91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

作者：鄭曉敏

  以往針對(duì)城市熱環(huán)境的研究多是針對(duì)單一區(qū)域，分析熱環(huán)境的源頭、起因并且得出針對(duì)土地利用熱環(huán)境效應(yīng)的應(yīng)對(duì)策略，很少針對(duì)有著不同土地利用格局的區(qū)域進(jìn)行分析，探尋土地利用熱環(huán)境效應(yīng)的異同。因此從不同的土地利用格局進(jìn)行土地利用的熱環(huán)境效應(yīng)分析具有實(shí)際意義。土地利用方式與熱環(huán)境分布有著明顯相關(guān)性，將城市熱環(huán)境與景觀指數(shù)結(jié)合起來，可以研究熱力景觀分布特征。利用遙感影像對(duì)地表亮溫進(jìn)行反演，能夠在一定尺度上對(duì)城市溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

1  研究數(shù)據(jù)與研究方法

1.1  研究區(qū)選取以及遙感數(shù)據(jù)分類

  本文所用數(shù)據(jù)為landsat8的數(shù)據(jù)，選取河南省北部林縣、安陽縣、湯陰縣、鶴壁市部分(浚縣)2014年6月7日的遙感影像；河南省中部汝州、禹州、襄城、寶豐、郟縣2013年6月4日的遙感影像；河南南部信陽市的固始縣和商城縣，2013年8月9日的遙感影像。3個(gè)區(qū)域分別是豫中、豫南、豫北的代表性區(qū)域，分別位于黃河流域兩側(cè)，南部水域較多，中部與北部則是旱地較多，城市發(fā)展速度較快，3個(gè)樣區(qū)在河南省的位置如圖1所示，由于地理位置的不同導(dǎo)致3個(gè)樣區(qū)在土地利用分布上各有其特征，進(jìn)而探究3種不同土地利用方式下的熱力景觀特征。

    在ENVI以及ArcGIS中處理數(shù)據(jù)，首先利用ENVI軟件對(duì)遙感圖像進(jìn)行監(jiān)督分類，然后在GoogleEarth的遙感影像下，對(duì)遙感圖像進(jìn)行目視解譯精校正，最終得到土地利用的矢量數(shù)據(jù)。

1.2  研究方法

1.2.1  多樣性

    為了描述熱力景觀和土地利用的空間分布離散性，引入仙農(nóng)熵變形公式：

    構(gòu)成組分多樣性表示研究區(qū)域內(nèi)土地利用的構(gòu)成的多樣性特征，即該區(qū)域土地利用情況在組成分布上的均勻程度。S表示研究區(qū)域內(nèi)土地利用或者熱力景觀分類總數(shù)目，Pi表示在該研究區(qū)域內(nèi)，第f類土地利用類型或者熱力景觀類型的相對(duì)多度，即利用該種土地利用類型或者熱力景觀類型面積除以該區(qū)域的總面積�？臻g分布多樣性值在0-1之間，當(dāng)該區(qū)域的土地利用類型或者熱力景觀類型分布不均勻時(shí)，即該區(qū)域只是分布了某一種土地利用類型或者熱力景觀類型，或個(gè)別土地利用類型或者熱力景觀類型占據(jù)優(yōu)勢(shì)時(shí)，空間分布多樣性趨近于0；土地利用類型或者熱力景觀類型分布均勻時(shí)，多樣性趨近于1。

    在某種土地利用類型或熱力景觀類型的空間分布多樣性中：S為空間網(wǎng)格的數(shù)目；Pi為第f個(gè)空間網(wǎng)格里研究對(duì)象的面積占其總面積的比例；Y為多樣性指數(shù)，表示在研究區(qū)域中，它表征了對(duì)象分布的離散性程度，空間分布的多樣性格局�？臻g分布多樣性取值值域?yàn)閇0，1]，某種土地利用類型或者熱力景觀類型的分布離散型很強(qiáng)，在越多的網(wǎng)格中有分布，空間分布多樣性越趨近于1；當(dāng)某種土地利用類型只是分布在的網(wǎng)格數(shù)目越小時(shí)，多樣性趨近于0。

1.2.2  植被覆蓋度計(jì)算

    在landsat8數(shù)據(jù)中提取歸一化植被指數(shù)(normal-ized difference vegetation index):

    NIR和R波段分別為近紅外和紅外波段。

    計(jì)算植被覆蓋度：

    其中NDVI,和NDVls分別是植被和裸土的ⅣDVI值，并且當(dāng)NDVI≥NDVIV或者ND VI≤ND Vls時(shí)認(rèn)為FV=0。

1.2.3  地表溫度反演及其精度

    利用landsatTM衛(wèi)星影像對(duì)地表溫度進(jìn)行反演是可行的。為了反演地表溫度，在ENVI中采用柵格運(yùn)算反演地表溫度，如公式(4)所示。

首先進(jìn)行輻射定標(biāo)：

    式(4)中，Rm和Ra是增益參數(shù)和偏移參數(shù)，可以從下載的遙感數(shù)據(jù)的頭文件中讀取。．

  輻射亮溫的計(jì)算如下：

  式(5)中，T入是輻射亮溫值，K1和K2是常量，可以在頭文件中獲取。

    地表溫度反演：landsat8數(shù)據(jù)有2個(gè)熱紅外波段，本文采用第10波段，并且用單窗算法反演地表溫度，反演公式如下：

    式(6)中，T10是Landsat8數(shù)據(jù)第10波段的亮溫溫度，C、D是中間變量，計(jì)算公式如下：

    式(7)~(8)中，T是大氣透射率，這里取值0.894 22；s是地表比輻射率，本文應(yīng)用覃志豪等提出的方法估算。

大氣平均作用溫度T可見公式(9):

  由上面的式子可以反演出地表的溫度值，研究表明基于此算法反演出的地表溫度誤差較小，而且本研究所選取的數(shù)據(jù)云量較少、天氣晴朗，故本研究反演得出的溫度數(shù)據(jù)的精度能夠滿足研究需求。

1.2.4  景觀指數(shù)

    本文用到的描述斑塊分布的景觀指數(shù)如表1所示。

2.1  土地利用分類結(jié)果

    對(duì)河南省典型樣區(qū)進(jìn)行土地利用目視解譯(圖2)，計(jì)算并統(tǒng)計(jì)了土地構(gòu)成組分多樣性以及土地利用分布數(shù)據(jù)（如表2）。3個(gè)研究樣區(qū)按照其地理位置由北至南，土地利用構(gòu)成組分多樣性分別是0.562，0.513，0.547；水域面積比例在不斷升高，分別是1.077%、2.473%、l2.544%，水域多樣性指數(shù)分別是0.701、756、0.909，說明豫南水域面積占比重最高，且分布最為離散，能夠?qū)��?duì)熱量有更好的調(diào)節(jié)作用。3個(gè)樣區(qū)土地利用組分多樣性從大至小排列是豫北、豫南、豫中。豫北和豫中建筑用地的土地利用多樣性指數(shù)是0.855和0.880，說明其空間離散性、城市化程度較高，地面硬化比例高，而豫南建筑用地多樣性是0.595，說明該樣區(qū)建筑用地分布離散程度低。豫南樣區(qū)的交通運(yùn)輸用地多樣性較低，說明道路建設(shè)相對(duì)豫中和豫北較少。3個(gè)樣區(qū)多樣性指數(shù)最高的都是耕地，說明耕地分布離散程度最高，其面積指數(shù)也最大，由此可見河南樣區(qū)以農(nóng)業(yè)為主。

2.2  地表溫度反演結(jié)果、熱力景觀分級(jí)與熱力景觀格局指數(shù)

 利用ENVI軟件對(duì)地表亮溫進(jìn)行反演，分類結(jié)果景觀性清晰，景觀格局明顯，通過遙感圖像反演出的地表溫度精度足以在大尺度上對(duì)熱力景觀進(jìn)行研究，統(tǒng)計(jì)溫度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其成正態(tài)分布，3個(gè)樣區(qū)按照其地理位置由北到南，平均溫度分別為35.11、36.7、30.06℃，豫南區(qū)域的溫度明顯較低，流域區(qū)域的溫度較低，而道路與城鎮(zhèn)建筑用地表現(xiàn)出更高的溫度，道路以及水體在熱力景觀圖上仍然能夠分辨，見圖3，而低溫區(qū)多分布于林地地區(qū)，硬化路面溫度高于裸露土壤為主的自然覆蓋面。

選用Arcgis中的natural breaks分類方法，將熱力景觀分成5級(jí)，分別是高溫區(qū)、次高溫區(qū)、中溫區(qū)、次低溫區(qū)以及低溫區(qū)，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，這種分類方法能夠較好地表示溫度等級(jí)，由于選擇樣區(qū)每個(gè)區(qū)域的溫度范圍不同，所以溫度分類的溫度區(qū)間并不相同。具體溫度級(jí)別劃分如表所示（表3、表4、表5）。

    表3可見，豫北樣區(qū)高溫區(qū)面積指數(shù)在3個(gè)樣區(qū)中面積指數(shù)最大，次高、高溫區(qū)所占的面積占到51.8%；豫北樣區(qū)總體景觀分離程度都不大，低溫區(qū)的分離相對(duì)較大。平均斑塊形狀指數(shù)各個(gè)溫區(qū)有相似特征。平均斑塊面積高溫區(qū)最大，其余依次為次低溫區(qū)、次高溫區(qū)、中溫區(qū)，低溫區(qū)景觀破碎程度較高；豫北樣區(qū)熱力景觀的斑塊的形狀指數(shù)相近。

    豫中樣區(qū)熱力景觀指數(shù)如表4所示，次高溫區(qū)、中溫區(qū)以及次低溫區(qū)占總面積的93%。將平均斑塊面積由大到小排序，依次為次低溫區(qū)、中溫區(qū)、次高溫區(qū)，高溫區(qū)與低溫區(qū)斑塊破碎化程度高、而其它溫度區(qū)域以較大斑塊形狀存在；高溫區(qū)與低溫區(qū)的景觀分離度指數(shù)是其他溫度區(qū)域的10倍左右，可見高溫區(qū)與低溫區(qū)的板塊分離程度較大，而次高、中、次低溫區(qū)分離程度都較小。

    從表5可見，在豫南樣區(qū)，按照面積從大到小排序是次高溫區(qū)，中溫區(qū)，次低溫區(qū)，高溫區(qū)，低溫區(qū)，其中高、低溫區(qū)面積僅占總面積的l0%；由平均斑塊面積指數(shù)可知高溫區(qū)、低溫區(qū)景觀破碎程度最大；總體來說，豫南的熱力景觀分離程度都不大，豫南樣區(qū)熱力景觀斑塊形狀相似。

2.3  熱力景觀多樣性和土地利用多樣性

    以往的研究表明在不同的地表覆蓋特征下，熱力景觀往往會(huì)有不同的表現(xiàn)。圖4所示是信陽市固始縣熱力景觀以及土地利用類型景觀圖，建筑用地有明顯的高溫表現(xiàn)，水體則表現(xiàn)為低溫，由于水田的存在，因此水域分布也較為離散�？梢娫诓煌�的土地利用影響的情況下，熱力景觀也有不同的變化。

    接下來對(duì)土地利用和熱力景觀進(jìn)行探究。各區(qū)域熱力景觀構(gòu)成組分多樣性指數(shù)如表6。構(gòu)成組分多樣性能夠表研究區(qū)域景觀構(gòu)成的均勻程度，由于溫度分布具有連續(xù)性，土地利用分類并不具有連續(xù)性，因此熱力景觀在空間分布上更加均勻，構(gòu)成組分多樣性指數(shù)也越大。分別將熱力景觀和土地利用構(gòu)成組分多樣性進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)，土地利用構(gòu)成組分多樣性和熱力景觀構(gòu)成組分多樣性成正相關(guān)關(guān)系，它們之間的pear-son相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.881，相關(guān)性強(qiáng)。推測(cè)土地利用分布越均勻程度越大，熱力景觀的分布就越均勻。

    在溫度由低向高升高的過程中，熱力景觀的空間分布多樣性在中溫區(qū)達(dá)到最大，分別是0.913、0.951、0.971，見表7，并且其隨著溫度的身高逐步減低，3個(gè)典型樣區(qū)的熱力景觀都具有此類似的正態(tài)分布特征（如圖5）。3個(gè)樣區(qū)的水域以及建筑用地在多樣性上分布差異最明顯（如圖6），由于工礦倉(cāng)儲(chǔ)用地面積較小，在此不做討論，水體在城市中能夠起到降低溫度的作用，水體分布在土地利用多樣性對(duì)熱力景觀多樣性的影響，由北到南，3個(gè)樣區(qū)水體的利用多樣性分別是0.701、0.756和0.909，而3個(gè)樣區(qū)的平均溫度分別是35.11、36.7、30.06℃，pearson相關(guān)系數(shù)是0.883，相關(guān)性強(qiáng)。因此，當(dāng)?shù)乇砀采w為水體時(shí)，能夠緩解人類和自然活動(dòng)的熱效應(yīng)。將水域分布與熱力景觀疊加分析發(fā)現(xiàn)：豫北樣區(qū)溫度范圍在21-45℃之間，平均氣溫32.51℃；豫中樣區(qū)溫度范圍在28-32℃之間，平均氣溫31.38℃；豫南樣區(qū)溫度范圍在21-27℃之間，平均氣溫26.27℃；水域分別低于平均氣溫2.6、5.32、3.79℃。水體利用多樣性和地表亮溫成明顯的正相關(guān)關(guān)系。建筑用地由北至南，多樣性分別是0.855、0.88、0.595，平均亮溫分別為35.49、36.74、30.42℃。對(duì)比3個(gè)樣區(qū)的多樣性和平均氣溫發(fā)現(xiàn)它們的大小規(guī)律一致，從大到小排列為豫中>豫北>豫南，它們之間的pearson相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.988，相關(guān)性極強(qiáng)；因此可以推斷建筑用地分布越離散，溫度也就越高。

3  結(jié)論

 對(duì)河南省3個(gè)樣區(qū)進(jìn)行地表亮溫反演發(fā)現(xiàn)豫北、豫中、豫南樣區(qū)均有明顯的熱島效應(yīng)存在，3種不同的土地利用模式下，熱環(huán)境在景觀指數(shù)上有著不同的特征：(l)土地利用構(gòu)成組分多樣性大的樣區(qū)，說明城市化程度高，人為活動(dòng)明顯，因而也表現(xiàn)出較高的平均氣溫。并且土地利用構(gòu)成組分多樣性與熱力景觀多樣性成正相關(guān)的關(guān)系，相關(guān)性達(dá)到0.831;說明土地利用構(gòu)成離散程度越高，熱力景觀的離散程度就越高。(2)通過對(duì)3個(gè)樣區(qū)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，水域分布離散性大的樣區(qū)，地面平均溫度得以降低，相關(guān)性達(dá)到0.883。而建筑用地分布離散性大的樣區(qū)，地表平均溫度會(huì)升高，相關(guān)性達(dá)到0.988;說明水域?qū)�熱量有較好的緩沖、吸收的作用，而建筑用地則會(huì)產(chǎn)生熱量，聚集熱量。

4摘要：運(yùn)用landsat8影像，采用監(jiān)督分類的方法得出河南3個(gè)樣區(qū)的土地利用分布情況，采用單窗算法反演地表溫度，將景觀指數(shù)應(yīng)用于分析土地分類結(jié)果以及熱力景觀特征分析中，并且在l km網(wǎng)格尺度下，將多樣性方法應(yīng)用于土地利用和城市熱環(huán)境的研究，探究其空間分布規(guī)律以及兩者之間的相互關(guān)系；以豫北、豫中、豫南3個(gè)不同生態(tài)環(huán)境條件樣區(qū)為例，探討3種不同土地利用模式下的熱力景觀空間離散性特征。研究發(fā)現(xiàn)：豫北樣區(qū)熱力景觀構(gòu)成組分多樣性、土地利用構(gòu)成組分多樣性分別是0.924、0.562，豫中樣區(qū)分別為0.815、

0.513，豫南樣區(qū)分別為0.833 .0.547，可以得出土地利用分布越均勻程度越大，熱力景觀的分布就越均勻；水域的用地表現(xiàn)多為低溫區(qū)，建筑用地則多表現(xiàn)為高溫區(qū)，水域用地的平均氣溫比樣區(qū)平均氣溫氣溫低2.6-5.32℃；水域用地空間分布多樣性越大的樣區(qū)，該樣區(qū)的熱環(huán)境效應(yīng)越不明顯；建筑用地空間分布多樣性數(shù)值越高的樣區(qū)，該樣區(qū)的熱環(huán)境效應(yīng)越明顯；研究結(jié)果表明，城鎮(zhèn)化進(jìn)程中土地利用方式的轉(zhuǎn)變直接導(dǎo)致了區(qū)域生態(tài)環(huán)境的變化，熱環(huán)境效應(yīng)便是其中之一。將多樣性研究方法引入到土地利用的熱力景觀中具有可行性，并且對(duì)城市規(guī)劃、土地管理具有重要的參考價(jià)值與實(shí)際意義。

    綜上所述，可以將熱力景觀指數(shù)，熱力景觀多樣性分布以及土地利用多樣性作為評(píng)價(jià)城市熱環(huán)境的重要指標(biāo)，土地利用的熱環(huán)境研究對(duì)于未來城市規(guī)劃，緩解土地利用的熱環(huán)境效應(yīng)，提高人類生活的舒適度具有重要意義。