基于時(shí)空角度的城市熱島效應(yīng)演變研究

摘 要：在城市化和全球氣候變暖的背景下，為探究金昌市城市擴(kuò)張可能導(dǎo)致的熱島問(wèn)題及城市熱島效應(yīng)與土地利用之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，研究分析了甘肅省金昌市城市熱島的時(shí)空演變特征。文章通過(guò)地表溫度反演與監(jiān)督分類方法分析金昌市城市熱島與地表覆被在20年間的時(shí)空演變狀況。研究發(fā)現(xiàn)，城市熱島和冷島現(xiàn)象均存在一定的發(fā)展變化，且土地利用分布的變化對(duì)于城市熱島效應(yīng)分布存在強(qiáng)相關(guān)關(guān)系。金昌市熱島效應(yīng)在20年間時(shí)空演變顯著，熱島問(wèn)題主要集中在城市范圍內(nèi)建設(shè)用地與未利用地等區(qū)域，熱島高溫區(qū)輪廓基本與以上兩區(qū)域輪廓相吻合。金昌市城市熱島效應(yīng)存在明顯的時(shí)空演變差異，熱島區(qū)由北部逐漸向東部城市耕地與建成區(qū)轉(zhuǎn)移。

關(guān)鍵詞：城市熱島；Landsat8 OLI/TIRS；地表溫度；土地利用/覆蓋

中圖分類號(hào)：G644 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-6375.2024.7.011

作者簡(jiǎn)介：楊文棟（1990-），男，大學(xué)本科，測(cè)繪工程師，主要研究方向：遙感技術(shù)及應(yīng)用，景觀生態(tài)規(guī)劃。

△通信作者：朱宗珍（1993-），女，碩士，研究員，主要研究方向：遙感技術(shù)及應(yīng)用、景觀生態(tài)規(guī)劃、國(guó)土景觀保護(hù)與修復(fù)。

0 引言

城市熱島效應(yīng)（Urban Heat Island，UHI）是指城市中的空氣和表面溫度比周圍郊區(qū)更高的現(xiàn)象。

這種效應(yīng)導(dǎo)致城市地區(qū)尤其在夜間溫度顯著高于周邊農(nóng)村或自然地區(qū)，形成了“熱島”。理解城市熱島效應(yīng)的關(guān)鍵在于認(rèn)識(shí)到它是由多種因素共同作用的結(jié)果，包括城市建筑和道路吸收并儲(chǔ)存太陽(yáng)能、人類活動(dòng)產(chǎn)生的熱量，以及城市地形減少熱量通過(guò)對(duì)流散發(fā)到大氣中。全球有400多個(gè)城市認(rèn)可城市熱島的存在，城市熱島大大增加了建筑物的峰值電力需求和冷卻能耗，降低了室外和室內(nèi)的舒適度，提高了幾種有害污染物的濃度，嚴(yán)重影響了人類健康，并增加了弱勢(shì)群體的風(fēng)險(xiǎn)水平[1]。

來(lái)自杜克大學(xué)和復(fù)旦大學(xué)的一項(xiàng)最新研究，由于城市熱島效應(yīng)，溫度每升高一度，峰值電力需求就會(huì)增加0.45%～4.6%[2]。城市熱島可能會(huì)使建筑物的冷卻需求增加100%。到2050年，城市熱島引起的制冷需求增加與其他驅(qū)動(dòng)因素（如人口增加和空調(diào)設(shè)備的快速普及）相結(jié)合，可能會(huì)使全球住宅和商業(yè)部門的制冷需求分別增加750%和275%。此外，城市熱島還會(huì)影響氣象條件，如影響城市地區(qū)的大氣邊界層（ABL）深度，特別是在夜間[3]。除了UHI引發(fā)的重要能源問(wèn)題外，對(duì)城市居民的熱舒適性、健康和脆弱性的影響也不容小覷。由于熱島現(xiàn)象，戶外舒適度嚴(yán)重下降，同時(shí)針對(duì)炎熱夏季低收入家庭室內(nèi)環(huán)境條件的大規(guī)模測(cè)量表明，室內(nèi)溫度大大超過(guò)了健康閾值溫度，對(duì)人群健康產(chǎn)生較大影響。由此可見(jiàn)，城市溫度升高與人類死亡率之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性。

現(xiàn)如今社會(huì)大力推行城市綠地空間建設(shè)，城市綠地空間格局也在不斷地優(yōu)化和發(fā)展并帶來(lái)積極影響，但部分城市尤其是內(nèi)陸城市仍受到城市熱島的影響。城市土地利用類型的分布和比例對(duì)內(nèi)陸城市熱島效應(yīng)的發(fā)展具有顯著影響。盡管在綠地的作用下，城市熱島在內(nèi)陸地區(qū)現(xiàn)象的強(qiáng)度有所降低，因?yàn)橹参锏恼趄v與遮陰作用，相對(duì)涼爽的空氣向城市轉(zhuǎn)移了重要的生態(tài)影響。學(xué)術(shù)界對(duì)熱島效應(yīng)的研究重點(diǎn)集中于數(shù)值和實(shí)驗(yàn)研究[4]，通過(guò)研究城市熱島與綠地格局與規(guī)模的具體相互作用，明晰了城市綠色空間與熱島效應(yīng)的影響機(jī)制，并進(jìn)行了相應(yīng)的數(shù)值研究評(píng)估。通過(guò)數(shù)值研究得出結(jié)論，城市綠地空間延遲了城市中熱空氣的流動(dòng)，在城市中形成了熱空氣的冷卻區(qū)與熱量屏障，并通過(guò)植被形成的風(fēng)道加快空氣流通防止熱空氣淤積，這導(dǎo)致綠地周邊地區(qū)的冷卻影響高于無(wú)綠地城市地區(qū)，驗(yàn)證了綠地空間的冷卻潛力。

為探究甘肅省金昌市城市熱島的規(guī)模和特征，研究使用了Landsat8 OLI/TIRS多光譜和熱紅外影像為數(shù)據(jù)源，分析金昌市城市熱島的時(shí)空分布特征、地表溫度與土地利用/覆蓋的關(guān)系等相關(guān)規(guī)律[5]。旨在確定金昌市熱島問(wèn)題的嚴(yán)重程度和分布特征，以便為城市規(guī)劃設(shè)計(jì)具體的熱島緩解和適應(yīng)措施提供支撐，以抵消城市過(guò)熱的影響。

1 研究區(qū)概況

金昌市位于甘肅省中部，地處東經(jīng)101°04′35″～102°43′40″，北緯37°47′10″～39°00′30″，屬大陸性溫帶干旱氣候，全年多西北風(fēng)，晝夜、四季溫差較大，霜期長(zhǎng)，春季多大風(fēng)。境內(nèi)氣溫北高南低，降水北少南多。光、溫、水氣候資源豐富。下轄1個(gè)區(qū)、1個(gè)縣，共12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、6個(gè)街道，139個(gè)村、43個(gè)社區(qū)。全市總面積7 549 km2，截至2022年底，金昌市常住人口43.44萬(wàn)人，是中國(guó)西北重要的工業(yè)城市，為緣礦興企、因企設(shè)市。因盛產(chǎn)鎳被譽(yù)為“祖國(guó)的鎳都”。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理

采用研究區(qū) 2000 年 8 月 19 日、2010 年 8 月 15日、2015年8月21日、2020年8月18日中跨20年4期影像，時(shí)間選取時(shí)段為上午11點(diǎn)至下午3點(diǎn)。Land?sat 8攜帶2種傳感器：分別為光學(xué)陸地影像（Opera?tional Land Imager，OLI）傳感器和熱紅外（Thermal Infrared Sensor，TIRS）傳感器[6-7]。

遙感影像從地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)獲取，通過(guò)輻射定標(biāo)與大氣校正及幾何校正，將多光譜波段和全色波段的圖像融合，保持了30 m較高分辨率的同時(shí)將像元灰度級(jí)保持到了16 bit，最終以單波段影像保存和分析[8]。

2.2 地表溫度反演

目前地表溫度反演方法發(fā)展較為成熟，誤差也相對(duì)較小，學(xué)界常用的方法有3種，具體為大氣校正法（輻射傳導(dǎo)法）、單窗算法及單通道算法[9]。研究通過(guò)地表溫度反演的方法獲取地表溫度，采用基于大氣校正的方法計(jì)算研究區(qū)不同區(qū)域地表溫度[10]。

首先，利用 ENVI5.3對(duì)全色圖像和多光譜圖像進(jìn)行輻射校正；在此基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)的具體條件，對(duì)遙感影像進(jìn)行大氣校正。通過(guò)計(jì)算地表比輻射率為后續(xù)黑體輻射亮度計(jì)算提供數(shù)據(jù)支撐，地表比輻射率計(jì)算方法借鑒Sobrino提出的NDVI閾值法[11]，計(jì)算公式如下：ε = 0.004Pv + 0.986

（1）

式中：ε為地表的輻射率，Pv為植被覆蓋度，計(jì)算公式如下：

Pv =（NDVI - NDVIsoil）/（NDVIveg - NDVIsoil） （2）

式中：NDVI 表示歸一化植被指數(shù)；NDVIsoil表示完全裸地或者無(wú)植被覆蓋區(qū)域的 NDVI 值，取經(jīng)驗(yàn)值 0.05；NDVIveg表示完全植被覆蓋區(qū)域 NDVI 值，取經(jīng)驗(yàn)值0.70。

利用覃志豪等[12]建立的3種地表覆蓋類型的比輻射系數(shù)的方法。其中，水體的比輻射率為0.995，天然地表的比輻射率表示為 εsurface ，城鎮(zhèn)區(qū)比輻射率表示為 εbwilding ，計(jì)算公式如下：

[εsurface]=0.962 5 + 0.061 4Pv - 0.046 1Pv2 （3）

[εbwilding]=0.958 9 + 0.086Pv - 0.067 1Pv2 （4）

黑體輻射亮度的計(jì)算與大氣熱紅外波段的透過(guò)率和上下行輻射亮度有關(guān)，而以上指標(biāo)會(huì)根據(jù)時(shí)間、相關(guān)要素情況出現(xiàn)變化，由于數(shù)據(jù)的局限性，無(wú)法獲取精細(xì)的黑體輻射亮度評(píng)估指標(biāo)情況，所以采取默認(rèn)值對(duì)于黑體在熱紅外波段的輻射亮度B（Ts）進(jìn)行計(jì)算[13]，計(jì)算公式如下：

B（Ts）=（Lλ - L - τ（1 - ε）L）/ετ （5）

式中：ε表示地表比輻射率圖像；L為前文通過(guò)輻射定標(biāo)后的熱紅外波段圖像；L 為大氣上行輻射亮度；L 為下行輻射亮度，τ為大氣熱紅外波段的透過(guò)率。為了進(jìn)一步獲得真實(shí)地表溫度Ts（單位： °C），需要通過(guò)下列公式進(jìn)行計(jì)算，其中 KI、K2 通過(guò) TIRS Band10 波段的元數(shù)據(jù)獲得，分別為 K1=774.89 W/（m2·μm·sr）和K2=1 321.08 k，將黑體輻射亮度值轉(zhuǎn)化為攝氏度（°C），得到單位為攝氏度的溫度圖。計(jì)算公式如下：

Ts= K2/ ln [K1/B（Ts）+1] （6）

C=Ts-273.15 （7）

2.3 土地利用/覆蓋分類

將金昌市的土地利用類型分為建成區(qū)、水體、草地、林地、耕地、未利用地6大類。通過(guò)確認(rèn)高分二號(hào)衛(wèi)星 MSS 影像中多光譜和全色數(shù)據(jù)的圖層狀況，查看元數(shù)據(jù)信息，確定數(shù)據(jù)的RPC信息[14]。通過(guò)輻射定標(biāo)計(jì)算地物的光譜反射率或光譜輻射亮度，將不同時(shí)間遙感圖像的亮度和灰度值轉(zhuǎn)換為絕對(duì)的輻射亮度，消除傳感器本身、大氣、太陽(yáng)高度角、地形等的誤差，確定傳感器入口處的準(zhǔn)確輻射值。通過(guò)高精度的大氣校正可以消除大氣、光照等因素對(duì)測(cè)算結(jié)果的影響，便于獲得地表真實(shí)溫度參數(shù)[15]。利用 RPC的數(shù)據(jù)資料，對(duì)多光譜與全色數(shù)據(jù)進(jìn)行正射校正，用正向投影修正流動(dòng)工具，通過(guò)獲得的控制點(diǎn)，減少了錯(cuò)誤的統(tǒng)計(jì)，對(duì)輸出像素尺寸進(jìn)行了修正。通過(guò)對(duì)高分辨多光譜數(shù)據(jù)和高分辨單一波段數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣，形成一幅高分辨高光譜遙感圖像，實(shí)現(xiàn)高分辨率數(shù)據(jù)和多光譜信息數(shù)據(jù)的兼顧，方便研究機(jī)構(gòu)監(jiān)督分類金昌市內(nèi)不同土地覆蓋類型分布狀況，為進(jìn)行熱島時(shí)空演變特征識(shí)別奠定基礎(chǔ)。通過(guò) CART 決策樹方法，對(duì)涉及研究的 NDVI、MNDWI 等遙感指數(shù)進(jìn)行解譯分析，根據(jù)遙感圖像的光譜特征將不同土地利用類型進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)金昌市土地利用類型的分布識(shí)別[16]。

3 結(jié)果與分析

3.1 地表溫度反演結(jié)果與驗(yàn)證

利用 TIRS10 反演得到的研究區(qū)地表溫度結(jié)果如圖 1所示，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)可以得到4個(gè)時(shí)段的溫度特征，見(jiàn)表 1。為了驗(yàn)證地表溫度反演的可靠性，查閱了2000年8月19日、2010年8月15日、2015年8月21日、2020年8月18日4個(gè)時(shí)間點(diǎn)金昌市氣象局多個(gè)觀測(cè)臺(tái)站的氣溫（地上 2 m 處）數(shù)據(jù)，與基于遙感數(shù)據(jù)反演的金昌市地表溫度基本吻合，說(shuō)明利用地表溫度反演得到的地表溫度能夠進(jìn)行城市熱環(huán)境研究。

3.2 城市熱島效應(yīng)時(shí)空分析

由于選用了多時(shí)期影像來(lái)反演地表溫度，為了提高研究結(jié)果的可比性，研究引入熱島強(qiáng)度（Heat Island Intensity，HII），它反映了高溫區(qū)域與周邊區(qū)域的溫度相對(duì)差異，其計(jì)算公式如下[17]。

HII=（LST - Tmean）/Tmean （8）

式中：HII 為城市熱島強(qiáng)度；LST 為地表溫度；Tmean為研究區(qū)平均地表溫度。根據(jù)公式生成城市熱島強(qiáng)度圖，如圖 2 所示。從圖 2 可以看出，金昌市2000—2020年存在明顯的熱島效應(yīng)，且熱島較強(qiáng)烈區(qū)域主要分布在城市建成區(qū)和城市內(nèi)裸地等未利用的區(qū)域。另外，城市北部的部分農(nóng)田和石山區(qū)由于地表裸露，白天升溫迅速，也出現(xiàn)了大面積熱島效應(yīng)。根據(jù)熱島強(qiáng)度，將城市劃分為高溫區(qū)、較高溫區(qū)、中溫區(qū)、較低溫區(qū)和低溫區(qū)，各區(qū)域的面積統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表 2。由表 2可知，2000—2010年，高溫區(qū)面積增長(zhǎng)了14.7%，意味著在這期間，金昌市熱島效應(yīng)問(wèn)題加劇。在2010—2015年，低溫區(qū)面積不斷減少，而中溫區(qū)與高溫區(qū)面積大幅度提升，城市熱島效應(yīng)問(wèn)題為最嚴(yán)重時(shí)期，在2015—2020年期間，高溫區(qū)面積大幅度減少，減少幅度達(dá)到52.3%，低溫區(qū)面積較2015年增長(zhǎng)近10倍，意味著熱島問(wèn)題已經(jīng)被當(dāng)?shù)卣认嚓P(guān)部門重視，并采取了相應(yīng)緩解熱島的措施。

以2020年為例，在建設(shè)用地和未利用地區(qū)域，熱島強(qiáng)度主要以強(qiáng)熱島區(qū)和較強(qiáng)熱島區(qū)為主，面積約占整個(gè)金昌市區(qū)域的41.76%，中溫區(qū)面積占比約為 22.45%，低溫區(qū)和較低溫度區(qū)面積占比約為35.79%。在林地和水體類型中，以冷島斑塊（強(qiáng)冷島區(qū)、較強(qiáng)冷島區(qū)和弱冷島區(qū)）占優(yōu)，其中林地中低溫與較低溫度占比約為88.96%，而在水體類型中占比達(dá)86.37%。由此可知，水體和林地表現(xiàn)為顯著的冷島效應(yīng)，降溫效果明顯。

3.3 土地利用/覆蓋對(duì)地表溫度影響

對(duì)研究區(qū)冬季和夏季遙感影像的分類結(jié)果如圖 3所示，隨機(jī)選擇 200 個(gè)真實(shí)地面 ROI 進(jìn)行精度驗(yàn)證，影像的總體分類精度為 88.33%，Kappa 系數(shù)為 0.81。得到金昌市全域土地利用類型分布圖后，通過(guò)對(duì)分類圖進(jìn)行手動(dòng)修正，得到金昌市 2000—2020年間4期的土地利用分布圖，并對(duì)土地利用類型分布圖進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，匯總得到各類型土地利用面積等信息，結(jié)果見(jiàn)表 3。

根據(jù)得到的地表土地利用類型面積分布圖顯示，耕地方面，2000—2010年耕地面積增長(zhǎng)150 km2以上；林地 2000—2010 年面積縮小近 20 km2，但 2015—2020年林地面積增長(zhǎng)，基本面積保持穩(wěn)定態(tài)勢(shì)；草地2000—2010年面積縮小10%以上，之后面積趨于穩(wěn)定；水體面積分布狀況在2000—2015年面積較為穩(wěn)定，2015—2020年流域面積增長(zhǎng)5%以上，水體面積的增長(zhǎng)與 2015—2020 年的水體周邊熱島問(wèn)題緩解或有關(guān)聯(lián)關(guān)系；未利用地2000—2020年基本保持穩(wěn)定的態(tài)勢(shì)；建設(shè)用地方面，自2000—2020 年面積增長(zhǎng)約106 km2，面積增長(zhǎng)約75%，體現(xiàn)出金昌市的城市化速度十分迅速，也是金昌市出現(xiàn)熱島效應(yīng)的顯著原因，由此可見(jiàn)，其他各類土地利用類型的減少是建設(shè)用地面積增長(zhǎng)的來(lái)源。

通過(guò)對(duì)土地利用類型分布圖和地表溫度分布圖進(jìn)行空間疊置，以此來(lái)探究不同土地利用類型與熱島問(wèn)題之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制，為今后相關(guān)研究以空間格局優(yōu)化的方式來(lái)緩解熱島問(wèn)題提供依據(jù)。統(tǒng)計(jì)各類土地利用類型的地表溫度平均值，具體見(jiàn)表 4。

從表4中可以看出，地表平均溫度未利用地＞建設(shè)用地＞草地＞耕地＞水體＞林地，未利用地的地表溫度平均值在20年4期期間溫度最高，林地地表平均溫度最低。由于Landsat數(shù)據(jù)獲取的時(shí)間多為8月，大部分耕地區(qū)域的農(nóng)作物正處于生長(zhǎng)狀態(tài)較為茂盛時(shí)間段，呈現(xiàn)中等熱島強(qiáng)度現(xiàn)象，自然區(qū)域的強(qiáng)熱島區(qū)主要位于自然區(qū)域的未利用裸地及草地區(qū)域，由于這兩個(gè)區(qū)域占研究區(qū)較大的面積比例，使得金昌市整體存在較強(qiáng)的高溫現(xiàn)象，自2000—2020年的時(shí)間推移，強(qiáng)熱島區(qū)逐漸由北部未利用地與草地向東部建設(shè)用地移動(dòng)，在8月期間，城市建成區(qū)范圍內(nèi)出現(xiàn)了顯著的城市熱島效應(yīng)。水體區(qū)域在 4 期的溫度評(píng)估分布圖中保持著較低的溫度水平，林地區(qū)域也保持著較低的平均溫度水平，這表明水體和森林具備良好的降溫效果。

在2000—2020年間，各土地利用類型地表溫度狀況總體趨勢(shì)為先升高后降低，在2010年達(dá)到增長(zhǎng)峰值，2010—2020 年熱島效應(yīng)強(qiáng)度略有減緩，林地區(qū)域地表均值溫度始終保持在28～30 ℃左右的區(qū)間內(nèi)，溫度較為穩(wěn)定，說(shuō)明林地等高覆蓋度植被對(duì)熱島具有較強(qiáng)的緩解作用。水體溫度除2010年外，大多保持32～34 ℃區(qū)間內(nèi)，未利用地地溫先升高后降低，變化幅度明顯，其中最高溫度達(dá)到 45.86 ℃，說(shuō)明未利用地溫度受到熱島效應(yīng)影響較為嚴(yán)重。建設(shè)用地除2000年平均溫度僅為34.38 ℃外，其他年間溫度保持在40 ℃左右，說(shuō)明金昌市建設(shè)用地區(qū)域存在顯著熱島效應(yīng)問(wèn)題。

引起不同土地利用類型地表溫度差異的原因有許多，如地表材質(zhì)的熱傳導(dǎo)效果、地表材質(zhì)的比熱容不同等。建設(shè)用地大多由水泥、瀝青等材質(zhì)構(gòu)成，材質(zhì)密度較高，不透水性較強(qiáng)，地表蒸散能力弱，太陽(yáng)輻射的熱量容易快速堆積且迅速傳導(dǎo)擴(kuò)散，且由于建筑密集，缺乏通風(fēng)廊道，熱空氣堆積，導(dǎo)致建設(shè)用地溫度較高。未利用地多為裸地，地面主要材質(zhì)為沙石，沙石白天受太陽(yáng)照射，溫度迅速升高，晚上溫度迅速下降，由于地表溫度反演選取時(shí)間點(diǎn)為夏日白天，所以未利用地區(qū)域溫度最高。水體區(qū)域比熱容大，受到太陽(yáng)熱輻射后溫度升高較慢，且由于水的蒸騰吸熱作用，溫度較低。耕地、林地、草地均有植被覆蓋，但是由于植被覆蓋的高度、密度不同，植被的蒸騰作用和遮蔭效果不同，其溫度調(diào)節(jié)能力也不同，其中林地由于存在復(fù)層植被，具有較大表面積的蒸騰效果，能夠高效地緩解城市熱島效應(yīng)問(wèn)題，優(yōu)化局部熱環(huán)境。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

研究探討了金昌市城市熱島的時(shí)空演變特征，分析了下墊面類型與熱島效應(yīng)時(shí)空變化關(guān)系，得出以下結(jié)論：（1）金昌市熱島效應(yīng)在 20 年 4 期期間時(shí)空演變顯著，熱島問(wèn)題主要集中在城市范圍內(nèi)建設(shè)用地與未利用地等區(qū)域，熱島高溫區(qū)輪廓基本與以上兩區(qū)域輪廓相吻合；（2）城市熱島效應(yīng)存在明顯的時(shí)空演變差異，2000年強(qiáng)熱島區(qū)主要位于金昌市北部，2000—2015 年，金昌市強(qiáng)熱島區(qū)逐漸向東部城市耕地與建成區(qū)轉(zhuǎn)移，2015—2020 年，金昌市熱島問(wèn)題獲得初步緩解；（3）地表溫度與土地利用（下墊面類型）有顯著關(guān)系，地表平均溫度表現(xiàn)為：未利用地＞建設(shè)用地＞草地＞耕地＞水體＞林地。林地、水體與城市地表溫度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，具有較強(qiáng)的熱島緩解作用，可在一定程度上改善熱島效應(yīng)問(wèn)題。

4.2 討論

緊湊的城市布局可能限制空氣流通，降低熱量通過(guò)對(duì)流傳遞的效率，從而導(dǎo)致更高的表面溫度。城市中硬質(zhì)景觀通過(guò)其與太陽(yáng)凈輻射和人為熱的相互作用，在城市冠層及以下層級(jí)形成了獨(dú)特的微氣候系統(tǒng)，對(duì)城市熱島（UHI）效應(yīng)的形成具有關(guān)鍵影響。硬質(zhì)景觀在日間吸收并儲(chǔ)存熱量，通過(guò)湍流換熱向空氣傳遞顯熱，并通過(guò)蒸發(fā)調(diào)節(jié)氣溫；而在夜間釋放儲(chǔ)存的熱量，導(dǎo)致環(huán)境溫度升高。人為改變地表粗糙度或城市形態(tài)可以通過(guò)改變城市冠層中的流動(dòng)物理特性來(lái)顯著影響地表溫度，進(jìn)而改變潛熱和顯熱通量的湍流傳輸。研究進(jìn)一步表明，城市中的綠地、水體通過(guò)遮陰、散熱、蒸騰水分等生態(tài)過(guò)程在調(diào)節(jié)熱環(huán)境方面發(fā)揮重要作用。結(jié)合研究結(jié)論，文章針對(duì)金昌市城市熱島效應(yīng)從宏觀、微觀空間尺度分別提出緩解策略：（1）宏觀空間尺度。一方面優(yōu)化景觀空間格局與綠化配置，將城市綠地等配置在熱島區(qū)域，另一方面結(jié)合城市道路與城市主導(dǎo)風(fēng)向規(guī)劃金昌市通風(fēng)廊道，并與城市周邊郊區(qū)形成熱量疏解區(qū)。（2）微觀空間尺度。樹木作為減輕城市熱島（UHI）效應(yīng)的重要植被類型，受到了廣泛關(guān)注。樹木通過(guò)蒸騰作用提供遮蔭，對(duì)改善城市的熱環(huán)境和提高行人的熱舒適性起到了關(guān)鍵作用。可適當(dāng)增加冠幅較大、萌檗分支較高的耐旱樹種，以適應(yīng)干旱少雨的金昌市氣候特征。此外，地面鋪裝、地表粗糙度影響著太陽(yáng)輻射的吸收與散發(fā)。可在街區(qū)尺度選擇高反射率的鋪砌表面，使路面蒸發(fā)，增加路面的熱慣性。

未來(lái)研究重點(diǎn)應(yīng)集中在以下幾個(gè)方面：（1）通過(guò)地面觀測(cè)、模型模擬等方法補(bǔ)充完善遙感監(jiān)測(cè)的空間分辨率不足問(wèn)題；（2）制定具有針對(duì)性和系統(tǒng)性的城市冷島規(guī)劃，加強(qiáng)城市與郊區(qū)之間的通風(fēng)廊道建設(shè)，進(jìn)一步通過(guò)集約利用城市低效用地，構(gòu)建城市冷島；（3）可通過(guò)進(jìn)一步分析熱島數(shù)量和面積變化與綠地變化的空間相關(guān)性，為城市綠地系統(tǒng)規(guī)劃、城市氣候適應(yīng)性規(guī)劃設(shè)計(jì)提供新的實(shí)踐和研究思路。

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Research on the Evolution of Urban Heat Island Effect from the Perspective of Time and Space： A Case Study of Jinchang City， Gansu Province

YANG Wendong1，ZHU Zongzhen2，CHEN Bin1

（1.Jinchang Geological Survey and Planning Institute，Jinchang Gansu 737100，China；2.School of Agricultural and Forestry Economics and Management，Lanzhou University of Finance and Economics，Lanzhou Gansu 730020，China）

Abstract： Under the background of urbanization and global warming， in order to explore the heat island prob?lem that may be caused by urban expansion in Jinchang City and the relationship between urban heat island effect and land use， the spatial and temporal evolution characteristics of urban heat island in Jinchang City， Gansu Prov?ince were studied and analyzed. The spatial and temporal evolution of urban heat island and land cover in Jinchang City in the past 20 years was analyzed by surface temperature inversion and supervised classification method. The study found that both urban heat island and cold island phenomena have certain development changes， and the change of land use distribution has a strong correlation with the distribution of urban heat island effect. The heat is?land effect in Jinchang City has evolved significantly in space and time in the past 20 years. The heat island prob?lem is mainly concentrated in urban areas such as construction land and unused land. The outline of the high tem?perature area of the heat island is basically consistent with the outline of the above two areas. The urban heat island effect of Jinchang City has obvious spatial and temporal evolution differences， and the heat island area gradually shifts from the north to the eastern urban cultivated land and built-up area.

Key words： urban heat island; Landsat8 OLI/TIRS; land surface temperature; land use/cover