南京市景观格局的热效应分析

论文总字数：11742字

摘 要

近年来城市化的快速发展改变了城市景观格局，城市下垫面的环境发生了显著的变化，这些变化对区域生态系统造成了明显的影响。南京作为江苏的省会城市，有着人口众多，城市化水平高等特点，城市热效应明显，研究其下垫面特征参数并分析城市主要景观对城市热环境的影响有一定的意义。本文采用2007年7月26日Landsat-5 TM卫星影像，运用Erdas软件提取水体、不透水面、植被这些典型地表特征值及地表温度这一热因素，并运用SPSS软件分析每一个地表特征值与地表温度之间的定量关系。研究结果表明：随着水体和植被面积的增加，地表温度有所下降，因此水体和植被对城市起到降温的作用，而随着不透水面的增加，地表温度呈现出上升的趋势，因此不透水面会导致城市地表温度的上升。

关 键 词：南京，景观格局，城市热效应，统计分析

Abstract: In recent years, the rapid development of urbanization has changed the urban landscape pattern, significant changes occurred in urban surface environment, these changes on regional ecosystems caused a significant impact. As the capital city of Jiangsu Province, Nanjing has a large population and high level of urbanization, the urban heat effect is obvious, to study the effects of land surface characteristic parameters and analyze the landscape of the city"s main urban thermal environment has a certain significance. In this paper, use July 26, 2007 Landsat-5 TM satellite image and Erdas software to extract water, impervious surface, vegetation of typical values ​​of surface features and surface temperature of the heat factor, and the use of SPSS software to analyze the value of each surface features quantitative relationship between surface temperature. The results show that: with the increase in the area of ​​water and vegetation, surface temperature has dropped, therefore water and vegetation play a cooling effect on the city, and with the increase in impervious surface, the surface temperature showed an upward trend, so permeable surface will lead to rising urban surface temperatures.

Keywords：Nanjing, landscape pattern, urban heat effect, Statistical Analysis

目 录

1 引言 8

2 研究区与数据 9

2.1 研究区概况 9

2.2 数据 10

2.3 预处理 10

3 专题要素提取 13

3.1 水体信息（MNDWI）提取 13

3.2 不透水面（NDISI）提取 15

3.3 植被指数（NDVI）计算 19

3.3 陆地表面温度（LST）提取 21

4 景观格局分析 24

5 景观格局与地表温度的关系 29

5.1 水域景观与地表温度的关系 29

5.2 不透水面与地表温度的关系 32

5.3 植被景观与地表温度的关系 35

5.4 三类景观对地表温度影响的定量分析 37

结 论 41

参 考 文 献 43

致 谢 45

1 引言

在过去的五十年里，世界各城市都处在快速发展的进程中。很多城市的城市化导致景观格局的变化，城市人口的增加，城市景观的扩张以及植被覆盖面积的减少。随着城市化快速发展，城市景观越来越多地受到人类活动的影响并逐渐被人类控制。人类活动的日渐频繁和城市化进程的加快对城市的经济发展至关重要，而与此同时产生了很多的社会和环境问题，特别是城市化的形成改变城市景观格局。下垫面变化对城市热环境的重要作用，增强了城市热岛效应和城市小气候圈。城市热效应出现与愈演愈烈给人类的城市管理与发展带来了巨大的挑战。城市化发展的同时，吸收了西方先发展后治理模式的经验，针对热效应提出治理措施，力求在治理的同时实现可持续发展、生态环境保护以及人与自然的协调发展。在这样的情况下，景观生态系统进入人们的视野并成为人们解决环境问题所研究的重要对象。

景观生态系统，通常是指一组嵌入在空间的相互作用。不同生态系统反应在空间上即不同类型的土地利用单元，它们以各种形状和大小镶嵌组合，形成斑块、廊道、基质等景观因素。景观格局即空间格局，是大小和形状各异的景观因素在空间上的排列和组合，包括景观构成单元的类型、数目及空间分布与配置。自然环境和人类活动对景观空间格局共同产生作用，控制各种环境因子在空间尺度上的分布和组合。

景观要素格局的变化会对城市地表温度产生一定的影响，形成城市的热环境，因此，景观格局改变城市热环境。有研究表明，地表温度与植被覆盖之间存在一种显著的负相关关系，不透水面和城市热环境二者具有密切联系^[1]。本文重点分析由于城市景观变化所产生的热环境效应的格局，分析他们之间的定量关系。通过参数估计经验模型获取水体、不透水面、植被等景观格局要素，充分利用Landsat-5 TM数据空间分辨率的优势，构建满足研究区热环境的景观格局参数，挖掘其与地表温度之间的相关性，为南京市景观格局建设和提高人居环境提供了科学的依据，也为城市热效应研究提供一些参考。

2 研究区与数据

2.1 研究区概况

南京市位于31°14″~32°37″N，118°22″~119°14″E，总面积6600km²，辖11区2县。南京主要沿南北延伸发展，选择城市地区为研究区，长江流域、秦淮河流域的水，玄武湖、莫愁湖、固城湖等湖泊和一些小型水库。南京有着6000多年文明史，在过去的30年中，南京的城市扩张速度加快，正承受着城市化的过程。虽然城市扩张是经济发展的必经之路，但是城市扩张引发的景观格局变动同时也严重影响了城市的热环境。

2.2 数据

本文选择了地理空间数据云网站（www.gscloud.cn）2007年7月26日南京市的Landsat-5 TM多光谱影像数据，覆盖南京市及其周边地区，图像质量是好的，除了一些地区的云和雾外，大部分的区域是清晰的，图像含有林地、耕地、宅基地、河流、湖泊、公路、铁路和其他物体。TM数据较好，高空间分辨率、覆盖面积大，能满足大面积信息提取的要求。辅助数据选取江苏测绘局网站的南京市1:18万行政区划图，用于获取遥感影像中南京市区域裁剪的矢量边界。

2.3 预处理

数据预处理是指对数据进行的一些前置处理，其目的是提高数据质量。数据预处理包括几何校正和辐射校正，本实验主要进行了几何校正。几何校正是通过一系列数学模型修正和去除遥感影像成像时因摄影材料变形、镜头畸变、大气折射、地球的曲率、地球的自转、地形起伏等因素致使的几何位置、形状、尺寸、方位等特点，与在参照系统的表达出现不一致发生的变形^[2]。为了获取南京市范围的遥感数据，需要参照南京市行政区划图对原始图像进行裁剪。对多源数据进行操作时，需要设定相同的地理坐标，即对南京市行政区划地图进行几何校正。南京1:18万地形图是遥感图像几何校正的参考图像，在图像中均匀选取6个清楚、明显和不容易改变的地物的点作为控制点，重采样方法选择最近邻法。几何校正过程如图1所示。

基准影像

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