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《兰州大学》 2017年
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建成区空间形态与地表热岛的关系研究

程艳芳  
【摘要】:地表城市热岛(SUHI)是建成区地表温度高于郊区地表温度的现象,SUHI产生的根本原因是景观城镇化所引起的城郊地表性质的差异,在建成区空间形态方面主要表现为城市规模、建成区外部几何形状和内部建设用地结构的空间异质性。不同规模的城市,其边界和内部结构特征具有不同的特点和规律。SUHI强烈影响城市区域的气候、植被、水文、土壤及生物的空间分布和行为,改变城市复合生态系统的结构、过程和功能。长期以来,人类不得不在城市空间形态、能源消耗控制等方面采取一系列措施应对地表城市热岛效应。因此,探究全国主要建成区空间形态与SUHI之间的关系具有重要意义。本文以城市环境学、景观生态学、空间信息科学、气候学等学科为理论基础研究空间形态与SUHI的关系。采用MODIS Aqua MYD11A2和Landsat 8 OLI数据,利用RS与GIS空间分析功能,将建成区划分为多边形、带状与放射状三种典型形态。借助ArcGIS、ENVI和Fragstats等工具进行数据处理,基于描述性统计、对比分析和方差分析等方法探讨全国2136个主要建成区空间形态与SUHI之间的关系。本文主要从外部几何形状、边界特征、内部结构三个方面研究建成区空间形态与SUHI的关系。结果表明,三种建成区形态与SUHI的关系为:多边形带状放射状,且存在显著差异。中国不同规模建成区空间形态特征与地表热岛强度之间存在明显的规律性关系,从城镇、小城市、中等城市到大城市平均地表热岛和单位面积热岛升温依次增强,多边形和带状大中城市相应指标均高于特大城市,放射状大中城市相应指标则低于特大城市。因此,我国城市热岛研究不能只关注特大城市,大中城市也应得到足够重视。建成区空间形态规律性特征与城市区域的自然条件、人口、经济、服务功能、交通条件和政府调控作用等因素密不可分,中国城市自身空间形态特征是造成地表热岛差异的根本原因。SUHI与形态复杂度的关系也存在很大差异,当城市空间形态复杂度较小时,空间形态调控对地表热岛影响较大,当城市空间形态较复杂度较大时,空间形态调控对SUHI影响较小。带状建成区受到长宽比和宽度的影响,应将建成区长宽比和宽度控制在适当范围内才能更好的缓解地表热岛效应;同样,放射状建成区也应将放射长度和宽度控制在适当范围内才可有效缓解热岛。三种形态不同规模的城市均受到内部结构的影响,城市内部不透水面的空间异质性和绿地与水体的空间异质性是造成地表城市热岛强度差异的主要原因。应重点优化调整城市内部用地结构,尤其对大中城市,应限制不透水面连片发展,增加绿地和水体比重,完善城市绿地系统。本文提出基于遥感与GIS技术的建成区空间形态定量划分方法和建成区空间形态对地表热岛影响的研究思路,该研究方法能够揭示主要建成区空间形态与地表热岛之间的关系,该结果能够为我国不同规模的城市热岛研究及其调控措施提供参考,作者希望本研究能为我国城市空间形态生态化优化研究与实践提供支撑。
【关键词】:地表城市热岛 建成区空间形态 RS与GIS 中国
【学位授予单位】:兰州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X16
【目录】:
  • 中文摘要3-5
  • Abstract5-9
  • 第一章 绪论9-16
  • 1.1 研究意义与目的9-11
  • 1.1.1 研究意义9-10
  • 1.1.2 研究目的10-11
  • 1.2 研究现状分析11-14
  • 1.2.1 城市形态现状分析11-12
  • 1.2.2 城市形态与城市热岛关系研究现状分析12-14
  • 1.3 研究内容与技术路线14-16
  • 1.3.1 研究内容14
  • 1.3.2 技术路线14-16
  • 第二章 数据与研究方法16-25
  • 2.1 研究区概况16
  • 2.2 数据来源与处理16-18
  • 2.2.1 MODIS地表温度数据17
  • 2.2.2 MODIS土地覆盖数据17
  • 2.2.3 Landsat 8 数据17-18
  • 2.2.4 辅助数据18
  • 2.3 研究方法18-25
  • 2.3.1 中国主要建成区提取18-19
  • 2.3.2 地表城市热岛强度19
  • 2.3.3 建成区空间几何形状划分19-21
  • 2.3.4 建成区形状指标21-22
  • 2.3.5 建成区内部结构分类22
  • 2.3.6 景观指数选取22-23
  • 2.3.7 景观指数计算23-25
  • 第三章 结果与分析25-36
  • 3.1 建成区类型划分25-26
  • 3.1.1 建成区形状划分25
  • 3.1.2 建成区规模划分25-26
  • 3.2 城市规模与SUHI的关系26-28
  • 3.3 城市形状与SUHI的关系28-31
  • 3.3.1 三种形状城市的SUHI差异28-29
  • 3.3.2 不同边界维数城市的SUHI差异29-30
  • 3.3.3 不同长宽比及宽度带状城市的SUHI差异30
  • 3.3.4 不同放射长宽放射状城市的SUH差异30-31
  • 3.4 不同规模城市内部用地结构与SUHI差异31-34
  • 3.5 本章小结34-36
  • 第四章 讨论36-48
  • 4.1 城镇类型的划分36-38
  • 4.1.1 城市空间形状类型划分36-37
  • 4.1.2 城市规模等级划分37-38
  • 4.2 城市规模与SUHI的关系38-39
  • 4.3 城市空间形状与SUHI的关系39-45
  • 4.3.1 建成区不同形态对比下SUHI的变化趋势39-41
  • 4.3.2 边界维数与SUHI的关系41-43
  • 4.3.3 带状和放射状城市边界特征与SUHI的关系43-45
  • 4.4 城市内部结构与SUHI的关系45
  • 4.5 城市空间形态规律性特征的原因45-47
  • 4.6 本章小结47-48
  • 第五章 结论与展望48-50
  • 5.1 主要结论48
  • 5.2 不足与展望48-50
  • 参考文献50-56
  • 在学期间的研究成果56-57
  • 致谢57

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