青岛城市热力景观时空分布

吴伟明 李秋月

摘要：城市热环境是城市空间环境在热力场中的综合表现，通过对城市热环境的研究可以揭示城市空间结构、城市规模的发展变化。本文介绍在RS、GIS的支持下，借鉴景观生态学的研究方法，研究青岛市热环境的空间格局分析方法。

关键词：景观生态学；热力景观；空间格局；遥感；青岛

随着社会经济的发展城市大气污染、城市热岛、城市灾害日趋严重。城市环境问题中，城市的热环境（热污染） 是一个重要的方面。对城市热环境的特点及动态规律的研究对城市灾害、城市规划、环境保护、大气污染、防暑降温、市政建设具有重要意义。

目前遥感技术的发展为研究城市热环境提供了很好的技术手段。许多学者利用热红外遥感资料进行城市热岛研究。论文以热场为主要研究内容，研究2005-2009年4年来青岛市城市发展及地表覆盖变化所引发热场格局的变化，在此基础之上找出减弱城市热力影响的方法和查找形成城市热力形成的主要原因，并提出合理化的建议。

一、景观生态学

1景观生态学

景观生态学主要来源地理学的景观理论和生物学的生态理论。它把地理学家研究自然现象的空间相互作用的横向研究和生态学家研究一个生态区的机能相互作用的纵向研究结合为一体，通过物质流、能量流信息流及价值流在地球表层的传输与交换，通过生物与非生物以及人类之间的相互作用与转化，运用生态系统原理和系统方法研究景观结构和功能、景观动态变化以及相互作用的机理、研究景观的美化格局、优化结构、合理利用和保护。

2景观生态学的发展

生态空间理论与景观异质性研究：生态空间理论包括尺度、空间格局与镶嵌动态等方面的内容，对于生态系统空间关系定量化的研究是一个富有吸引力和挑战性的问题。景观系统分析与GIS 应用：景观系统分析常常需要运用各种定量化的指标来进行景观评价、景观分类构建有关模型，随着新的方法和技术手段的不断涌现，这方面的研究也不断深入。当前，遥感和GIS 的应用成为景观分析的基本手段，如何与地质统计的方法紧密结合以提供能充分反映景观特征的更好的空间模型，将成为以后研究中的一个热点。

3热力景观应用

本文借鉴景观生态学的研究方法，定义了“热力景观”，用景观的观点来研究城市热环境，建立热环境空间结构与格局的定量研究方法。

①热力景观评价体系

热力景观是城市与周围环境相互作用而形成，也是人类在改造、适应自然环境基础上建立起来的人工生态系统在热力学的表现。热力景观具有高度空间异质性的热力区域，它由相互作用的热力斑块以一定的规律组成。根据形状和功能的差异，热力景观要素可分为热力斑块（ thermal patch） ，热力廊道（ thermalcorridor） 和热力基质（ thermalmatrix） 。（陈云浩，等2002）。

二、热力景观在青岛热岛效应应用

青岛位于山东半岛南端（北纬35°35'-37°09'，东经119°30'-121°00'）、黄海之滨。青岛地处北温带季风区域，属温带季风气候。市区由于海洋环境的直接调节，受来自海洋面上的东南季风及海流、水团的影响，故又具有明显的海洋性气候特点。

1数据的选择与预处理

卫星遥感数据以其宏观、快速、准确、实时的特点被广泛应用。本文所使用的是2005年10月24日和2009年3月9日青岛地区的陆地卫星Landsat5/TM数据，包括7个波段，其中TM6用于反演地表辐射温度，其余波段用于地物的识别和分类。

在进行遥感数字图像解译（如图像运算、非监督分类、监督分类等）和GIS空间分析之前，必须对原始图像进行预处理，以利于图像的更深层次的分析和研究。

使用的源数据图像没有坐标投影信息，需要进行几何校正，添加地理坐标。在配准后的青岛市行政区划图中沿行政边界建立研究区域的ROI，导出的矢量图，获取研究区域的矢量图→裁剪出研究区的遥感数据（在ERDAS软件中利用研究区矢量边界图裁剪出研究区的TM遥感数据）。

图 1 热力景观斑块划分图

2青岛市市区热力景观划分

遥感热红外影像反映的是地表物体的热红外辐射强度，而城市热环境研究的是整个城区范围一定高度空间内的温度变化规律，虽然二者尺度不同，但是城市下垫面温度是形成城市热岛的最重要的因子之一。虽然通过热红外遥感获得的温度并不是地表的实际温度，而是地表的辐射温度，温度差异是热岛效应的主要表现形式；所以可以利用辐射温度间的差异仍可以表示热岛强度的大小。本文就是通过空间图像建模对热红外波段进行反演获得地表辐射温度分布用以研究热岛。

2.1市区地表辐射温度的反演

亮度温度是遥感器在卫星高度所观测到的热辐射强度相对应的温度。这一温度包含有大气和地表对热辐射传导的影响， 因而不是真正意义上的地表温度。但地表温度是根据这一亮度温度来演算而得。

2.2温度分级及热岛空间分布

为了提高不同时相数据的可比性， 对两幅亮温影像分别进行影像温度分等级，依次为高温区、次高温区、中温区、次低温区、低温区。借助ARC/GIS实现，利用自然段列点方法分级，综合可知：青岛市的热岛效应的分布、强度和演变具有明显的规律。从而分析得知：2005年10月的中温区与次高温区逐渐向次高温区与高温区转变。2009年3月的高温区与次高温区的比例明显增加。也就是城市热岛效应明显增加。

三、应用效果小节

由以上可以看出：研究区热岛高温区景观的破碎度呈递增趋势，反映了研究区内热力景观斑块正处于受人为活动等因素影响日趋离散化的阶段，分维值也有所增加，反映了城市热岛斑块形状日趋复杂，从稳定性上看，2009年热岛稳定性比2005年低，反映了受城市规划、决策、人为影响等因素控制，市区热岛斑块处于不断变化时期而次高温区与高温区景观指数却相反，破碎度、分维值有所降低，而稳定性却增加，主要是因为次高温区大部分属于新建城区，各项规划无论从时间、布局上都比较合理、各职能用地斑块形状趋于标准化，所以斑块复杂程度降低，而稳定性相应升高，与以上各指数不同，虽然城市规模不断扩大、人口急剧膨胀、工业生产进一步发展，但市政府发展经济的同时注重保护生态环境，加大城市绿地建设、合理布局各能耗高、污染大的工厂企业，另一方面， 城市热力景观的破碎化、均衡化也进一步减小了城市热环境的叠加效应，所以城郊热岛效应较2005年有所减缓，虽然热岛面积2009年比2005年有所增加，但是計算分析可得城郊平均温度差有所下降。

四、结束语

城市生态环境问题是目前我国城市普遍关注的问题，相关的研究成果往往具有重要的实践价值。选择城市景观下潜在的能量流（热环境）作为城市景观格局的生态学过程，从而将城市景观生态与城市环境问题结合起来，成功的将景观生态学的研究范式引入城市生态环境研究，这在理论和实践两个方面都具有重要意义。

参考文献

[1] 范心圻.城市大气环境与热场[A].孙天纵，周坚华（主编）.城市遥感[C].上海：上海科学技术文献出版社，1995. 59-84.

[2] 徐肠秋， 陈本清.不同时相的遥感热红外图像在研究城市热岛变化中的处理方法[J].遥感技术与应用，2003，18（3）：129-131.