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北京市主要城区近20年不透水面动态变化特征及其热环境研究

胡实  
【摘要】:近20年来,随着我国改革开放的深入和经济总量的不断提高,城市化进程不断改变着地表下垫面的状态。作为国家政治和文化中心的北京,其下垫面的改变是非常显著的,并且这种变化具有时间上的连续性和发展阶段的完整性,非常具有代表性。此次研究以北京市9个主要区县为研究区,包括2个首都功能核心区:东城和西城(崇文和宣武在2012年分别并入到东城和西城),4个城市功能拓展区:朝阳、海淀、丰台和石景山,以及3个城市发展新区:通州、顺义和昌平。通过遥感和GIS手段,对研究区的不透水面空间扩张的特征及其对城市热环境的影响进行分析,并结合Logistic回归模型探讨了扩张的内在驱动力,得出以下结论:1.经过近20年的发展,北京市各区县因为各种历史原因和所处的位置不同,其不透水面转化存在着区位差异和动态特征。从扇形分析的结果来看:整个时期,不透水面扩张主要集中在北(N)和东北(NE)方向,西北(NW)方向的不透水面扩张在前期还比较迅速,快于总体平均水平,到了后期逐渐放缓,处于中等水平。东(E)和东南(SE)方向不透水面只在中期有了很大的发展,到了后期则开始放缓,西(W)向则只在前期有一定的发展。西南(SW)和南(S)向不透水面扩展则始终处于较低水平。2.从土地转移矩阵的分析来看:就面积而言:新增不透水面主要集中在发展新区的昌平、通州和顺义,其在各时期新增不透水面总和及增长率均远远超过拓展区的海淀、朝阳、丰台和石景山。早期各区县不透水面增加面积和速度均比较小,中期则大大增加,后期增加速度都有所放缓。不透水面占各区面积的比例显示:拓展区各区县的不透水面占各区面积比例从一开始(1992年)与耕地、绿地不相上下到后来逐渐占优(2007年),再到全部超过50%(2011年),占绝对优势,表明其用地结构发生了质的变化,农业功能已很小。新区各区县不透水面比例虽然各时期均不断上升,但始终以耕地和绿地为主要用地类型。从不透水面来源看:1992-1999年,发展新区各区县是以耕地为不透水面主要来源;拓展区各区县则是以绿地和耕地转化为主要方式。1999-2007年,各区县由耕地转化所占比例都有所上升。2007-2011年,只有新区的区县仍以耕地为不透水面增加的主要来源,耕地和绿地转化为不透水面的趋势有所控制,城市生态环境保护政策的效果初步显现。3.影响北京市不透水面扩张的因素很多,其中主要是经济人口因素和空间距离因素。结合主成分分析和Logistic回归模型得出:经济人口因素是影响不透水面扩张的最重要因素,代表它们的第1主成分在模型中的回归系数达到1.904,是所有变量中最高的,并且不透水面增加的比例与社会固定资产投资以及政府财政收入的增加值达到显著和极显著相关,相关系数分别为0.79和0.93,表明不透水面的扩张与经济的发展密不可分。空间距离因素也是影响不透水面扩张的关键因素,其回归系数为-1.003,表明其对不透水面扩张有负向作用,即空间距离每增加1个单位,发生不透水面扩张的概率会降低37%。4.北京市的强热岛中心主要分布在城市核心区和拓展区,越靠近城市中心,热岛越强,位于中心的东城和西城的热场变异指数是通州的十几倍。整个研究区南部热岛效应要强于北部。不同区域的热岛中心平均地表温度与周边平均地温温差有很大不同。整体看来,各个方向地表温度值都随着距中心距离增大而减小,沿着南向剖面线地表温度降幅较大。在距离中心的1/3范围内,LST值变化比较平缓,而后面随着距离的增大而大幅度波动,并且越靠近中心,LST高值出现的越频繁。地表温度(LST)与不透水面率(ISP)、植被指数(NDVI)均存在显著的相关关系,相关系数都达到了0.86以上。在拟合地表温度和不透水面率的回归模型中,多项式模型最优,决定系数R2=0.7481。在引进植被指数后建立的多变量回归模型拟合精度要高于单变量ISP模型。在降低不透水面率并增加相应比例的植被覆盖后,根据多变量回归模型估计得到地表温度。与调整前相比,地表温度都有所降低,特别是在不透水面覆盖较高(ISP0.9)的区域,降幅达到1.15℃。


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