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《中山大学》 2012年
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城市热场景观格局与热岛效应驱动力分析

林哲  
【摘要】:城市化是一种人口向城市聚集的过程,伴随着自然地表向非渗水表面的转变,会在不同尺度上影响环境和生物化学过程。在快速的城市化进程中,由于缺乏合理的规划,对土地利用、能源消费结构的剧烈改变会破坏城市生态系统的平衡性,引发一系列的城市环境问题。城市热岛效应是一个能够反映城市下垫面与局部大气环境的城市典型特征,同时也在一定程度上影响全球气候变化。因此,对城市热岛效应的格局现状以及成因研究有助于理解城市热环境的变化趋势,对缓解热岛现象以及进行风险规避具有重要的意义。 本文选取广州市市域作为研究对象,在3S技术的支持下,对1989年与2009年的城市热环境强度、分布格局、时空演化进行分析,探索城市化不同阶段下的热环境差异及演化过程;采用网格定量分析法以及通径分析法比对自然、社会经济等影响因子对广州市高温环境的贡献率,确定广州市热岛效应的直接和间接的驱动因子,为城市发展规划、工业结构优化、城市绿化建设提出合理建议。主要研究结果如下: 1.广州市城市热岛效应显著,从1989年到2009年地表温度呈现上升趋势,热岛强度愈加剧烈,但热场分布格局在不同的城市化发展阶段下具有不同的特点。1989年,广州市热岛呈多中心分布,集中在增城、番禺等县镇,且热岛强度高于市中心区。这与广州市上世纪80年代村镇工业园的建设有关,大量高耗能工业厂房的兴起大大增加了废热的排放,成为该时期城镇热岛区形成的一个重要因素。2009年,随着城市建成面积迅速扩大,高温区有所扩散;随着经济的发展,空港、海港吞吐量增大,该区域也成为极端的热岛中心;由于对周边高耗能、高污染、低效益企业进行整改,提倡清洁高效生产,村镇工业热岛中心现象有所缓解。可见社会经济发展政策这一因素对城市热场变化起到极大的决定作用。 2.广州市热场景观格局整体趋向多样化、破碎化,原有的大面积连续的自然中温地表逐渐被高温区域所切割,中温区的优势度降低。在20年的演变过程中,不同温度强度等级的分布范围不仅在数量上出现较大的改变,其位置格局也出现变化,1989年到2009年标准Kappa系数仅为0.0844。由于城市发展,建成区面积增加,人类活动频繁,中温区逐渐向次高温区和高温区转移;与此同时,山林植被的恢复、城市绿地建设带来的降温作用使部分常温区向低温区转变。采用马尔科夫模型预测结果显示,在相同的发展模式和速率下,2029年广州市城市热场向极端温度发展,热岛效应将会更加显著,特高温面积将达到2009年的2.80倍,高温面积达到3.26倍。 3.植被能够通过蒸腾效应带走地表热量,起到较好的降温作用。在广州市不同发展阶段,整体植被覆盖率和植被空间格局的差异造成了其降温效应能力的不同。1989年,城市正处于建设初期,植被覆盖稀疏,植被覆盖度与地表温度相关性较小,植被降温效应不明显。2009年,植被生长状况与地表温度呈显著的负相关,在12000m*12000m网格的尺度下相关性最强,达到0.71。 4.城市热岛效应是多种自然、社会经济因素综合影响的结果。采用通径模型分析归一化植被指数、人口密度、人均国内生产总值、人均工业总产值、人均社会消费品总额等因子对地表温度的影响,这些因子能够较好地解释广州城市热场变异的71.2%。其中植被覆盖度和工业总产值是广州市热场景观格局形成的直接作用因子,其直接效应分别达到0.78和0.20。作为商业化城市,社会消费品总额,即商业发达程度对广州市的热岛有极大的间接影响作用。但在工业区,工业热源排放对地表升温的影响高于下垫面的辐射增温作用。明确不同区域、不同发展阶段、不同城市类型中热岛成因的差异,有助于合理规划城市功能区,是有效规避城市热岛风险的关键。
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