潘涛
, 张弛, 杜国明
PAN Tao, ZHANG Chi, DU Guoming
通讯作者:
收稿日期: 2016-01-25
修回日期: 2016-05-5
网络出版日期: 2017-01-20
版权声明: 2017 《地球信息科学学报》编辑部 《地球信息科学学报》编辑部 所有
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作者简介:
作者简介：潘 涛（1987-）,男,黑龙江绥化人,博士生,研究方向为城市资源环境遥感、生态系统碳循环模拟。E-mail: pantaohlj@163.com
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摘要
为探究中国北方中温带,特别是东北寒区快速城市化地区城乡不透水增长格局及地表温度的响应特征,本文以哈尔滨市为例,基于国家资源环境遥感时空信息平台土地利用/覆盖变化（LUCC）数据集解译的2001年与2015年城乡建设用地和Landsat 7/8数字遥感影像,结合植被-不透水面-土壤（V-I-S）端元选取和完全约束最小二乘混合像元线性分解模型进行了不透水面提取（分辨率15 m×15 m）,并运用单窗算法进行了夏季地表温度遥感反演。结果表明：2001-2015年建设用地扩张259.05 km2,不透水面上升163.96 km2,城市与乡村不透水面占各自建设用地的比例由2001年的43.92%、21.35%变化为2015年的49.14%、34.27%,城乡比例差由22.57%缩减至14.87%,单位建设用地内乡村不透水面增量较高;2001-2015年城区以低温区、中温区、高温区为主,对不透水面扩张的响应剧烈,而乡村以低温区和中温区为主,低温区和高温区响应剧烈;地表温度与不透水面具有显著正相关,在低、中、高不透水密度区分别升温1.16º、1.45和1.79 ℃,相同不透水面盖度下城市升温高于乡村。总体而言,研究区不透水面大幅扩张,温度分区变化剧烈,地表温度随不透水面增加升温效果明显。
关键词：
Abstract
As a big city in Northeast China, Harbin has experienced dramatic urban expansion in recent decades, followed with increased impervious surface area (ISA) and land surface temperature (LST) effects. In order to explore the relationship between ISA and LST under such a rapid urbanization process in urban and rural areas, based on the National Environmental Remote Sensing temporal resource information platform of land use/cover change (LUCC) data set, we extracted the construction land for urban and rural areas between 2001 and 2015. Combined with the end-member selection model for vegetation-impervious surface-soil (V-I-S) and the fully constrained least squares linear mixed pixel decomposition model, we extracted the impervious surface (a resolution of 15 m×15 m). The mono-window algorithm and Landsat images were used to retrieve the LST of Harbin City in the summer of 2001 and 2015. The results showed that: (1) ISA had increased by 163.96 km2 and an expansion of 259.05 km2 had occurred to the construction land, indicating an increase of 10.26% between 2001 and 2015; the proportions of ISA in construction land for urban and rural areas are 43.92% and 21.35% respectively in 2001, and 49.14% and 34.27% in 2015. The ratio of the poor had reduced from 22.57 to 14.87%, and the change of per unit construction land in the rural area is more sensitive. (2) The urban areas are dominated by inferior low temperature, medium temperature and inferior high temperature, with fast increasing speeds; while the rural areas are dominated by inferior low temperature and medium temperature, within which the inferior low temperature and inferior high temperature have faster increasing speeds. (3) LST and ISA have a significant positive correlation, and the temperatures for the low, medium and high-density areas of ISA were raised up by 1.16, 1.45 and 1.79 ℃ respectively. Also, the temperature rose faster in the urban area than the rural area under the same coverage of ISA. In summary, the partitions of LST have severe changes, which are accompanied with substantial expansion of ISA, and the increase of LST is significant in response to the expansion of ISA.
Keywords：
21世纪以来,城市化与工业化的快速发展、人口规模的集聚增长,以及居民生活品味的不断提高导致了建设用地大幅增加。不透水面作为地表覆盖/土地利用结构特征的重要组分,随建设用地扩张不断上升,对地表辐射和能量的分配方式产生显著作用并受到广泛关注[1-2]。目前,不透水面已成为不同时空尺度下自然覆盖向人造地表转换并带来生态环境以及气候效应的重要指标[3],对局地和区域地表径流、水体质量、能量平衡、生物多样性产生重要影响[4-5];基于不透水面反照率小、热容量大、蒸发、蒸腾微弱的固有属性,其面积增加的直接表征是引发地球陆表温度上升[6],而地表温度在大气下界与地表的物质与能量交换、局地洋流循环,气候变化等领域扮演重要角色[7-8],尤其对近地面生态环境格局、水电能源消耗、居民人身健康带来的影响日益剧烈[9]。因此,明晰不透水面变化状况及地表温度的响应特征,实现区域生活、生产与生态空间的不透水面、绿地组分与结构的合理布局,有助于提高生态服务功能,改善人居环境质量。
随着高分辨率影像的发展和遥感处理技术的日趋成熟,基于遥感影像获取不透水面得到关注。继Ridd提出地表覆被组分模型（Vegetation-Impervious Surface-Soil,V-I-S）,认为地表由除水体外的植被、不透水面与土壤3种组分构成[10]。Wu和Murray运用LSMA（Linear Spectral Mixture Analysis）模型结合V-I-S 模型获取了美国Columbus地区的亚像元不透水地表[11]。Lu等将中尺度空间分辨率影像混合像元成功分解[12]。刘珍环等从局地尺度进行了不透水面的提取[13]。因此,基于LSMA与V-I-S模型的结合使用能够有效、快速、便捷地获取不透水面。对于地表温度的陆面模拟,国内外学者在热红外遥感数据反演领域做了大量研究,并取得了一定的成果,其中单窗算法作为局地基于Landsat TM影像反演温度的技术手段,得到广泛应用[14]。
目前,基于Landsat影像,提取不透水面和定量反演地表温度并探究二者关系的研究不多。区域上,集中在深圳[15]、上海[16]、成都[17]以及北京[18]等地,对东北寒区关注较少;内容上,以阐述城区不透水面及其热效应为主,对城乡同步变化情形下的对比分析很少。尤其是21世纪以来,“新农村建设”积极稳妥推进,乡村加速生产发展,生活宽裕,乡风文明,村容整洁,加之“新型城镇化”的深入落实[19],基础设施快速现代化背景下乡村不透水面的面积与结构发生显著变化。本文以哈尔滨城区及其边缘区为研究区,分析城乡不透水面随建设用地增加的动态特征,揭示城乡地表温度对不透水面扩张的响应差异,为东北乃至整个寒区城乡气候、生态和环境的研究提供参考,同时对促进城乡协调、和谐发展具有现实意义。
哈尔滨市位于中国东北寒区,黑龙江省中南部,地理坐标125°42′11′′~130°10′27′′ E、44°04′34′′~46°40′09′′ N,总面积为5.38万km2。本文研究范围界定为香坊区、南岗区、道里区、道外区、平房区、松北区6个市辖区,该地区包含建城区及周边乡村聚落,是该市城乡变化剧烈和不透水面扩张显著区域,区内常驻人口453.25万,实现国民生产总值（GDP）2666.7亿元[20]。其属中温带大陆性季风气候,冬季漫长寒冷,夏季短暂凉快,春、秋季温度升降变化快,过渡性明显。基于“中国气象科学数据共享服务网数据”,研究区年均降水量569.1 mm,降水集中在6-9月,降雪集中在11月至次年1月,最高月平均气温在夏季7月,为23 ℃,最低月平均气温在冬季1月,为零下21 ℃[21-22]。境内河流以松花江水系和牡丹江水系为主,水资源呈现自产水偏少、过境水丰沛、时空分布不均、东富西贫的特点。
研究区2000年土地数据来源于“国家资源环境遥感时空信息平台的土地利用/覆盖变化（LUCC）数据集”,该数据集地类一级类综合评价精度94.3%以上[23]。根据研究需要在USGS官网（http://glovis.usgs.gov/）获取2001年和2015年质量较好的影像,通过ENVI平台进行空间配准、波段融合（15 m× 15 m）、图像增强、裁剪等处理。采用“中国科学院土地利用变化地类代码分类系统”[24],根据遥感影像的色彩、亮度、纹理等特征建立地类解译标志,以2000年数据为基准,基于ArcGIS平台进行人机交互式目视判读解译,获得2001年和2015年土地利用数据。通过地统计分析工具进行随机抽样,在野外用GPS进行实地地类验证,运用混淆矩阵（confusion matrix）将实地验证地类与解译地类综合一起进行精度评价,结果显示2001年和2015年研究区地类精度分别为94.9%、95.2%,Kappa系数分别为0.795、0.803,并通过空间分析工具对城乡建设用地进行提取。
3.2不透水面的获取
本文对不透水面提取的流程如图1所示。提取方法的改进有3点,分别为：
（1）应用完全约束最小二乘混合像元分解模型（FCLS Spectral Unmixing）进行不透水面的线性分解,其优点是使得每个像元内每种端元的丰度图DN值范围在0~1之间,并且和为1,精度较高[25],公式如式（1）所示。
式中：
（2）针对水体与低反照率具有显著的异物同谱特征,本文基于改进型的归一化水体指数（MNDWI）进行水体的提取[26],水体掩膜阈值设为零。另外,研究区高程数值（DEM）介于83~241 m之间,为平原区,阴影对低反照率的影响可忽略不计。
（3）为得到空间分辨率为15 m×15 m高精度像元,端元选取前运用Gram-Schmidt Spectral Sharpening法将大气校正波段与Landsat高分辨率的全色灰度图像融合以创建高分辨率彩色影像。
本文采用精度为0.5 m的2015年Google earth 影像进行数据验证,通过相关系数（R2）和均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）对不透水面进行精度评价。将15 m×15 m的不透水面与Google earth影像空间配准,按照3像元×3像元大小（45 m×45 m）在不透水面中随机分层,选择其中的150个样本,在相同区域目视解译Google earth的不透水面作为实际数值,结果见图2。
图2 不透水面实际值与模拟值拟合
Fig.2 Fitting of the actual value and the analog value of impervious surface area
基于USGS官网（http://glovis.usgs.gov/）获得2001年7月27日、2015年7月18日Landsat 7/8共2期影像。以这两天为中心,前后两天内天气状况均为晴天、无风、气温接近,有利于降低系统误差,增加温度的可比性。本文采用单窗算法进行定量遥感反演[27],Landsat 8影像采用TIRS载荷的波段10。波段10遥感参数做相应调整[28],如式（2）所示。
Ts[a(1-C-D)+b(1-C-D)+C+D]T+DTa]/C （2）
式中：
式（3）中,
验证数据采用与反演影像时间间隔最近的卫星过境温度数据,气象站点13个,包括研究区内3个,周边10个,以使气象站点具有一定的离散特征,增加差值的准确度。基于30 mDEM,结合ANUSPLIN模型进行温度空间差值,裁剪研究区范围,随机选取70个样区进行相关性分析,结果见图3。
本文采用温度等间距方法确定各个温度区间,划分为极低温区(<28 ℃)、低温区[28 ℃,31 ℃)、中温区[31 ℃,33 ℃)、高温区[33 ℃,36 ℃)、极高温区(≥36 ℃)5个区间。
2001年研究区不透水面积156.22 km2,占建设用地的比例为34.85%,其中,城市与乡村不透水面积117.74 km2、38.48 km2,分别占各自建设用地的比例为43.92%、21.35%,城市不透水比例明显大于乡村。
2003年房地产成为国民经济的“重要支柱产业”,有力地推动混凝土结构建筑物的兴起;2006年国家实施“村村通公路”工程,以沥青或水泥为路面的硬化道路在乡村地区大幅扩张;2009年世界大学生冬运会在哈尔滨的主办使得基础设施得到完善、建设水平得到大幅提升,城乡基础设施快速现代化背景下的不透水面大面积增长;到2015年,不透水面积增加163.96 km2,达到320.19 km2,在建设用地的比例增幅10.26%。其中,城市、乡村分别增加136.45 km2、27.51 km2,在建设用地的比例增幅为5.22%、12.92%。呈现出城市与乡村不透水面均上升的同步变化情形,城市与乡村不透水面占建设用地的比例差值在缩小,单位建设用地内乡村不透水面增量较高。
2001-2015年受“一江居中”、“两岸繁荣”、“北越”、“南拓”、“中兴”的城市空间发展战略影响,城区发展具有方向性,不透水面空间格局随之扩张。目前,城市不透水面呈现出南拓至平房区,北越过松花江到达松北区,东展至道里区中部,西推至道外区中东部的空间格局（图4）。在城区基础设施完善的中部地区和周边的工厂集聚区域,不透水面比例得到明显提升。乡村地区除城区周边村庄因城市发展而消失外,乡村聚落外部路网建设导致不透水面“线状”密度增多,长度增加,聚落内部房屋以旧翻新、拆倒重盖、批地新建、庭院路面硬化,小工业作坊的发展增加了不透水面的面积,呈现出聚落内部不透水面得到填充并由核心向外围扩展的趋势。
图3 地表温度实际值与模拟值拟合
Fig.3 Fitting of the actual value and the analog value of land surface temperature
图4 2001年和2015年不透水地表百分比空间信息
Fig.4 Spatial information for the percentage of impervious surface land in 2001 and 2015
以2期不透水面为掩膜数据源,掩掉建设用地内没有不透水面的区域,获得基于不透水下垫面的地表温度分区信息,探究2001-2015年不透水面的扩张对各温度分区的影响（图5）。2001年城市温度以低温区、中温区、高温区为主,总面积215.33 km2,其中,中温区面积最多,为101.45 km2,而极高温区和极低温区面积较小,仅为1.69 km2。到2015年各区面积具有同向变化特征,低温区、中温区、高温区分别增加71.90、33.36和95.55 km2,总面积达到416.14 km2,扩张明显,而极高温区和极低温区仅增加2.88 km2,微幅上升。2001-2015年低温区、中温区、高温区对不透水面扩张的响应较为剧烈,有利地促进了城市地表温度的上升。
2001年乡村地表温度以中温区、低温区为主,总面积88.76 km2,极低温区和高温区仅占4.01 km2,而极高温区面积为0。到2015年,各区面积具有异向变化特征,低温区增加29.59 km2,源于乡村路网建设引发增温和道路两侧护林带的阴影、蒸腾引发降温的综合作用。高温区增加8.30 km2,源于乡村聚落不透水面密度的进一步上升和小型工厂的建设。极低温区增加1.95 km2,集中在聚落内建设用地密度较低区域。2015年乡村地区出现极高温区,面积为0.01 km2,主要分布在建设用地集聚区域,而中温区面积则降低6.54 km2,由于该区域建设用地密度增大,地表温度上升,部分进入高温区。2001-2015年低温区和高温区对不透水面扩张的响应明显,对乡村地区温度变化的贡献多。
一般而言,探究ISA与LST回归关系的模型以线性和指数为主,基于本文数据,指数模型在同样显著水平下,具有更高的R2（图6）,表明指数模型能更科学地刻画ISA与LST的关系。
图7显示LST随ISA增加的升温状况。总体而言,LST呈现随着ISA盖度的增加而升高的趋势：在ISA<30%区域（低ISA密度区）,其面积每增加10%时LST平均增加1.16℃;在30%<ISA<70%区域（中ISA密度区）,其面积值每增加10%,LST平均增加1.45 ℃;而在ISA>70%区域（高ISA密度区）,其面积每增加0.1,LST平均增加1.79℃。这表明ISA对LST的贡献度随密度的增加呈现加速上升趋势。这是因为ISA与蒸腾蒸发之间具有显著的负相关,且在低ISA盖度地区减小的幅度要大于高ISA盖度地区,导致高ISA盖度区的热量更多地以显热的形式出现,使得LST的上升要快于低ISA面盖度区。在低、中、高密度ISA区,ISA密度每增加10%,城市增温1.24、1.50和1.82 ℃,乡村增温0.90、1.31和1.54 ℃。在ISA盖度相同情况下,城市具有更高的地表温度,这是因为城市内部ISA盖度大,植被和水体覆盖度小,蒸腾蒸发作用较弱,热量主要以显热形式交换且伴有聚合效应。而乡村地区ISA盖度小,植被覆盖度大,蒸腾作用较强,热量更多以潜热形式交换。
图6 不透水面和地表温度的线性与指数函数回归方程
Fig.6 Equations of the linear and index functions for LST and ISA
图7 地表温度随不透水比例增加的升温状况
Fig.7 The response of LST with respect to the proportion increase of ISA
本文在城市化、新型城镇化、新农村建设等背景下开展东北寒区快速城市化地区城乡不透水面增长格局及地表温度的响应特征研究,结论如下：
（1）基于不透水面时空信息：2001-2015年研究区建设用地增加259.05 km2,不透水面上升163.96 km2城市与乡村不透水面占各自建设用地的比例由2001年的43.92%、21.35%变化为2015年的49.14%、34.27%,城乡比例差由22.57%缩减至14.87%,单位建设用地内乡村不透水面增量较高;城市不透水面空间变化格局与“北越”、“南拓”、“中兴”的城市空间发展战略相一致,乡村不透水面表现出聚落内部填充、聚落外部路网建设,空间格局由核心向外围扩展的趋势,城市与乡村聚落结构均发生明显变化。
（2）基于温度分区变化信息：2001-2015年城市始终以低温区、中温区、高温区为主,对不透水面扩张的响应剧烈,而极高温区和极低温区面积微幅上升;乡村各区面积具有异向变化特征,低温区增加最多,其次为高温区、极低温区、极高温区,而中温区面积微幅降低,其中低温区和高温区面积增加较多,对不透水面扩张的响应明显。
（3）基于ISA与LST的定量关系信息：LST随ISA盖度增加呈现加速上升趋势,在低、中、高ISA密度区分别升温1.16、1.45和1.79 ℃;相同ISA盖度下城市升温效果高于乡村,源于城市热量主要以显热形式交换且伴有聚合效应,乡村地区热量更多以潜热交换。
本文研究发现,ISA面积增量城市大于乡村,但乡村ISA面积扩张仍十分明显且对建设用地的响应程度大于城市。目前,乡村聚落间分布着大量网状连接的各等级公路,乡村聚落内道路铺设和房屋新建等使ISA密度增加,乡村ISA面积比过去大幅增长。相比于广泛分布的乡村聚落和道路,城市占地面积较大但孤立存在。随着中国经济的快速发展,会进一步推进城市ISA扩张[30]。与此同时,乡村路网设施建设基本完毕,部分聚落已出现空心化现象,“撤村并点”逐步落实[31],乡村聚落结构（不透水面结构）将进一步发生明显变化,因此,在快速经济发展条件下城市与乡村ISA空间变化格局需受到持续关注。
由于影像分辨率的限制,本文对乡村建设用地中道路的提取以国道、省道等里程长、路面宽的高等级公路为主,对宽度介于3.5~4.0 m之间连接于乡村聚落的低等级道路的提取并不完整,未能阐述乡村道路与居民点聚落对乡村ISA增长的贡献率。而高分辨率影像的发展（如SPOT[32]、IKONOS[33]等）,有助于更加精确地进行ISA的提取,厘清乡村道路和居民点聚落的ISA对建设用地的响应特征。另外,由于ISA年内变化微弱,本文基于夏季来探究LST与ISA的定量关系,而东北寒区春、夏、秋、冬四季LST变化明显,因此开展基于ISA下垫面的城乡LST季节性变化规律分析将成为新的关注点。
The authors have declared that no competing interests exist.
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Problems of municipal ecological environment and the sustainable development in China [J].https://doi.org/10.1016/S1872-2040(06)60041-8 URL [本文引用: 1] 摘要
The problem of sustainable development of the city is an important subject in its construction and plan.The strategy of the sustainable development has been brought into the long-term national economy and the plan of our country's development of 2010.The ecological environment and environmental protection of the city are the uppermost premise and guarantee for the strategy of sustainable development.Based on the world standpoint,this text summarizes the dialectical relation between the city's entironment and the sustainable development,human social economy activities,natural ecosystem and environmental protection.It discusses the existent problems of the Chinese city's ecological environment and sustainable development in detail and analyzes the case example. It puts forward countermeasures for the sustainable development confronted with serious ecological environment problems.
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DeFries R, Asner G P, et al. Global consequences of land use [J]. |
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et al. Spatiotemporal dynamics of impervious surface areas across China during the early 21st century [J].https://doi.org/10.1007/s11434-012-5568-2 URL [本文引用: 1] 摘要
中国在过去的十年经历了崭新的都市化和工业化。在这研究，我们基于在 2000 和 2008 之间的陆地使用 / 盖住变化和 ISA 数据集检验了构造陆地和不可渗透的表面区域(ISA ) 的动力学，它被国家资源和环境遥感信息站台提供。结果显示构造区域和 ISA 首先由于国家宏发展策略和快成长的经济的实现在这个时期由 3468.30 和 2212.24 km2/a 增加了。在 2008， ISA 在中国说明了 0.86% 全部的陆地区域。城市的陆地区域在 2000 和 2008 之间增加了 43.46% 。在这个时期的 1788.22 km2/a 的年度生长率在 1990 年代是乘那的 2.18。特别地，城市的 ISA 与 1348.85 km2/a 的年度生长率在 2000 和 2008 之间增加了 53.30% 。在 8 年期间，在中国的 ISA 很快增加了，特别在 Beijing-Tianjin-Tangshan 大城市的区域，珀尔河三角洲，长江三角洲，和西方的中国区域。增加的 ISA 可以潜在地影响水在主要的盆的环境质量。特别地，有 ISA 的 subbasins 的数字比 10% 大更加增加了，它在 Haihe 河，长江和珀尔里主要是分布式的河盆。在 2008， 14.42% 盆区域被增加的 ISA 影响。
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The urban transformation of the developing world [J].https://doi.org/10.1126/science.1153012 URL PMID: 18258903 [本文引用: 1] 摘要
Sometime in the next 20 to 30 years, developing countries in Asia and Africa are likely to cross a historic threshold, joining Latin America in having a majority of urban residents. The urban demographic transformation is described here, with an emphasis on estimates and forecasts of urban population aggregates. To provide policy-makers with useful scientific guidance in the upcoming urban era, demographic researchers will need to refine their data sets to include spatial factors as well as urban vital rates and to make improvements to forecasting methods currently in use.
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et al. Global change and the ecology of cities [J].URL PMID: 328212107202237524672292223222218258902811434278574140771185 [本文引用: 1] |
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Thermal remote sensing of urban climates [J].https://doi.org/10.1016/S0034-4257(03)00079-8 URL [本文引用: 1] 摘要
Thermal remote sensing has been used over urban areas to assess the urban heat island, to perform land cover classifications and as input for models of urban surface atmosphere exchange. Here, we review the use of thermal remote sensing in the study of urban climates, focusing primarily on the urban heat island effect and progress made towards answering the methodological questions posed by Roth et al. [International Journal of Remote Sensing 10 (1989) 1699]. The review demonstrates that while some progress has been made, the thermal remote sensing of urban areas has been slow to advance beyond qualitative description of thermal patterns and simple correlations. Part of the difficulty lies in the tendency to use qualitatively based land use data to describe the urban surface rather than the use of more fundamental surface descriptors. Advances in the application of thermal remote sensing to natural and agricultural surfaces suggest insight into possible methods to advance techniques and capabilities over urban areas. Improvements in the spatial and spectral resolution of current and next-generation satellite-based sensors, in more detailed surface representations of urban surfaces and in the availability of low cost, high resolution portable thermal scanners are expected to allow progress in the application of urban thermal remote sensing to the study of the climate of urban areas.
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基于地表通量特征的城市不透水表面定量热红外遥感反演 [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2014.00609 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
城市不透水地表格局通过改变城市下垫面结构，引起地表反照率、比辐射率、地表粗糙度的变化，从而对地表辐射和能量平衡产生直接影响。不透水地表能增强地表显热通量，导致地表波文比升高，因此地表波文比的空间差异可推算城市人工不透水表面的分布。本研究选择北京市为实验区，应用LandsatTM卫星热红外遥感数据，采用PCACA模型及理论定位算法，对城市地表波文比进行反演，进而计算遥感地表波文比空间分布数据与城市不透水表面比例数据之间的相关关系，构建回归方程，实现北京市城区与近郊区人工不透水表面百分比分布的定量估算，最后以高分辨率遥感数据获取的城市人工不透水表面比例数据进行结果验证。结果表明，采用PCACA模型定量反演城市地表波文比数据，利用地表波文比数据与不透水表面比例数据之间的相关关系可实现城市人工不透水表面百分比数据的定量估算；波文比值不仅可在遥感像元水平定性判定不透水像元，还可对混合像元中的不透水比例进行较高精度的定量反演，其相关系数R2值为0.731。此方法有效地揭示了城市不透水下垫面对地表热通量影响的机制以及空间定量关系。
The surface flux characteristics based quantitative thermal infrared remote sensing inversion of urban impervious surfaces [J].https://doi.org/10.3724/SP.J.1047.2014.00609 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
城市不透水地表格局通过改变城市下垫面结构，引起地表反照率、比辐射率、地表粗糙度的变化，从而对地表辐射和能量平衡产生直接影响。不透水地表能增强地表显热通量，导致地表波文比升高，因此地表波文比的空间差异可推算城市人工不透水表面的分布。本研究选择北京市为实验区，应用LandsatTM卫星热红外遥感数据，采用PCACA模型及理论定位算法，对城市地表波文比进行反演，进而计算遥感地表波文比空间分布数据与城市不透水表面比例数据之间的相关关系，构建回归方程，实现北京市城区与近郊区人工不透水表面百分比分布的定量估算，最后以高分辨率遥感数据获取的城市人工不透水表面比例数据进行结果验证。结果表明，采用PCACA模型定量反演城市地表波文比数据，利用地表波文比数据与不透水表面比例数据之间的相关关系可实现城市人工不透水表面百分比数据的定量估算；波文比值不仅可在遥感像元水平定性判定不透水像元，还可对混合像元中的不透水比例进行较高精度的定量反演，其相关系数R2值为0.731。此方法有效地揭示了城市不透水下垫面对地表热通量影响的机制以及空间定量关系。
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Downscaling AVHRR land surface temperatures for improved surface urban heat is-land intensity estimation [M]. |
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Exploring a V-I-S (Vegetation-Impervious Surface-Soil) model for urban ecosystem analysis through remote sensing comparative anatomy for cities [J].https://doi.org/10.1080/01431169508954549 URL [本文引用: 1] 摘要
ABSTRACT Growing interest in urban systems as ecological entities calls for some standards in parameterizing biophysical composition of urban environments. A vegetation-impervious surface-soil ( V-I-S) model is presented as a possible basis for standardization. The V-I-S model may serve as a foundation for characterizing urban/near-urban environments universally, and for comparison of urban morphology within and between cities. Inasmuch as the model may be driven by satellite digital data, it may serve as a global model of urban ecosystem analysis and comparison world-wide. The V-I-S model may prove useful for urban change detection and growth modelling, for environmental impact analysis from urbanization, for energy- and water-related investigations, and for certain dimensions of human ecosystem analysis of the city as well.
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Estimating impervious surface distribution by spectral mixture analysis [J].https://doi.org/10.1016/S0034-4257(02)00136-0 URL [本文引用: 1] 摘要
Estimating the distribution of impervious surface, a major component of the vegetation–impervious surface–soil (V–I–S) model, is important in monitoring urban areas and understanding human activities. Besides its applications in physical geography, such as run-off models and urban change studies, maps showing impervious surface distribution are essential for estimating socio-economic factors, such as population density and social conditions. In this paper, impervious surface distribution, together with vegetation and soil cover, is estimated through a fully constrained linear spectral mixture model using Landsat Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) data within the metropolitan area of Columbus, OH in the United States. Four endmembers, low albedo, high albedo, vegetation, and soil were selected to model heterogeneous urban land cover. Impervious surface fraction was estimated by analyzing low and high albedo endmembers. The estimation accuracy for impervious surface was assessed using Digital Orthophoto Quarterquadrangle (DOQQ) images. The overall root mean square (RMS) error was 10.6%, which is comparable to the digitizing errors of DOQQ images. Results indicate that impervious surface distribution can be derived from remotely sensed imagery with promising accuracy.
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Extraction of urban impervious surface from an IKONOS image [J].https://doi.org/10.1080/01431160802508985 URL [本文引用: 1] 摘要
Impervious surface has been recognised as an important indicator in urban environmental assessment. However, accurate extraction of impervious surface information in urban areas is a challenge because of the complexity of impervious materials. This paper explores different approaches for impervious surface extraction with IKONOS imagery in Indianapolis, U.S.A., by using decision tree classifier (DTC) and linear spectral mixture analysis (LSMA). This research indicates that DTC is an effective approach for extraction of different impervious surface classes, including high-, medium- and low-reflectivity impervious surfaces and that LSMA-based approach can provide quantitative measure of imperviousness. A critical step is to separate dark impervious objects/features from shadows cast by tall buildings and tree canopy and from water.
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不透水表面遥感监测及其应用研究进展 [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2010.09.018 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
不透水表面是城市中一种人工地表特征,隔离地表水下渗到土壤,割断了城市地表与地下水文联系,主要由城市中的道路、停车场、广场及屋顶等建筑物组成。不透水表面影响城市的地表径流、水文循环、水体质量、局部气候、生物多样性等生态环境要素,是监测城市生态系统及环境变化的重要指标,也是许多生态环境模型的主要输入参数。本文归纳了不透水表面提取技术及其对城市自然生态环境影响的研究进展。从遥感提取技术方面看,亚像元分解等新的运算方法提取中尺度分辨率遥感影像的不透水表面,将是未来遥感技术应用到城市自然资源环境研究的趋势。在数据源方面,中分辨率（10~100m）与高分辨率（0.3~5m）遥感数据为不透水表面指数在大范围、多时段的获取提供了可靠基础。在不透水表面指数应用方面,城市地表覆被监测与模拟可以为城市未来发展及规划管理提供基础。鉴于不透水表面决定了城市地区的地表水文循环、非点源污染、能量分布、植被变化及生物多样性等生态环境要素,因此搭起深入理解城市景观格局与生态过程相互关系的桥梁,是研究城市化的生态环境效应的最佳切入点。
Remote sensing of impervious surface and its applications: a review [J].https://doi.org/10.11820/dlkxjz.2010.09.018 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
不透水表面是城市中一种人工地表特征,隔离地表水下渗到土壤,割断了城市地表与地下水文联系,主要由城市中的道路、停车场、广场及屋顶等建筑物组成。不透水表面影响城市的地表径流、水文循环、水体质量、局部气候、生物多样性等生态环境要素,是监测城市生态系统及环境变化的重要指标,也是许多生态环境模型的主要输入参数。本文归纳了不透水表面提取技术及其对城市自然生态环境影响的研究进展。从遥感提取技术方面看,亚像元分解等新的运算方法提取中尺度分辨率遥感影像的不透水表面,将是未来遥感技术应用到城市自然资源环境研究的趋势。在数据源方面,中分辨率（10~100m）与高分辨率（0.3~5m）遥感数据为不透水表面指数在大范围、多时段的获取提供了可靠基础。在不透水表面指数应用方面,城市地表覆被监测与模拟可以为城市未来发展及规划管理提供基础。鉴于不透水表面决定了城市地区的地表水文循环、非点源污染、能量分布、植被变化及生物多样性等生态环境要素,因此搭起深入理解城市景观格局与生态过程相互关系的桥梁,是研究城市化的生态环境效应的最佳切入点。
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Method for estimating the principal atmospheric parameters of mono-window algorithm [J]. |
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深圳市不透水表面的遥感监测与时空格局 [J].https://doi.org/10.11821/yj2012080017 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
定量监测城市不透水表面扩展过程,是分析城市景观格局动态,深入 剖析城市地区空间镶嵌体内部异质性景观相互转化的重要基础。以深圳市为例,通过定量划分城市不透水表面等级体系,计算不透水表面的转移矩阵与景观格局指 数,分析不透水表面的时空动态,结果表明：1990～2005年间,高盖度及极高盖度的不透水表面持续增加,中盖度及低盖度不透水表面先增加后减少,而自 然地表及极低盖度的不透水表面则为先减少后恢复,反映了城市化进程对城市地表覆被的结构性影响。景观格局变化显示景观多样性程度较高,且经历了低-高-低 -高的变化;斑块在1990年以自然地表为主,1995年以后以中盖度等级为主,高盖度等级显著增加。自然地表和中等盖度的不透水表面变化分别主导着前期 和中后期的变化过程。城市建设的迅速扩张,将林地、农田、水体及滩涂等自然地表快速地转变为不同功能的建设用地,主导着不透水表面等级分布的梯度性变化。
Quantifying spatiotemporal patterns dynamics of impervious surface in Shenzhen [J].https://doi.org/10.11821/yj2012080017 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
定量监测城市不透水表面扩展过程,是分析城市景观格局动态,深入 剖析城市地区空间镶嵌体内部异质性景观相互转化的重要基础。以深圳市为例,通过定量划分城市不透水表面等级体系,计算不透水表面的转移矩阵与景观格局指 数,分析不透水表面的时空动态,结果表明：1990～2005年间,高盖度及极高盖度的不透水表面持续增加,中盖度及低盖度不透水表面先增加后减少,而自 然地表及极低盖度的不透水表面则为先减少后恢复,反映了城市化进程对城市地表覆被的结构性影响。景观格局变化显示景观多样性程度较高,且经历了低-高-低 -高的变化;斑块在1990年以自然地表为主,1995年以后以中盖度等级为主,高盖度等级显著增加。自然地表和中等盖度的不透水表面变化分别主导着前期 和中后期的变化过程。城市建设的迅速扩张,将林地、农田、水体及滩涂等自然地表快速地转变为不同功能的建设用地,主导着不透水表面等级分布的梯度性变化。
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上海市土地利用空间格局与地表温度关系研究 [J].
以上海市外环内区域为研究对象,利用2011年TM和航空影像数据,研究城市土地利用类型、格局特征与地表热环境分异之间的关系。研究结果表明,城市不同土地利用类型的地表温度差异较大,平均地表温度最低的是河流,为23.12℃;最高的为工业用地,为35.89℃。工业用地、道路广场用地和居住用地等的平均地表温度明显高于河流、公园和林地的平均地表温度。从各种土地利用类型在不同温度等级的分布情况来看,低温区主要由河流和公园构成,分别占低温区总面积的70.05%和10.23%;高温区主要由工业用地、仓储用地和道路广场组成,分别占高温区总面积的78.15%、6.42%和5.58%,其中河流、湖泊和别墅式住宅均没有分布在高温区域内,说明水体、公园和林地具有明显的降温效应。尽管草地也具有一定的降温效应,但其降温效果没有水体、公园等明显。城市建筑物高度与地表温度的Pearson相关性结果表明,二者之间呈现显著的负相关性(Sig.=0.012),说明地表温度随着城市建筑物的增高而降低。新式住宅、别墅式住宅地表平均温度显著低于旧式住宅。研究城市土地利用空间格局特征与地表温度的关系表明,地表温度与斑块数、斑块密度等表现出极显著的相关性,与多样性指数、均匀度指数表现出显著的相关性。多元线性回归分析结果表明:不透水率、斑块聚集度和斑块数等共同作用,影响着城市的地表温度。其中对地表温度影响最为严重的是城市不透水率,其次是斑块的聚集程度,斑块的形状特征对地表温度影响程度稍弱。上述分析表明增加景观中绿地和水体比例,提高景观多样性与复杂度,借助绿化用地对不透水地表进行分割可以明显降低地表温度。该结论可用于城市格局优化、缓解城市热岛效应。
Relationships between landscapes spatial pattern and land surface temperature in Shanghai [J].
以上海市外环内区域为研究对象,利用2011年TM和航空影像数据,研究城市土地利用类型、格局特征与地表热环境分异之间的关系。研究结果表明,城市不同土地利用类型的地表温度差异较大,平均地表温度最低的是河流,为23.12℃;最高的为工业用地,为35.89℃。工业用地、道路广场用地和居住用地等的平均地表温度明显高于河流、公园和林地的平均地表温度。从各种土地利用类型在不同温度等级的分布情况来看,低温区主要由河流和公园构成,分别占低温区总面积的70.05%和10.23%;高温区主要由工业用地、仓储用地和道路广场组成,分别占高温区总面积的78.15%、6.42%和5.58%,其中河流、湖泊和别墅式住宅均没有分布在高温区域内,说明水体、公园和林地具有明显的降温效应。尽管草地也具有一定的降温效应,但其降温效果没有水体、公园等明显。城市建筑物高度与地表温度的Pearson相关性结果表明,二者之间呈现显著的负相关性(Sig.=0.012),说明地表温度随着城市建筑物的增高而降低。新式住宅、别墅式住宅地表平均温度显著低于旧式住宅。研究城市土地利用空间格局特征与地表温度的关系表明,地表温度与斑块数、斑块密度等表现出极显著的相关性,与多样性指数、均匀度指数表现出显著的相关性。多元线性回归分析结果表明:不透水率、斑块聚集度和斑块数等共同作用,影响着城市的地表温度。其中对地表温度影响最为严重的是城市不透水率,其次是斑块的聚集程度,斑块的形状特征对地表温度影响程度稍弱。上述分析表明增加景观中绿地和水体比例,提高景观多样性与复杂度,借助绿化用地对不透水地表进行分割可以明显降低地表温度。该结论可用于城市格局优化、缓解城市热岛效应。
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https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3177.2010.02.019 URL [本文引用: 1] 摘要
根据成都三环路内的Landsat 7/ETM＋影像,利用单窗算法和不透水面与植被覆盖度在城市建成区呈负相关关系两种反演方法,通过空间建模建立反演模型,获取地表温度与不透水面信息。通过随机样点分析、相关性分析以及等温线与等透水面线叠加分析等方法,研究了城市地表温度对不透水面的响应效果。结果表明：地表温度随距市中心区距离增大而降低,同时不透水能力也降低;成都市地表温度与不透水面之间存在着正相关关系,相关度为0.7253;等透水面线的空间分布对等温线具有显著的响应规律。研究成果对于改善城市生态环境、提升土地利用水平和加强科学规划等都具有参考价值。
Study on response of urban surface temperature to impervious surface area in the city Chengdu [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-3177.2010.02.019 URL [本文引用: 1] 摘要
根据成都三环路内的Landsat 7/ETM＋影像,利用单窗算法和不透水面与植被覆盖度在城市建成区呈负相关关系两种反演方法,通过空间建模建立反演模型,获取地表温度与不透水面信息。通过随机样点分析、相关性分析以及等温线与等透水面线叠加分析等方法,研究了城市地表温度对不透水面的响应效果。结果表明：地表温度随距市中心区距离增大而降低,同时不透水能力也降低;成都市地表温度与不透水面之间存在着正相关关系,相关度为0.7253;等透水面线的空间分布对等温线具有显著的响应规律。研究成果对于改善城市生态环境、提升土地利用水平和加强科学规划等都具有参考价值。
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基于TM影像的北京市热环境及其与不透水面的关系研究 [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5906.2013.04.015 URL [本文引用: 1] 摘要
城市化进程将自然景观转换为以不透水面为主体的人工景观，改变了地表与大气间的水分和能量交换过程，导致了城市热岛效应。城市热岛效应对区域气候、生态环境等产生了一系列影响，其空间分布特征以及影响因素分析已经成为城市气候与环境研究的重要内容。基于2011年7月26日的Landsat／TM卫星影像运用单通道算法反演了北京市的地表温度来表征城市热环境，运用线性光谱分解及VIS模型提取了北京市不透水面盖度来，在此基础上对北京城市热环境的空间分布特征及其与不透水面盖度之间的关系进行了分析讨论。研究表明：北京主城区的地表温度明显高于郊区，城市热岛效应非常显著，其空间分布呈现单核特征，且南部城区的热岛效应要强于北部城区。北京市高温热岛区域和不透水面盖度较高的区域基本重合，两者在空间分布上具有显著的一致性。地表温度随着不透水面盖度的增加而升高，并且其变化速率依赖于不透水面盖度。当不透水面盖度低于40％时，地表温度随着不透水面盖度增加呈指数关系迅速上升，而当不透水面盖度高于40％时，地表温度呈线性缓慢上升。研究结果揭示了不透水面与地表温度的关系，表明不透水面盖度可以作为城市热环境的一个重要指示因子，为城市规划建设及环境评价等提供了科学参考。
Study on the thermal environment and its relationship with impervious surface in Beijing city using TM image [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-5906.2013.04.015 URL [本文引用: 1] 摘要
城市化进程将自然景观转换为以不透水面为主体的人工景观，改变了地表与大气间的水分和能量交换过程，导致了城市热岛效应。城市热岛效应对区域气候、生态环境等产生了一系列影响，其空间分布特征以及影响因素分析已经成为城市气候与环境研究的重要内容。基于2011年7月26日的Landsat／TM卫星影像运用单通道算法反演了北京市的地表温度来表征城市热环境，运用线性光谱分解及VIS模型提取了北京市不透水面盖度来，在此基础上对北京城市热环境的空间分布特征及其与不透水面盖度之间的关系进行了分析讨论。研究表明：北京主城区的地表温度明显高于郊区，城市热岛效应非常显著，其空间分布呈现单核特征，且南部城区的热岛效应要强于北部城区。北京市高温热岛区域和不透水面盖度较高的区域基本重合，两者在空间分布上具有显著的一致性。地表温度随着不透水面盖度的增加而升高，并且其变化速率依赖于不透水面盖度。当不透水面盖度低于40％时，地表温度随着不透水面盖度增加呈指数关系迅速上升，而当不透水面盖度高于40％时，地表温度呈线性缓慢上升。研究结果揭示了不透水面与地表温度的关系，表明不透水面盖度可以作为城市热环境的一个重要指示因子，为城市规划建设及环境评价等提供了科学参考。
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关于“国家新型城镇化规划(2014-2020)”编制大背景的几点认识 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201502001 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>“国家新型城镇化规划（2014-2020）”标志着中国城镇化发展的重大转型,核心是强调了人的城镇化,总体要求是“稳中求进”。本文着重从发展速度和发展质量方面阐述了对这个规划产生背景的初步认识。城镇化发展水平应当与城镇产业结构转型和新增就业岗位、城镇实际吸纳农村人口的能力、以及水土资源和环境承载力等保持一致。中国大规模高速发展的城镇化,付出的环境污染代价巨大,基础设施不堪重负,自然资源的支撑力面临严重的困难。城镇化是具有明显交叉学科特性的重要前沿科学问题,是一个复杂系统。人文经济地理学的跨学科性质在城镇化研究领域具有突出优势和较为扎实的研究基础,面向国家新型城镇化的重大现实需求,还非常需要对这一重大领域进行深入的跟踪和研究。</p>
Several viewpoints on the background of compiling the "National New Urbanization Planning (2014-2020)” [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201502001 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>“国家新型城镇化规划（2014-2020）”标志着中国城镇化发展的重大转型,核心是强调了人的城镇化,总体要求是“稳中求进”。本文着重从发展速度和发展质量方面阐述了对这个规划产生背景的初步认识。城镇化发展水平应当与城镇产业结构转型和新增就业岗位、城镇实际吸纳农村人口的能力、以及水土资源和环境承载力等保持一致。中国大规模高速发展的城镇化,付出的环境污染代价巨大,基础设施不堪重负,自然资源的支撑力面临严重的困难。城镇化是具有明显交叉学科特性的重要前沿科学问题,是一个复杂系统。人文经济地理学的跨学科性质在城镇化研究领域具有突出优势和较为扎实的研究基础,面向国家新型城镇化的重大现实需求,还非常需要对这一重大领域进行深入的跟踪和研究。</p>
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哈尔滨市统计局,国家统计局哈尔滨调查队.2014年哈尔滨市国民经济和社会发展统计公报 [EB/OL]. , 2015-08-06.Harbin Statistics Bureau, NBS Survey Office in Harbin. Statistical communiqué of Harbin city on the 2014 national economic and social development [EB/OL]. , 2015-08-06. ] |
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哈尔滨气温的长期变化及基本态特征 [J].
利用1881—2009年的气温观测资料,研究了哈尔滨年及四季 平均气温的气候基本态和气候变率特征。结果表明,20世纪80年代以来哈尔滨夏季气温变化的异常程度显著增加。在冬季,近期哈尔滨气温处于暖背景及小变率 的时段,反映了哈尔滨很长时间内大多数年份还将维持暖冬天气。近49年哈尔滨平均气温、平均最高（低）气温和平均日较差的时间变化特征显示,哈尔滨的年及 四季平均气温都呈上升趋势,冬季增暖幅度最大;最高（低）气温变化趋势与平均气温一致,但无论年及四季,平均最高气温的变化速率都小于平均气温,平均最低 气温的变化速率都大于平均气温。
Characteristics of secular change and base state of temperature in Harbin [J].
利用1881—2009年的气温观测资料,研究了哈尔滨年及四季 平均气温的气候基本态和气候变率特征。结果表明,20世纪80年代以来哈尔滨夏季气温变化的异常程度显著增加。在冬季,近期哈尔滨气温处于暖背景及小变率 的时段,反映了哈尔滨很长时间内大多数年份还将维持暖冬天气。近49年哈尔滨平均气温、平均最高（低）气温和平均日较差的时间变化特征显示,哈尔滨的年及 四季平均气温都呈上升趋势,冬季增暖幅度最大;最高（低）气温变化趋势与平均气温一致,但无论年及四季,平均最高气温的变化速率都小于平均气温,平均最低 气温的变化速率都大于平均气温。
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哈尔滨市近50年降水变化规律分 析[J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1006-7175.2014.02.040 URL [本文引用: 1] 摘要
为了充分了解哈尔滨市近50年的降水变化规律,有效利用降水资源,将哈尔滨市1962-2011年的降水量数据分为1962-1980年、1981-2011年两个时间段进行分析。结果表明,哈尔滨市近50年降水量整体呈现增加趋势,年平均降水量为519.28 mm,月平均降水量为43.27 mm,最大年降水量出现在1998年,为659.2 mm;最小年降水量出现在1989年,为345.5 mm;哈尔滨市近50年降水量秋冬季节降水波动幅度最大,而夏季降水波动幅度最小。自1962年以来,除1991-2000年以外,冬季降水量均值在逐渐增大,变差系数也在逐渐增加,说明50年间冬季降水在年代内分配相对均匀,年代际间降水波动性相对较小。
The variational characteristics and trend prediction of temperature in Harbin past 50 years [J].https://doi.org/10.3969/j.issn.1006-7175.2014.02.040 URL [本文引用: 1] 摘要
为了充分了解哈尔滨市近50年的降水变化规律,有效利用降水资源,将哈尔滨市1962-2011年的降水量数据分为1962-1980年、1981-2011年两个时间段进行分析。结果表明,哈尔滨市近50年降水量整体呈现增加趋势,年平均降水量为519.28 mm,月平均降水量为43.27 mm,最大年降水量出现在1998年,为659.2 mm;最小年降水量出现在1989年,为345.5 mm;哈尔滨市近50年降水量秋冬季节降水波动幅度最大,而夏季降水波动幅度最小。自1962年以来,除1991-2000年以外,冬季降水量均值在逐渐增大,变差系数也在逐渐增加,说明50年间冬季降水在年代内分配相对均匀,年代际间降水波动性相对较小。
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Spatial patterns and driving forces of land use change in China during the early 21st century [J].https://doi.org/10.1007/s11442-010-0483-4 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
Land use and land cover change as the core of coupled human-environment systems has become a potential field of land change science (LCS) in the study of global environmental change. Based on remotely sensed data of land use change with a spatial resolution of 1 km 脳 1 km on national scale among every 5 years, this paper designed a new dynamic regionalization according to the comprehensive characteristics of land use change including regional differentiation, physical, economic, and macro-policy factors as well. Spatial pattern of land use change and its driving forces were investigated in China in the early 21st century. To sum up, land use change pattern of this period was characterized by rapid changes in the whole country. Over the agricultural zones, e.g., Huang-Huai-Hai Plain, the southeast coastal areas and Sichuan Basin, a great proportion of fine arable land were engrossed owing to considerable expansion of the built-up and residential areas, resulting in decrease of paddy land area in southern China. The development of oasis agriculture in Northwest China and the reclamation in Northeast China led to a slight increase in arable land area in northern China. Due to the "Grain for Green" policy, forest area was significantly increased in the middle and western developing regions, where the vegetation coverage was substantially enlarged, likewise. This paper argued the main driving forces as the implementation of the strategy on land use and regional development, such as policies of "Western Development", "Revitalization of Northeast", coupled with rapidly economic development during this period.
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20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201401001 Magsci [本文引用: 1] 摘要
土地利用/土地覆被变化（LUCC）是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式，本文采用相同空间分辨率的卫星遥感信息源和相同的技术方法，对中国1980 年代末到2010 年土地利用变化数据进行定期更新。在此基础上，提出并发展土地利用动态区划的方法，研究土地利用变化的空间格局与时空特征。我们发现：1990-2010 年的20 年间，中国土地利用变化表现出明显的时空差异。“南减北增，总量基本持衡，新增耕地的重心逐步由东北向西北移动”是耕地变化的基本特征；“扩展提速，东部为重心，向中西部蔓延”是城乡建设用地变化的基本特征；“林地前减后增，荒漠前增后减，草地持续减少”是非人工土地利用类型变化的主要特征。20 世纪末与21 世纪初两个10 年相比，中国土地利用变化空间格局出现了一些新特征，原有的13 个土地利用变化区划单元演变为15 个单元，且部分区划单元边界发生变化。主要变化格局特征为黄淮海地区、东南部沿海地区、长江中游地区和四川盆地城镇工矿用地呈现明显的加速扩张态势；北方地区耕地开垦重心由东北地区和内蒙古东部转向西北绿洲农业区；东北地区旱作耕地持续转变为水田；内蒙古农牧交错带南部、黄土高原和西南山地退耕还林还草效果初显。近20 年间，尽管气候变化对北方地区的耕地变化有一定的影响，但政策调控和经济驱动仍然是导致我国土地利用变化及其时空差异的主要原因。2000 年后的第一个10 年，土地利用格局变化的人为驱动因素已由单向国土开发为主，转变为开发与保护并重。在空间格局变化的分析方法方面，应用“动态区划法”开展世纪之交两个10 年中国LUCC空间格局变化的分析，有效揭示了20 年来中国LUCC“格局的变化过程”，即动态区划边界的推移、区划单元内部特征的变化与单元的消长等；以及“变化过程的格局”，即土地利用变化过程与特征的分阶段区域差异，清晰刻画了LUCC动态区划中区划单元的消长，单元边界的变动，以及前后10 年的变化强度特征，揭示了土地利用“格局”与“过程”之间的交替转化规律，以及不同类型和区域的变化原因，证明了该分析方法的有效性。
Spatiotemporal characteristics, patterns and causes of land use changes in China since the late 1980s [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201401001 Magsci [本文引用: 1] 摘要
土地利用/土地覆被变化（LUCC）是人类活动与自然环境相互作用最直接的表现形式，本文采用相同空间分辨率的卫星遥感信息源和相同的技术方法，对中国1980 年代末到2010 年土地利用变化数据进行定期更新。在此基础上，提出并发展土地利用动态区划的方法，研究土地利用变化的空间格局与时空特征。我们发现：1990-2010 年的20 年间，中国土地利用变化表现出明显的时空差异。“南减北增，总量基本持衡，新增耕地的重心逐步由东北向西北移动”是耕地变化的基本特征；“扩展提速，东部为重心，向中西部蔓延”是城乡建设用地变化的基本特征；“林地前减后增，荒漠前增后减，草地持续减少”是非人工土地利用类型变化的主要特征。20 世纪末与21 世纪初两个10 年相比，中国土地利用变化空间格局出现了一些新特征，原有的13 个土地利用变化区划单元演变为15 个单元，且部分区划单元边界发生变化。主要变化格局特征为黄淮海地区、东南部沿海地区、长江中游地区和四川盆地城镇工矿用地呈现明显的加速扩张态势；北方地区耕地开垦重心由东北地区和内蒙古东部转向西北绿洲农业区；东北地区旱作耕地持续转变为水田；内蒙古农牧交错带南部、黄土高原和西南山地退耕还林还草效果初显。近20 年间，尽管气候变化对北方地区的耕地变化有一定的影响，但政策调控和经济驱动仍然是导致我国土地利用变化及其时空差异的主要原因。2000 年后的第一个10 年，土地利用格局变化的人为驱动因素已由单向国土开发为主，转变为开发与保护并重。在空间格局变化的分析方法方面，应用“动态区划法”开展世纪之交两个10 年中国LUCC空间格局变化的分析，有效揭示了20 年来中国LUCC“格局的变化过程”，即动态区划边界的推移、区划单元内部特征的变化与单元的消长等；以及“变化过程的格局”，即土地利用变化过程与特征的分阶段区域差异，清晰刻画了LUCC动态区划中区划单元的消长，单元边界的变动，以及前后10 年的变化强度特征，揭示了土地利用“格局”与“过程”之间的交替转化规律，以及不同类型和区域的变化原因，证明了该分析方法的有效性。
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A sub-pixel analysis of urbanization effect on land surface temperature and its interplay with impervious surface and vegetation coverage in Indianapolis, United States [J].https://doi.org/10.1016/j.jag.2007.05.002 URL [本文引用: 1] 摘要
This study developed an analytical procedure based upon a spectral unmixing model for characterizing and quantifying urban landscape changes in Indianapolis, Indiana, the United States, and for examining the environmental impact of such changes on land surface temperatures (LST). Three dates of Landsat TM/ETM+ images, acquired in 1991, 1995, and 2000, respectively, were utilized to document the historical morphological changes in impervious surface and vegetation coverage and to analyze the relationship between these changes and those occurred in LST. Three fraction endmembers, i.e., impervious surface, green vegetation, and shade, were derived with an unconstrained least-squares solution. A hybrid classification procedure, which combined maximum-likelihood and decision-tree algorithms, was developed to classify the fraction images into land use and land cover classes. Correlation analyses were conducted to investigate the changing relationships of LST with impervious surface and vegetation coverage. Results indicate that multi-temporal fraction images were effective for quantifying the dynamics of urban morphology and for deriving a reliable measurement of environmental variables such as vegetation abundance and impervious surface coverage. Urbanization created an evolved inverse relationship between impervious and vegetation coverage, and brought about new LST patterns because of LST's correlations with both impervious and vegetation coverage. Further researches should be directed to refine spectral mixture modeling by stratification, and by the use of multiple endmembers and hyperspectral imagery.
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利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)提取水体信息的研究 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1007-4619.2005.05.012 URL [本文引用: 1] 摘要
在对Mcfeeters提出的归一化差异水体指数(NDWI)分析的基础上,对构成该指数的波长组合进行了修改,提出了改进的归一化差异水体指数MNDWI(Modified NDWI), 并分别将该指数在含不同水体类型的遥感影像进行了实验,大部分获得了比NDWI好的效果,特别是提取城镇范围内的水体.NDWI指数影像因往往混有城镇建筑用地信息而使得提取的水体范围和面积有所扩大.实验还发现MNDWI比NDWI更能够揭示水体微细特征,如悬浮沉积物的分布、水质的变化.另外, MNDWI可以很容易地区分阴影和水体, 解决了水体提取中难于消除阴影的难题.
A study on information extraction of water body with the Modified Normalized Difference Water Index (MNDWI) [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1007-4619.2005.05.012 URL [本文引用: 1] 摘要
在对Mcfeeters提出的归一化差异水体指数(NDWI)分析的基础上,对构成该指数的波长组合进行了修改,提出了改进的归一化差异水体指数MNDWI(Modified NDWI), 并分别将该指数在含不同水体类型的遥感影像进行了实验,大部分获得了比NDWI好的效果,特别是提取城镇范围内的水体.NDWI指数影像因往往混有城镇建筑用地信息而使得提取的水体范围和面积有所扩大.实验还发现MNDWI比NDWI更能够揭示水体微细特征,如悬浮沉积物的分布、水质的变化.另外, MNDWI可以很容易地区分阴影和水体, 解决了水体提取中难于消除阴影的难题.
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A mono-window algorithm for retrieving land surface temperature from Landsat TM data and its application to the Israel-Egypt border region [J].https://doi.org/10.1080/01431160010006971 URL [本文引用: 1] 摘要
Remote sensing of land surface temperature (LST) from the thermal band data of Landsat Thematic Mapper (TM) still remains unused in comparison with the extensive studies of its visible and near-infrared (NIR) bands for various applications. The brightness temperature can be computed from the digital number (DN) of TM6 data using the equation provided by the National Aeronautics and Space Administration (NASA). However, a proper algorithm for retrieving LST from the only one thermal band of the sensor still remains unavailable due to many difficulties in the atmospheric correction. Based on thermal radiance transfer equation, an attempt has been made in the paper to develop a mono-window algorithm for retrieving LST from Landsat TM6 data. Three parameters are required for the algorithm: emissivity, transmittance and effective mean atmospheric temperature. Method about determination of atmospheric transmittance is given in the paper through the simulation of atmospheric conditions with LOWTRAN 7 program. A ...
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Study of land surface temperature retrieval based on Lansat8 - with the sample of Dian chi Lake Basin [J].https://doi.org/10.11873/j.issn.1004-0323.2015.3.0448 Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>February 11,2013,Landsat 8 was successfully launched in Vandenberg Air Force Base,California.The thermal infrared sensor can provide a new data source which used to retrieve land surface temperature,but there is no corresponding retrieval algorithm for it until now.According to USGS,given larger uncertainty in the Band 11 values,users should work with TIRS Band 10 as a single spectral band and should not attempt a split\|window correction by both TIRS Band 10 and 11.In this paper,we revised coefficients of the mona\|window algorithm to retrieve land surface temperature(LST) using Landsat 8 thermal infrared data (band 10),so that the new Landsat thermal infrared data could be effectively used.To validate the revised algorithm,the land surface temperature 20 ℃,30 ℃,40 ℃ and water vapor content 1,1.5,2,2.5 g·cm<sup>-2</sup> were assumed,then the thermal radiance on the sensor were simulated respectively using MODTRAN atmospheric simulation program,and then retrieved the LST using the improved mona\|window algorithm.The result shows that a lower land surface temperature and lower water vapor content can keep a low error,and the average error is 0.74 ℃,which indicate that the revised algorithm able to provide an accurate LST retrieval from Landsat 8 thermal data.In the last,this paper retrieved the land surface temperature of Dianchi Lake Basin based on an image collected on April 20,2013,the result fit well with the actual conditions,and then analysed its distribute characteristic.</p>
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Quantifying the heat flux regulation of metropolitan land use/land cover components by coupling remote sensing modeling with in situ measurement [J].https://doi.org/10.1002/2014JD022249 URL [本文引用: 1] 摘要
Abstract Quantifying the effects of urban land-use/land-cover with regard to surface radiation and heat-flux regulation is important to ecological planning and heat stress mitigation. To retrieve the spatial pattern of heat fluxes in the Beijing metropolitan area, China, a remote sensing鈥揵ased energy balance model was calibrated with synchronously measured energy fluxes including net radiation, latent heat flux (LE), and sensible heat flux (H). Our model calibration approach avoided the uncertainties due to subjective judgments in previous empirical parameterization methods. The land surface temperature (LST), H, and Bowen ratio (尾) of Beijing were found to increase along the outskirt-suburban-urban gradient, with strong spatial variation. LST and H were negatively correlated with vegetation fraction cover (VFC). For example, the modern high-rise residential areas with relatively higher VFC had lower H and 尾 than the traditional low-rise residential areas. Our findings indicate thermal dissipation through vegetation transpiration might play an important role in urban heat regulation. Notably, the thermal-dissipating strength of vegetation (calculated as LE/VFC) declined exponentially with increased VFC. For the purpose of heat stress regulation, we recommend upgrading the traditional low-rise residential areas to modern high-rise residential areas and focusing urban greenery projects in areas whose VFC < 0.1, where the heat-regulating service by urban vegetation could be twice as effective as in other places.
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基于多功能理论的中国乡村发展多元化探讨——超越“现代化”发展范式 [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201502007 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>传统的乡村现代化发展范式和地理学关于乡村的区域差异研究之间存在缝隙,不足以为快速演化分异的乡村地域发展提供直接理论支撑。本文引入西方近20年来逐渐兴起的多功能农业与多功能乡村理论,从新的视角观察思考中国乡村多元化发展的目标、路径及对策。首先从经济、社会和环境三个方面反思中国乡村现代化的基本历程与得失,以及西方国家乡村现代化产生的问题,指出传统的农业农村现代化发展在很大程度是以牺牲乡村环境和乡村社会机理脆弱化为代价的,也造成了乡村经济对外部支持的过度依赖,仅仅强调“现代化”发展范式显然是不够的;然后简要介绍了国外多功能农业与多功能乡村理论;在此基础上,从功能角度提出中国农业农村发展的多元目标,推演探讨农业农村发展的区域差异化路径及对策。</p>
Diversified agriculture and rural development in China based on multifunction theory: Beyond modernization paradigm [J].https://doi.org/10.11821/dlxb201502007 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
<p>传统的乡村现代化发展范式和地理学关于乡村的区域差异研究之间存在缝隙,不足以为快速演化分异的乡村地域发展提供直接理论支撑。本文引入西方近20年来逐渐兴起的多功能农业与多功能乡村理论,从新的视角观察思考中国乡村多元化发展的目标、路径及对策。首先从经济、社会和环境三个方面反思中国乡村现代化的基本历程与得失,以及西方国家乡村现代化产生的问题,指出传统的农业农村现代化发展在很大程度是以牺牲乡村环境和乡村社会机理脆弱化为代价的,也造成了乡村经济对外部支持的过度依赖,仅仅强调“现代化”发展范式显然是不够的;然后简要介绍了国外多功能农业与多功能乡村理论;在此基础上,从功能角度提出中国农业农村发展的多元目标,推演探讨农业农村发展的区域差异化路径及对策。</p>
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黑龙江省垦区居民点体系优化分析——以建三江管理局为例 [J].https://doi.org/10.13708/j.cnki.cn11-2640.2015.04.009 URL [本文引用: 1] 摘要
研究目的:剖析黑龙江省垦区居民点体系优化经验,总结其可供借鉴 与推广价值.研究方法:以建三江管理局的七星、大兴、创业三个农场为研究区,综合运用实地考察法、空间分析法和文献调研法.研究结果:第一,经过对居民点 体系的空间结构与规模结构的优化,4年内居民点个数、面积减少,促进了居民点用地的节约与集约利用,更便捷了当地居民的生产生活.第二,居民点体系优化措 施包含居民点体系的空间优化、优化过程的有序组织和耗费资金的多方筹措三个方面.研究结论:清晰的土地及房屋产权、多源的融资渠道、完善的社会保障制度、 农业现代化和二三产业的快速发展、各种农业附属设施的建设以及合理的路网建设是黑龙江垦区居民点体系优化进程在短期完成的保障,而广大农村地区则适宜随着 农村人口结构变化、农业人口非农化、城镇化、工业化和农业现代化的稳步发展,合理引导、有序推进城乡体系优化的自然历史进程.
Analyzing optimization of settlement system in the reclamation region of Heilongjiang Province: A case study of Jiansanjiang authority [J].https://doi.org/10.13708/j.cnki.cn11-2640.2015.04.009 URL [本文引用: 1] 摘要
研究目的:剖析黑龙江省垦区居民点体系优化经验,总结其可供借鉴 与推广价值.研究方法:以建三江管理局的七星、大兴、创业三个农场为研究区,综合运用实地考察法、空间分析法和文献调研法.研究结果:第一,经过对居民点 体系的空间结构与规模结构的优化,4年内居民点个数、面积减少,促进了居民点用地的节约与集约利用,更便捷了当地居民的生产生活.第二,居民点体系优化措 施包含居民点体系的空间优化、优化过程的有序组织和耗费资金的多方筹措三个方面.研究结论:清晰的土地及房屋产权、多源的融资渠道、完善的社会保障制度、 农业现代化和二三产业的快速发展、各种农业附属设施的建设以及合理的路网建设是黑龙江垦区居民点体系优化进程在短期完成的保障,而广大农村地区则适宜随着 农村人口结构变化、农业人口非农化、城镇化、工业化和农业现代化的稳步发展,合理引导、有序推进城乡体系优化的自然历史进程.
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Estimations for percentage of impervious area by the use of satellite remote sensing imagery [J] .https://doi.org/10.1016/0043-1354(94)90141-4 URL [本文引用: 1] 摘要
Abstract This study aims to evaluate the applicability of satellite imagery in estimating the percentage of impervious area in urbanized areas. Two methods of estimation are proposed and applied to a small urbanized watershed in Japan. The area is considered under two different cases of subdivision; i.e.. 14 zones and 17 zones. The satellite imageries of LANDSAT-MSS (Multi-Spectral Scanner) in 1984, MOS-MESSR (Multi-spectral Electronic Self-Scanning Radiometer) in 1988 and SPOT-HRV(High Resolution Visible) in 1988 are classified. The percentage of imperviousness in 17 zones is estimated by using these classification results. These values are compared with the ones obtained from the aerial photographs. The percent imperviousness derived from the imagery agrees well with those derived from aerial photographs. The estimation errors evaluated are less than 10%, the same as those obtained from aerial photographs.
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基于高分辨卫星影像的城市用地不透水率分析 [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1007-7588.2006.02.007 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
不透水地面是城市地区的特征，它与总用地的比值～不透水率作为一个重要的城市生态指数常出现于城市水文、城市水质面源污染以及城市植被制图等研究中。本文借助高分辨率卫星影像首次在我国城市中心城区尺度上探索土地利用的不透水性。基于对南京5个典型城市功能区中555个有效用地斑块样本的不透水率数据的分析表明，不同土地利用类型的不透水率在统计上存在显著性差异，建设用地中绿地的不透水率最低（0%～30%），市政设施用地的不透水率最高(80%～100%)，居住与道路广场用地的不透水率接近，而工业用地的不透水率相对较低(40%～75%)，平均城市建设用地不透水率约69%。该结果填补我国城市用地不透水率研究的空白，为城市水文模拟研究提供下垫面参数，并可望用于城市土地利用的生态规划。
Impervious surface coverage in urban land use based on high resolution satellite images [J].https://doi.org/10.3321/j.issn:1007-7588.2006.02.007 URL Magsci [本文引用: 1] 摘要
不透水地面是城市地区的特征，它与总用地的比值～不透水率作为一个重要的城市生态指数常出现于城市水文、城市水质面源污染以及城市植被制图等研究中。本文借助高分辨率卫星影像首次在我国城市中心城区尺度上探索土地利用的不透水性。基于对南京5个典型城市功能区中555个有效用地斑块样本的不透水率数据的分析表明，不同土地利用类型的不透水率在统计上存在显著性差异，建设用地中绿地的不透水率最低（0%～30%），市政设施用地的不透水率最高(80%～100%)，居住与道路广场用地的不透水率接近，而工业用地的不透水率相对较低(40%～75%)，平均城市建设用地不透水率约69%。该结果填补我国城市用地不透水率研究的空白，为城市水文模拟研究提供下垫面参数，并可望用于城市土地利用的生态规划。
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