貴陽市郊區耕地地表溫度特征分析

李可相　陳遠　謝剛　張藍月

摘 要：本研究選用地表溫度產品MOD11A2作為耕地地表溫度數據，采用DEM提取坡度、坡向及高程3個因素，對貴陽市城郊耕地地表溫度特征進行分析，結果表明：貴陽市城郊耕地坡向的變化會引起耕地地表溫度產生差異，但差異不明顯，平均地表溫度在8個坡向上呈現先增大后減小的趨勢;貴陽市城郊耕地坡度的變化會導致耕地地表溫度隨之產生較大差異，呈現出坡度越大地表溫度越小的趨勢;海拔對貴陽市城郊耕地地表溫度的影響不是很明顯，總體趨勢呈負相關關系。

關鍵詞：坡向;地表溫度;貴陽市;城郊耕地

中圖分類號：S181 文獻標識碼：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20201015033

耕地特征的變化研究對耕地的保護以及耕地的整理與開發利用具有重要意義[1]。近年來，由于城市化的快速發展，城郊的植被、農田等逐漸減少，建筑物及道路等不透水面逐漸增加，直接影響了近地面水和熱的自然交換，導致城市與城郊地表在太陽輻射吸收率、熱容量和傳導率等方面出現較大差異，這既加劇了城市的熱島效應，也會影響城郊耕地水、熱的自然交換，進而影響耕地的耕作管理及作物產量。地表溫度（Land Surface Temperature，LST）可作為眾多研究領域的基礎參數[2]，研究耕地與地表溫度的關系，能更加深入理解土地利用類型變化下耕地地表溫度的空間特征和動態變化，有助于耕地地表降溫及農業監測等問題的解決。城郊是城市化進程中最活躍的區域，而由于歷史、地理等原因，一般而言，郊區的耕地多數是高產良田，這些耕地的可持續利用是城市和郊區實現可持續發展的基本前提[3，4]。因此，研究該區域耕地利用特征對實現郊區耕地的可持續利用具有重要意義。目前，相關研究基于區域視角，對城市郊區耕地的流失特征、拋荒成因、重金屬污染、可持續性利用策略等[5，6]進行了大量研究。但是，在當前全球氣候變暖的背景下，還鮮有研究從地理、氣候因素對城郊耕地進行研究，分析城郊耕地的氣候響應特征，為其合理、可持續利用提供數據支撐。

本研究以貴陽市為例，分析貴陽市城郊耕地的地表溫度特征，并探討城郊耕地地表溫度特征形成的原因，以期為貴陽市城郊耕地保護、耕地資源可持續利用以及農業綜合生產能力的提高奠定良好的研究基礎。

1 研究區概況與數據處理

1.1 研究區概況

貴陽市為貴州省省會城市，轄6區3縣1市，是城市化以及經濟快速發展的典型區，位于黔中經濟區核心地帶，生態優美、自然風光宜人，具有典型的喀斯特景觀，屬于以山地、丘陵為主的丘原盆地地區，為亞熱帶濕潤溫和型氣候，年均降水量1200mm，年均溫15.3℃。2017年，全市地區生產總值完成3537.96億元，增長11.3%，經濟總量在省會城市中上升1位，經濟增速連續7a位居省會城市前2位。

1.2 數據來源與處理

本文選取坡度、坡向及高程以3個因素，作為影響貴陽市城郊耕地地表溫度空間形態變化的自然因子。遙感數據為4個年份（2005年、2010年、2015年、2019年）的MOD11A2數據。DEM數據從地理空間數據云網站（http：//www.gscloud.cn/）上獲取;MOD11A2獲取自NASA官網（https：//ladsweb.modaps. eosdis. nasa.gov/）。基于ArcGIS平臺進行數據處理，采用其3DAnalysttools工具模塊完成坡度、坡向因子的提取。在ArcGIS中統一所有數據的格式及坐標，并進行空間疊加分析。坡向的描述有定性和定量2種方法，定量以東為0°，順時針遞增，范圍在0°～360°，定性描述有8方向法和4方向法。本文采用定性和定量2種方法對耕地坡向進行分析，其對應關系如表1所示。

2 結論與分析

2.1 郊區耕地LST在坡向上的分布

山地丘陵的坡向對日照時數和太陽輻射強度有影響。一般而言，南坡接受太陽輻射量最多，北坡最少，二者之間的溫度差異常很明顯。根據坡向度數從小到大的順序，平均地表溫度在8個坡向上呈現出先增大后減小的趨勢（圖1），最大值為24.75℃（東南坡），其次為南坡和東坡，平均地表溫度分別為24.7℃和24.72℃;東北、西南和西3個方向的平均地表溫度相對較小，而北和西北的平均地表溫度一致且最小（24.64℃）。平均地表溫度最大的不是陽坡（南方或西南方），而是東南方向，這可能與衛星的太陽方位角有關，成像時東南坡向恰好朝向太陽光線，導致其LST最大。平均地表溫度在8個坡向上的標準差為0.04℃，變異系數為0.15%，說明耕地坡向的變化會引起耕地地表溫度差異，但差異不明顯。

2.2 郊區耕地LST在坡度上的分布

不同坡度上立地條件、地表組成及水熱情況等的差異，會導致植被豐富程度及地表熱量均勻程度等發生變化，根據耕地坡度等級劃分標準，將城郊耕地坡度劃分為5個坡度等級（1：≤2°;2：2°～6°;3：6°～15°;4：15°～25°;5：>25°;5個坡度級，上含下不含），并統計地表溫度在4個坡度上的平均分布情況（由于>25°以上耕地區域已屬于生態保護區域，不宜再進行耕作，因此不做統計），發現平均地表溫度在4個坡度上呈現出直線下降的趨勢（圖2），1度級最大，4度級最小，其值分別為24.66℃和24.01℃;平均地表溫度在4個坡度上的標準差為0.25℃，變異系數為1.04%，說明貴陽市城郊耕地坡度的變化會導致耕地地表溫度隨之產生較大差異。

2.3 郊區耕地LST與海拔的關系

海拔與下墊面狀況是研究區地表溫度產生區域性差異的重要基礎[7]。通過分析貴陽市海拔與城郊耕地地表溫度的相關關系，發現城郊耕地地表溫度隨著海拔的升高而緩慢降低，海拔與耕地的擬合效果較差，R2僅為0.0135，呈負相關關系，說明海拔對貴陽市城郊耕地地表溫度產生了影響，但不是很明顯，即隨著海拔的升高城郊耕地地表溫度在下降（如圖3），海拔每上升100m，地表溫度下降0.09℃。

3 結論

本研究結果表明，貴陽市城郊耕地坡向的變化會引起耕地地表溫度產生差異，但差異不明顯，按照坡向度數從小到大的順序，平均地表溫度在8個坡向上呈現出先增大后減小的趨勢;受立地條件、地表組成及水熱情況等差異的影響，貴陽市城郊耕地坡度的變化會導致耕地地表溫度隨之產生較大差異，呈現坡度越大地表溫度越小的趨勢;海拔對貴陽市城郊耕地地表溫度的影響不是很明顯，總體趨勢呈現負相關關系，海拔每上升100m，地表溫度下降0.09℃。本文采用MODIS的地表溫度產品，受其空間分辨率較低的影響，對貴陽市城郊耕地地表溫度特征的分析還不夠精細，未能對不同耕地類型的地表溫度特征進行對比分析。未來，隨著衛星遙感技術的更新，及地表溫度產品空間分辨率的提高，這些問題都可以得到解決。

參考文獻

[1] 趙永峰，鄭慧.烏蘭察布退耕還林后農牧交錯帶耕地特征分析[J].科技通報，2018（06）：59.

[2]齊廣慧，唐凱，趙傳華.泰安市土地利用類型與地表溫度的關系研究[J].礦山測量，2020，48（01）：1-5.

[3]丁生喜.城市化與城郊耕地資源可持續利用[J].西北農業大學學報，2000（06）：183-186.

[4]周建，張鳳榮，徐艷，等.基于NDVI遙感反演的半干旱沙區耕地地表溫度異質性研究[J].農業工程學報，2019，35（07）：143-149.

[5]柏振忠.武漢市城郊耕地流失特征與對策研究[J].安徽農業科學，2011，39（31）：19555-19557.

[6]張智波，王玉貴.許昌市城郊耕地土壤重金屬污染評價研究[J].農村經濟與科技，2016（09）：40-42.

[7]于文憑，馬明國.MODIS地表溫度產品的驗證研究——以黑河流域為例[J].遙感技術與應用，2012，26（06）：705-712.

（責任編輯 周康）

收稿日期：2020-08-31

基金項目：國防科工局高分重大專項（項目編號：88-Y40G35-9001-18/20）;貴陽國家高新區科技計劃項目（項目編號GXYF-2017-003，GXYF-2018-003）;貴州科學院創新人才團隊項目（項目編號：黔科院人才[2019]07號）;貴州科學院省級科研專項資金項目（項目編號：黔科院科專合字[2019]06號）

作者簡介：李可相（1989-），男，碩士，研究實習員。研究方向：土地（土壤）規劃及其信息化。