s5-SEQ图\*ARABIC\s132000-2019年乌鲁木齐市建设用地面积和高温区像元个数折线图乌鲁木齐市2000-2019年建设用地和高温区分布叠加效果如图5-2所示，从图中可以看出，高温区与建设用地都呈现持续扩张的趋势，并且都是集中聚集，然后向周围扩散，高温区主要扩张范围为：米东区-新市区-沙依巴克区-天山区-水磨沟区-达坂城区，建设用地的扩张范围为:新市区-沙依巴克区-天山区-水磨沟区，且在叠加的效果中可以看出，建设用地所属的区域一直处在高温区间内，建设用地的扩张趋势与高温区的扩张趋势始终保持一致。再结合图5-3来看，2000-2005年建设用地的面积增加缓慢，高温区间的像元个数在此期间有所下降，从2005年以后，建设用地的面积呈现直线式增长，而高温区的像元个数也呈现出直线式增长的趋势，由此可得，建设用地的面积和高温区的扩张和增长相互响应，相互制约。1.3城市热环境与下垫面影响因子关系分析植被指数与地表温度相关性分析植被指数是一个被广泛应用在各类研究中的遥感指标，它通常用来描述地表上各种植被的生长与覆盖情况，其指数的构成主要包括可见光和近红外波段，归一化植被指数（NDVI）可以用来描述植被覆盖的稠密度，用在农作物上可以检测其长势，其计算主要使用近红外波段与红光波段的差除以两者的和，其值的取值范围为-1到1之间，两者进行的运算可以在一定程度上帮助植被信息提高亮度，其数学表达式为：(公式5-1)式中，为近红外波段，为红光波段。在Landsat影像中，分别为第4波段和第3波段。如图5-4所示，是地表温度与归一化植被指数之间的关系图，植被覆盖指数值越大，与其对应的地表温度越低，再看其的值为0.7157，由此可以得出，地表温度与归一化植被之间有较强的相关性，其关系为负相关。结合土地利用分类和地表温度分布，可以明显的发现，植被覆盖率越高的地方，其地表温度就较低，植被覆盖度越低的地方，例如：沙漠、荒地和建筑用地，其地表温度都偏高，由此可见，植被可以对地表温度的持续上升起到一定的缓解作用。图STYLEREF1\s5-SEQ图\*ARABIC\s142019年地表温度和归一化植被指数关系图水体指数与地表温度相关性分析针对水体信息的提取，在1966年首次被McFeeters研究提出，其研究发现水体的反射在近红外波段和中红外波段中几乎没有反射，可见光到中红外波段其反射有所减弱，基于此提出归一化差异水体指数(NDWI)[85]，其数学表达式为:(公式5-2)式中:代表绿光波段；代表近红外波段。在Landsat影像中，分别为第2波段和第4波段。后期经过其他学者的研究，发现归一化水体指数忽略了建筑物和土壤，在绿光波段和近红外波段中，这两种地物的波谱特征与水体极为相似，在2004年时徐涵秋学者对其加以修改，将近红外波段用中红外波段代替[86]，有效的避免了建筑物和土壤带来的影响，其数学表达式为:(公式5-3)式中:代表绿光波段；代表中红外波段。在Landsat影像中，分别为第2波段和第5波段。如图5-5所示，是地表温度与改进水体指数之间的关系图，水体指数值越大，与其对应的地表温度越低，再看其的值为0.8384，由此可以得出，地表温度与水体之间有较强的相关性，其关系为负相关。结合土地利用分类和地表温度分布，可以明显的发现，有水源的地方其地表温度相对较低，因为水源附近可能还分布有植被存在，归一化植被指数和改进水体指数都与地表温度呈负相关，若两者分布在一起，可以更加有效的抑制地表温度的上升。图STYLEREF1\s5-SEQ图\*ARABIC\s152019年地表温度和改进水体指数关系图1.4缓解地表热环境升高的措施与建议研究得出植被和水域均与地表热环境呈现负相关，植被和水域可以有效地吸收太阳辐射，然后通过蒸腾作用来降低周围环境的温度，由此表明植被和水域可以对地表温度的持续上升起到一定的抑制作用，针对本文的研究区乌鲁木齐市，其植被主要包括草地和林地，多数分布在山上和山脉脚下，对于天然形成的草地和林地，不能在短时间内使其面积大量增加，而城市中的植被多数是人为形成的，其面积增加相对来说较容易实现。因此，可以在建城区内增加一些植被和水域，例如：完善和增加道路两旁绿化带的植被种植面积，其面积的增大不仅可以直接缓解地表温度的升高，还可以吸收来往车辆排放的尾气来间接缓解。在保护好现有水资源的同时，可以在公园内或者面积较为宽裕的住宅小区新建一些人工湖和喷泉，在缓解地表热环境上升的同时也可以美化环境。城市化的发展日新月异，越来越多的人口涌向城市，为了满足人们必要的住房需求，建设用地面积在持续增长，并且建设用地和其他用地类型相比其地表温度较高，建设用地的增多使得高温区的面积随之增加，在不能缩减建设用地面积的情况下，可以科学合理的对其进行规划，在条件允许的情况下增大建筑物之间的间距，降低其分布密度，针对一些必要的围墙，可以改变其建设风格，将砖砌围墙设计为栅栏式围墙，同时尽量保证建筑物的规划和主要风向保持一致，使得风向能在建筑物之间流动，地表温度散发的高温空气可以有效地流动，不易聚集形成较高温度的区域。根据研究所得：未利用地的分布面积较广，其对应的地表温度也主要分布在高温度，因为未利用的大多是