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Changes of land surface temperature and its response to urbanization under the extreme high-temperature background in recent ten years of Beijing

近10年北京极端高温天气条件下的地表温度变化及其对城市化的响应



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 渊杂匀耘晕郧栽粤陨 载哉耘月粤韵冤
摇 摇 第 猿猿卷 第 圆园期摇 摇 圆园员猿年 员园月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
中小尺度下西北太平洋柔鱼资源丰度的空间变异 杨铭霞袁陈新军袁冯永玖袁等 渊远源圆苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
水分和温度对若尔盖湿地和草甸土壤碳矿化的影响 王摇 丹袁吕瑜良袁徐摇 丽袁等 渊远源猿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
荒漠啮齿动物群落对开垦干扰的响应及其种群生态对策 袁摇 帅袁付和平袁武晓东袁等 渊远源源源冤噎噎噎噎噎噎噎
转 月贼基因棉花对烟粉虱天敌昆虫龟纹瓢虫的影响 周福才袁顾爱祥袁杨益众袁等 渊远源缘缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
微地形改造的生态环境效应研究进展 卫摇 伟袁余摇 韵袁贾福岩袁等 渊远源远圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
个体与基础生态
丹顶鹤春迁期觅食栖息地多尺度选择要要要以双台河口保护区为例 吴庆明袁邹红菲袁金洪阳袁等 渊远源苑园冤噎噎噎
新疆石河子南山地区表土花粉研究 张摇 卉袁张摇 芸袁杨振京袁等 渊远源苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
鄱阳湖湿地两种优势植物叶片 悦尧晕尧孕 动态特征 郑艳明袁尧摇 波袁吴摇 琴袁等 渊远源愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于高分辨率遥感影像的森林地上生物量估算 黄金龙袁居为民袁郑摇 光袁等 渊远源怨苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
异质性光照下匍匐茎草本狗牙根克隆整合的耗益 陶应时袁洪胜春袁廖咏梅袁等 渊远缘园怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
湘潭锰矿废弃地栾树人工林微量元素生物循环 罗赵慧袁田大伦袁田红灯袁等 渊远缘员苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
接种彩色豆马勃对模拟酸沉降下马尾松幼苗生物量的影响 陈摇 展袁王摇 琳袁尚摇 鹤 渊远缘圆远冤噎噎噎噎噎噎噎
生物炭对不同土壤化学性质尧小麦和糜子产量的影响 陈心想袁何绪生袁耿增超袁等 渊远缘猿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
延河流域植物功能性状变异来源分析 张摇 莉袁温仲明袁苗连朋 渊远缘源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
榆紫叶甲赤眼蜂基础生物学特性及其实验种群生命表 王秀梅袁臧连生袁林宝庆袁等 渊远缘缘猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎
几种生态因子对拟目乌贼胚胎发育的影响 彭瑞冰袁蒋霞敏袁 于曙光袁等 渊远缘远园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
种群尧群落和生态系统
海南铜鼓岭灌木林稀疏规律 周摇 威袁龙摇 成袁杨小波袁等 渊远缘远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
青海三江源区果洛藏族自治州草地退化成因分析 赵志平袁吴晓莆袁李摇 果袁等 渊远缘苑苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
模拟氮沉降对华西雨屏区苦竹林凋落物基质质量的影响 肖银龙袁涂利华袁胡庭兴袁等 渊远缘愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎
基于光合色素的钦州湾平水期浮游植物群落结构研究 蓝文陆袁黎明民袁李天深 渊远缘怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于功能性状的常绿阔叶植物防火性能评价 李修鹏袁杨晓东袁余树全袁等 渊远远园源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
北京西山地区大山雀与其它鸟类种群种间联结分析 董大颖袁范宗骥袁李扎西姐袁等 渊远远员源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
被动式电子标签用于花鼠种群动态研究的可行性 杨摇 慧袁马建章袁戎摇 可 渊远远猿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
景观尧区域和全球生态
华北冬小麦降水亏缺变化特征及气候影响因素分析 刘摇 勤袁梅旭荣袁严昌荣袁等 渊远远源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 云粤匀孕鄄栽韵孕杂陨杂法的我国省域低碳发展水平评价 胡林林袁贾俊松袁毛端谦袁等 渊远远缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎
河漫滩湿地生态阈值要要要以二卡自然保护区为例 胡春明袁刘摇 平袁张利田袁等 渊远远远圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
应用 蕴藻 月蚤泽泽燥灶灶葬蚤泽 法研究黄土丘陵区植被类型对土壤团聚体稳定性的影响
刘摇 雷袁安韶山袁黄华伟 渊远远苑园冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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不同人为干扰下纳帕海湖滨湿地植被及土壤退化特征 唐明艳袁杨永兴 渊远远愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
资源与产业生态
近 员园年北京极端高温天气条件下的地表温度变化及其对城市化的响应
李晓萌袁孙永华袁孟摇 丹袁等 渊远远怨源冤
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三峡库区小江库湾鱼类食物网的稳定 悦尧晕同位素分析 李摇 斌袁徐丹丹袁王志坚袁等 渊远苑园源冤噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
北京奥林匹克森林公园绿地碳交换动态及其环境控制因子 陈文婧袁李春义袁何桂梅袁等 渊远苑员圆冤噎噎噎噎噎噎
植被恢复对洪雅县近 员缘年景观格局的影响 王摇 鹏袁李贤伟袁赵安玖袁等 渊远苑圆员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
高盐下条斑紫菜光合特性和 杂鄄腺苷甲硫氨酸合成酶基因表达的变化 周向红袁易乐飞袁徐军田袁等 渊远苑猿园冤噎
学术信息与动态
生态系统服务研究进展要要要圆园员猿年第 员员届国际生态学大会渊 陨晕栽耘悦韵蕴 悦燥灶早则藻泽泽冤会议述评
房学宁袁赵文武 渊远苑猿远冤
噎噎噎噎噎噎噎
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生态系统服务评估要要要圆园员猿年第 远届生态系统服务伙伴国际学术年会述评 巩摇 杰袁 岳天祥 渊远苑源员冤噎噎噎
回顾过去袁引领未来要要要要圆园员猿年第 缘届国际生态恢复学会大会渊杂耘砸 圆园员猿冤简介
彭少麟袁陈宝明袁周摇 婷 渊远苑源源冤
噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿圆园鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿猿鄢圆园员猿鄄员园
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 荒漠旱獭要要要旱獭属啮齿目尧松鼠科尧旱獭属袁是松鼠科中体型最大的一种遥 旱獭多栖息于平原尧山地和荒漠草原地
带袁集群穴居袁挖掘能力甚强袁洞道深而复杂袁多挖在岩石坡和沟谷灌丛下袁从洞中推出的大量沙石堆在洞口附近袁形
成旱獭丘遥 荒漠啮齿动物是荒漠生态系统的重要成分袁农业开垦对功能相对脆弱的荒漠生态系统的干扰极大袁往往
导致栖息地破碎化袁对动植物种产生强烈影响袁啮齿动物受到开垦干扰后对环境的响应及其群落的生态对策袁是荒
漠生态系统生物多样性及其功能维持稳定的重要基础遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 33 卷第 20 期
2013年 10月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.33,No.20
Oct.,2013
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:973计划前期研究专项课题:城市典型区域不均匀沉降信息获取与机理研究(2012CB723403)
收稿日期:2013鄄01鄄26; 摇 摇 修订日期:2013鄄07鄄09
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: xiaojuanli@ vip.sina.com
DOI: 10.5846 / stxb201301260165
李晓萌, 孙永华, 孟丹, 余洁, 李小娟.近 10年北京极端高温天气条件下的地表温度变化及其对城市化的响应.生态学报,2013,33(20):6694鄄6703.
Li X M, Sun Y H, Meng D, Yu J, Li X J. Changes of land surface temperature and its response to urbanization under the extreme high鄄temperature
background in recent ten years of Beijing.Acta Ecologica Sinica,2013,33(20):6694鄄6703.
近 10年北京极端高温天气条件下的地表温度变化
及其对城市化的响应
李晓萌, 孙永华, 孟摇 丹, 余摇 洁, 李小娟*
(城市环境过程与数字模拟国家重点实验室培育基地,资源环境与地理信息系统北京市重点实验室,
三维信息获取与应用教育部重点实验室,首都师范大学资源环境与旅游学院,北京摇 100048)
摘要:以北京市为研究区,利用 2000年和 2010年极端高温发生时 MODIS卫星的地表温度(LST)产品数据,结合 DMSP / OLS夜
间灯光数据,应用差值、等温线、剖面分析等方法,分析了北京市近 10年来极端高温发生时地表温度的时空变化特征及其对城
市化的响应。 研究结果表明:(1)近 10年来,极端高温时的地表温度升高,高温区范围增加,城市功能拓展区与发展新区的高
温区增加面积大于首都功能核心区与生态涵养区;(2)北京市城市化发展迅速,城市扩张对极端高温条件下的地表温度时空分
布与变化趋势起着主导作用。
关键词:北京市;极端高温;城市化;夜间灯光数据
Changes of land surface temperature and its response to urbanization under the
extreme high鄄temperature background in recent ten years of Beijing
LI Xiaomeng, SUN Yonghua, MENG Dan, YU Jie, LI Xiaojuan*
State Key Laboratory Incubation Base of Urban Environmental Processes and Digital Simulation, Beijing Key Laboratory of Resource Environment and
Geographic Information System, Key Laboratory of 3鄄Dimensional Information Acquisition and Application,Ministry of Education, College of Resources
Environment and Tourism, Capital Normal University, Beijing 100048, China
Abstract: The study of the urban thermal environment and thermal effect is one of the most important topics in city climate
and environment research. Because of global climate change and urbanization, extreme high鄄temperature events have
occurred frequently in recent years and have greatly impacted the daily lives and social activities of people. Therefore, it is
necessary to analyze the spatiotemporal change of land surface temperature (LST) and the response of urbanization to the
urban thermal environment. The aforementioned type of study is significant for improving the city thermal environment, and
reducing the frequency of extreme high鄄temperature events.
This work has the metropolitan city of Beijing as its study area. As a major city in the world, Beijing has been facing
many environmental problems, for example, atmospheric pollution, water pollution, meteorological disasters, and others.
Extreme high鄄temperature events are one of the most common meteorological disasters in the city. In the present study, we
integrated theories of remote鄄sensing quantitative inversion methods, GIS spatial analysis methods, and geostatistics
technology in our research on thermal environment issues. We analyzed the response of urbanization to the urban thermal
environment of Beijing. First, the MODIS LST data for extreme high鄄temperature events in 2000 and 2010 were used to
analyze the distribution and evolution of surface temperature in the city. Variability and isothermal variation analyses were
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used to study the distribution of thermal environment. In addition, Defense Meteorological Satellite System ( DMSP )
Operational Linescan System (OLS) data from 2000 and 2010 were selected to analyze the expansion of urban area in
Beijing from 2000 to 2010, using profile analysis and grid calculation. Finally, the response of LST to urbanization was
investigated, based on qualitative and quantitative analysis using a combination of the LST and DMSP / OLS data.
Two main conclusions were drawn, as follows: (1) The LST at the time of extreme high鄄temperature events increased
significantly during 2000—2010. The magnitude of LST increase varied spatially, with that of the city function expansion
and city development zones greater than that of the capital function core and ecological conservation development zones;
(2) expansion of the Beijing urban area was obvious over the last decade, with the Forbidden City as the center. The spatial
distribution of the surface temperature increase was very consistent with the city development space. The average night light
index increased, as did the average change of surface temperature. From the present study, we draw the conclusion that the
urbanization had a great impact on the LST distribution, which increased with development of the city. This work can
provide useful information for urban planning and urban living environment improvements.
There are some inadequacies that require further study. First, we only selected LST data during daytime. Nighttime
LST data should be considered in the future. Second, the distribution of LST was influenced not only by the urbanization,
but by natural causes. An analysis relating the urban thermal environment and natural causes would advance understanding
of the mechanism of the urban thermal environment. These inadequacies will be resolved in the next step of the study.
Key Words: Beijing; extreme high鄄temperature; urbanization; night light data
全球气候变化是 21世纪人类所面临的重要环境问题之一,20世纪 90 年代以来,全球极端高温事件呈现
出强度大、频次高、影响范围广等特点,给社会经济和人民生产生活都造成了严重的负面影响[1]。 国外学者
对极端高温的研究比较早[2鄄4],我国学者自 20世纪 90年代开始对极端高温进行研究,如 Cuiping Zhao 等选择
15个极端温度指数,分析了海河流域 1960—2009年极端温度的时空格局[5]。 史军等分析了华东地区夏季极
端高温的变化特征、发展趋势及高温成因[6]。 姜德娟等分析了 1961—2008 年山东省极端温度事件的时空特
征[7]。 郑祚芳应用 1960—2009年逐日气象记录,分析了北京地区极端气温的时间变化特征及其对城市化的
响应[8]。
从以上可以看出,国内外学者对于极端高温发生频率和强度的变化规律给予了充分关注,但对极端高温
发生时的地表温度分布,尤其是利用遥感手段研究极端高温对城市化的响应还涉及较少。 北京市作为国际特
大都市,城市快速发展,极端高温已经日益成为一种比较常见的气象灾害。 因此,本文以北京市为研究区,利
用 2000年和 2010 年极端高温发生时 MODIS 卫星的地表温度(LST)产品数据,结合 DMSP / OLS 夜间灯光数
据,应用差值、等温线、剖面分析等方法,研究北京市近十年来极端高温发生时地表温度的时空变化特征及其
对城市发展的响应,对于减缓极端高温、合理进行城市规划等都有着重要的意义。
1摇 研究区概况
北京市地处华北平原西北边缘,位于北纬 39毅26忆—41毅03忆、东经 115毅25忆—117毅30忆。 本文的研究范围为北
京市,包括 14区 2县。 2005年,为了促进城市功能优化,北京市划定四大城市功能区域,分别是首都功能核
心区(西城区、东城区)、城市功能拓展区(海淀区、朝阳区、丰台区、石景山区)、城市发展新区(昌平区、顺义
区、通州区、大兴区、房山区)和生态涵养发展区(怀柔区、门头沟区、平谷区、延庆县、密云县)(图 1)。
我国气象局将极端高温分为 3级:高温,大于等于 35 益;危害性高温,大于等于 38 益;强危害性高温,大
于等于 40 益 [9鄄10]。 北京市 1980—2010年高温、危害性高温和强危害性高温的日数分别为 249、25、3 d。 从图
2中可以看出,北京市近年来夏季极端高温天气呈增多趋势。
城市地表温度受当日气象条件的影响比较大。 分析近十年的北京夏季高温天气,2000 年 6 月 13 日与
2010年 7月 6日,日最高气温分别为 39.1 益和 39.2 益,其他基本气象条件,如降水量、相对湿度、风速、日照
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图 1摇 研究区概况图
Fig.1摇 The image of study area
时数等,也基本相似(表 1)。 因此,选用这两个极端高
温日进行对比分析,在一定程度上可以反映近十年来北
京地表温度的时空分布及变化特征。
2摇 研究方法与技术路线
本文综合利用遥感和地理信息系统技术,对近十年
北京极端高温天气条件下的地表温度变化及其对城市
化的响应进行分析。 首先,对 MOD11A1 地表温度数
据、DMSP / OLS夜间灯光数据和气象站观测资料等数据
进行预处理,构建空间数据场。 在此基础上,分别提取
地表温度场信息以及城市化信息,并通过等温线分析、
剖面分析、差值变化分析和栅格计算等方法,分别对地
表温度时空演化和城市化进程进行分析。 最后,从定性
与定量两方面综合分析北京市近十年来城市化进程对
极端高温发生时地表温度空间分布特征和时空演变规
律的影响。 技术路线如图 3所示。
2.1摇 地表温度场信息提取
选取 2000年 6月 13日和 2010年 7月 6日 MODIS
地表温度产品(数据来源:美国国家航空航天局 NASA)
提取地表温度信息。 利用 Envi 下的 MODIS Conversion
Toolkit模块,对 MODIS地表温度产品进行处理,通过拼
图 2摇 北京市 1980—2010年极端高温出现频次
Fig.2摇 The frequency of extreme high temperature during 1980—2010
接、投影等操作,分别提取极端高温时的地表温度信息,得到地表温度分布图。 MOD11A1 陆地表层温度数据
空间分辨率为 1km,储存格式为 HDF,地图投影为正弦投影。
2.2摇 城市化信息提取
选取 2000年与 2010年的 DMSP / OLS夜间灯光数据(数据来源:美国国家海洋和大气管理局 NOAA)来表
征城市化信息。 夜间灯光数据是确定城市发展水平的指标之一[11],许多国内外学者应用夜间灯光数据,研究
城市建成区范围和城市化发展,利用夜间灯光数据提取的城市格局与利用 Landsat TM 数据提取的城市格局
特征基本一致,可以满足城市化研究的需要[12鄄14]。
DMSP / OLS夜间灯光数据的空间分辨率为 1 km,为了方便计算,将数据都统一转换为横轴墨卡托(UTM)
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表 1摇 2000年 6月 13日与 2010年 7月 6日基本气象情况对比(数据来源:中国气象科学数据共享服务网)
Table 1摇 Comparison of basic meteorological conditions in June 13, 2000 and July 6, 2010 (data source: China meteorological data sharing service
system)
日期
Date
日最高气温
Daily maximum
temperature
/ 益
降水量
Precipitation
/ mm
平均相对湿度
Mean relative
humidity
/ %
最小相对湿度
Minimum
relative humidity
/ %
最大风速
Maximum
wind speed
/ (m / s)
最大风速
时的风向
Wind direction
when maximum
wind speed
平均风速
Average
wind speed
/ (m / s)
日照时数
Sunshine
hours / h
2000鄄06鄄13 39.1 0 28 14 5.2 西南 2.5 13.6
2010鄄07鄄06 39.2 0 21 13 5.1 南 2.6 13.1
图 3摇 技术路线图
Fig.3摇 The technical flow
投影,椭球体为 WGS84。 对 DMSP / OLS夜间灯光数据进行裁剪、投影等操作,运用 GIS 空间分析和栅格计算
方法,提取夜间灯光指数,分别得到 2000年 2010年北京市夜间灯光指数分布图。 夜间灯光指数范围在 0—63
之间,数值越大代表城市化水平越高[15]。
2.3摇 等温线分析
在地学研究中,通常要获取能够反映研究对象各方面特征的数据,等温线就是其中的重要表现方法之
一[16鄄17]。 等温线是图上温度值相同各点的连线,它可以反映出地理对象的空间分布及其变化特征,等温线分
布越密集,说明温度变化越大[18],本文利用 ArcGIS 的空间分析功能分别对北京市全市和城六区进行等温线
分析。
2.4摇 剖面分析
为了更详细地了解地表温度的空间结构,对热场进行剖面分析是一种较好的途径[19鄄20]。 通过对地表温
度在某一基线上进行剖面分析,可以揭示城市热场在某一特定沿线的总体变化趋势和平面特征,把握城市热
场的结构特征。 本文选取六环路为基线,在 ArcGIS中用 3D Analyst工具条的 Create Profile Graph对地表温度
进行剖面分析。
3摇 结果与分析
3.1摇 地表温度时空分布特征分析
3.1.1摇 地表温度呈升高趋势
分别对 2000年 6月 13日与 2010年 7月 16日的地表温度进行统计(表 2),地表温度的最小值由24.49 益
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上升到 24.89 益,上升了 0.40 益,最大值由 51.99 益上升到 52.95 益,上升了 0.96 益,平均值由 40.21 益上升到
40.66 益,上升了 0.45 益。 由此可见,北京市极端高温时地表温度呈现出升高的趋势。
表 2摇 地表温度值统计
Table 2摇 Statistics result of the land surface temperature
日期
Date
最小值
Minimum / 益
最大值
Maximum / 益
平均值
Average / 益
标准差
Standard deviation / 益
2000鄄06鄄13 24.49 51.99 40.21 4.5987
2010鄄07鄄06 24.89 52.95 40.66 4.7324
图 4摇 地表温度剖面分析图
Fig.4摇 The profile analysis of land surface temperature
城市道路的地表温度也是表征城市热环境的指标之一[21]。 以北京市六环路为例,对地表温度做剖面分
析,从图 4中可以看出 2000年 6月 13日与 2010年 7月 6 日的剖面图走向趋势大体一致。 2010 年 7 月 6 日
较 2000年 6月 13日相比,地表温度的波动性变强,整个六环路地表温度的最低值,2000 年为 38.15 益,2010
年为 40.45 益,增加了 2.3 益。 北京六环路始建于 1998年 12月,于 2009 年 9 月全线通车,2000 年至 2010 年
这十年间正是六环路建设时期,是北京市快速城市化的典型代表工程,由此可见,在城市发展过程中,道路与
交通运输对地表升温有着密切的影响。
3.1.2摇 地表温度空间分布特征
由图 5的地表温度分布图中可以看出,2010 年与 2000 年的地表温度空间分布格局存在一定相似性,高
温集中分布在市中心,并由内向外逐渐降低。 其中,市中心由于人口密度大、建筑物密集等原因,成为“热岛冶
区。 西北部由于海拔高、植被密度高等原因,成为“冷岛冶区,和实际情况相吻合。
高温区的范围明显增加。 2000 年,地表温度高温区主要集中在中心城区以及昌平区中部、房山区东南
部、大兴区西南部等地区;2010年,地表温度高温区的范围扩大,昌平区东南部、顺义区、密云县南部、通州区、
大兴区等地都有高温分布,且城市功能拓展区、发展新区的高温区增加面积要大于功能核心区与生态涵养发
展区。
分别对 2000年 6月 13日和 2010年 7月 6 日北京市和城六区的地表温度做等温线(图 6)。 可以看出,
2010年 7月 6日较 2000 年 6 月 13 日相比,等温线分布密集,从而反映出地表温度分布的不均衡性进一步增
加。 对于全市而言,高温中心区 2000年分布在房山区东南部、昌平区中部,2010 年分布在丰台区的中部;对
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图 5摇 北京市地表温度分布
Fig.5摇 The land surface temperature distribution in Beijing
于城六区而言,高温中心区 2000年分布在石景山区,2010年分布在丰台区南部和朝阳区南部,这主要是由于
这十年间,丰台区和朝阳区大力发展房地产业、工业、商业,外来人口增多等原因造成的。
图 6摇 地表温度等温线图
Fig.6摇 The isothermal variation of Beijing
3.2摇 地表温度对城市化进程的响应分析
3.2.1摇 基于夜间灯光数据的北京城市化分析
本文选取 2000年与 2010年 DMSP / OLS数据中的非辐射定标夜间平均灯光强度数据产品,来表征城市化
信息。 由图 7和表 3可以看出,北京市近年来城市扩张明显,由建成区向四周扩展,城郊的卫星城,如通州、昌
平、亦庄、黄村、良乡、顺义等,以及城乡结合部等都表现出了明显的城市化特征;门头沟区、延庆县、怀柔区、密
云县等一些远郊区县,变化不大。
3.2.2摇 地表温度与夜间灯光指数之间的关系分析
将 2010年 7月 6日与 2000年 6月 13日的地表温度进行相减,得到地表温度变化图(图 8),将这 2 日的
夜间灯光指数进行相减,得到夜间灯光指数变化图(图 9)。
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图 7摇 北京市夜间灯光指数分布图
Fig.7摇 The night Lighte index number distribution in Beijing
表 3摇 夜间灯光指数统计
Table 3摇 Statistics result of the DMSP / OLS nighttime light index
功能区
Functional area
区县
District
2000年平均值
Average of 2000
2010年平均值
Average of 2010
2010年与 2000年差值
Difference between 2000 and 2010
首都功能核心区 西城区 62.85 63.00 0.15
The capital function core zone 东城区 62.91 63.00 0.09
城市功能拓展区 海淀区 46.19 58.54 12.35
The city function expanding zone 朝阳区 56.89 62.78 5.89
丰台区 51.33 61.56 10.23
石景山区 53.26 60.68 7.42
城市发展新区 昌平区 17.58 30.72 13.14
The city development zone 顺义区 24.23 43.35 19.07
通州区 23.46 42.61 19.15
大兴区 20.16 36.97 16.81
房山区 11.72 20.21 8.50
生态涵养发展区 怀柔区 4.44 10.60 6.16
The ecological conservation 门头沟区 5.00 11.13 6.14
development zone 平谷区 9.36 19.05 9.69
延庆县 3.91 9.68 5.77
密云县 4.95 10.98 6.03
从图 8、图 9可以看出:地表温度变化较大的区域主要集中在昌平东部、顺义东南部、平谷南部、通州中南
部、大兴北部、房山东部、丰台中部、海淀北部等地区。 夜间灯光指数增加较大的区域主要集中在昌平中东部、
顺义、平谷南部、通州中南部、大兴北部、房山东部、丰台西部、海淀北部等地区。 这表明地表温度增加较大的
区域主要是城市化发展较快的区域,两者在空间分布上基本一致。
采用散点图方法对地表温度与夜间灯光指数之间的关系进行定量分析。 图 10 给出,2000 年地表温度与
夜间灯光指数之间的关系和 2010年地表温度与夜间灯光指数之间的关系以及地表温度变化量与夜间灯光指
数变化量之间的关系。 可以看出,随着夜间灯光指数的升高,地表温度呈现出明显的上升趋势,地表温度与夜
间灯光指数的相关性较高,判定系数 R2分别为 0.629 与 0.724(图 10),Pearson 相关系数分别为 0.794 和
0郾 851,均在 0.01水平上显著相关。
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图 8摇 地表温度变化图像
Fig.8摇 The variation of land surface temperature
图 9摇 夜间灯光指数变化图像
Fig.9摇 The variation of night light index number
随着夜间灯光指数变化量的增大,地表温度变化量呈现出增加趋势(图 10)。 判定系数 R2为 0.435,
Pearson相关系数为 0.660,在 0.01 水平上显著相关,说明地表温度的空间分布与城市空间发展趋势基本
吻合。
图 10摇 地表温度与夜间灯光指数之间关系定量分析
Fig.10摇 The quantitative analysis of the relationship between the surface temperature and night light index number
4摇 结论与展望
北京市近十年来极端高温发生时地表温度的时空变化特征及其对城市发展的响应研究表明:
1076摇 20期 摇 摇 摇 李晓萌摇 等:近 10年北京极端高温天气条件下的地表温度变化及其对城市化的响应 摇
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(1)近十年来,北京市极端高温时地表温度的最小值、最大值以及平均值均呈现出升高的趋势;北京市近
年来地表温度空间分布特征发生变化,高温区的范围呈现出明显的增加趋势,且城市功能拓展区与城市发展
新区的高温区增加面积要高于首都功能核心区与生态涵养发展区;
(2)2000年至 2010年间,北京市城市扩张明显,由建成区向四周扩展;城市扩张对极端高温条件下的地
表温度时空分布与变化趋势起着主导与控制作用。 因此,应从北京市的整体规划角度考虑,优化城市用地功
能结构,合理进行城市开发与建设,才能有效的缓解和应对极端高温带来的危害。
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叶生态学报曳圆园员猿年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
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叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
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叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁猿园园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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本期责任副主编摇 宋金明摇 摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
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