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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 32 卷 第 23 期摇 摇 2012 年 12 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
中国石龙子母体孕期调温诱导幼体表型:母体操纵假说的实验检测 李摇 宏,周宗师,吴延庆,等 (7255)……
同种或异种干扰对花鼠分散贮藏点选择的影响 申摇 圳,董摇 钟,曹令立,等 (7264)……………………………
曝气充氧条件下污染河道氨挥发特性模拟 刘摇 波,王文林,凌摇 芬,等 (7270)…………………………………
贵州草海越冬斑头雁日间行为模式及环境因素对行为的影响 杨延峰,张国钢,陆摇 军,等 (7280)……………
青藏高原多年冻土区积雪对沼泽、草甸浅层土壤水热过程的影响 常摇 娟,王根绪,高永恒,等 (7289)………
长沙城市斑块湿地资源的时空演变 恭映璧,靖摇 磊,彭摇 磊,等 (7302)…………………………………………
基于模型数据融合的千烟洲亚热带人工林碳水通量模拟 任小丽,何洪林,刘摇 敏,等 (7313)…………………
农田氮素非点源污染控制的生态补偿标准———以江苏省宜兴市为例 张摇 印,周羽辰,孙摇 华 (7327)………
用 PFU微型生物群落监测技术评价化工废水的静态毒性 李朝霞,张玉国,梁慧星 (7336)……………………
京郊农业生物循环系统生态经济能值评估———以密云尖岩村为例 周连第,胡艳霞,王亚芝,等 (7346)………
基于遥感的夏季西安城市公园“冷效应冶研究 冯晓刚,石摇 辉 (7355)…………………………………………
海南岛主要森林类型时空动态及关键驱动因子 王树东,欧阳志云,张翠萍,等 (7364)…………………………
不同播种时间对吉林省西部玉米绿水足迹的影响 秦丽杰,靳英华,段佩利 (7375)……………………………
黄土塬区不同品种玉米间作群体生长特征的动态变化 王小林,张岁岐,王淑庆,等 (7383)……………………
密植条件下种植方式对夏玉米群体根冠特性及产量的影响 李宗新,陈源泉,王庆成,等 (7391)………………
沙地不同发育阶段的人工生物结皮对重金属的富集作用 徐摇 杰,敖艳青,张璟霞,等 (7402)…………………
增强 UV鄄B辐射和氮对谷子叶光合色素及非酶促保护物质的影响 方摇 兴,钟章成 (7411)……………………
不同产地披针叶茴香光合特性对水分胁迫和复水的响应 曹永慧,周本智,陈双林,等 (7421)…………………
芦芽山林线华北落叶松径向变化季节特征 董满宇,江摇 源,王明昌,等 (7430)…………………………………
地形对植被生物量遥感反演的影响———以广州市为例 宋巍巍,管东生, 王摇 刚 (7440)………………………
指数施肥对楸树无性系生物量分配和根系形态的影响 王力朋,晏紫伊,李吉跃,等 (7452)……………………
火烧伤害对兴安落叶松树干径向生长的影响 王晓春,鲁永现 (7463)……………………………………………
山地梨枣树耗水特征及模型 辛小桂,吴普特,汪有科,等 (7473)…………………………………………………
两种常绿阔叶植物越冬光系统功能转变的特异性 钟传飞,张运涛,武晓颖,等 (7483)…………………………
干旱胁迫对银杏叶片光合系统域荧光特性的影响 魏晓东,陈国祥,施大伟,等 (7492)…………………………
神农架川金丝猴栖息地森林群落的数量分类与排序 李广良,丛摇 静,卢摇 慧,等 (7501)………………………
碱性土壤盐化过程中阴离子对土壤中镉有效态和植物吸收镉的影响 王祖伟,弋良朋,高文燕,等 (7512)……
两种绣线菊耐弱光能力的光合适应性 刘慧民,马艳丽,王柏臣,等 (7519)………………………………………
闽楠人工林细根寿命及其影响因素 郑金兴,黄锦学,王珍珍,等 (7532)…………………………………………
旅游交通碳排放的空间结构与情景分析 肖摇 潇,张摇 捷,卢俊宇,等 (7540)……………………………………
北京市妫水河流域人类活动的水文响应 刘玉明,张摇 静,武鹏飞,等 (7549)……………………………………
膜下滴灌技术生态鄄经济与可持续性分析———以新疆玛纳斯河流域棉花为例
范文波,吴普特,马枫梅 (7559)
…………………………………
…………………………………………………………………………………
高温胁迫及其持续时间对棉蚜死亡和繁殖的影响 高桂珍,吕昭智,夏德萍,等 (7568)…………………………
桉树枝瘿姬小蜂虫瘿解剖特征与寄主叶片生理指标的变化 吴耀军,常明山,盛摇 双,等 (7576)………………
西南桦纯林与西南桦伊红椎混交林碳贮量比较 何友均,覃摇 林,李智勇,等 (7586)……………………………
长沙城市森林土壤 7 种重金属含量特征及其潜在生态风险 方摇 晰,唐志娟,田大伦,等 (7595)………………
专论与综述
城乡结合部人鄄环境系统关系研究综述 黄宝荣,张慧智 (7607)…………………………………………………
陆地生态系统碳水通量贡献区评价综述 张摇 慧,申双和,温学发,等 (7622)……………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*380*zh*P* ¥ 70郾 00*1510*38*
室室室室室室室室室室室室室室
2012鄄12
封面图说: 麋鹿群在过河———麋鹿属于鹿科,是中国的特有动物。 历史上麋鹿曾经广布于东亚地区,到 19 世纪时,只剩下在北
京南海子皇家猎苑内一群。 1900 年,八国联军攻陷北京,麋鹿被抢劫一空。 1901 年,英国的贝福特公爵用重金从
法、德、荷、比四国收买了世界上仅有的 18 头麋鹿,以半野生的方式集中放养在乌邦寺庄园内,麋鹿这才免于绝灭。
在世界动物保护组织的协调下,1985 年起麋鹿从英国分批回归家乡,放养到北京大兴南海子、江苏省大丰等地。 这
是在江苏省大丰麋鹿国家级自然保护区放养的麋鹿群正在过河。
彩图提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 32 卷第 23 期
2012 年 12 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 23
Dec. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:陕西省教育厅基金项目(11JK0756);西安建筑科技大学人才基金项目(RC1214)
收稿日期:2011鄄12鄄26; 摇 摇 修订日期:2012鄄08鄄03
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: shihui06@ 163. com
DOI: 10. 5846 / stxb201112261976
冯晓刚, 石辉.基于遥感的夏季西安城市公园“冷效应冶研究.生态学报,2012,32(23):7355鄄7363.
Feng X G,Shi H. Research on the cooling effect of Xi忆an parks in summer based on remote sensing. Acta Ecologica Sinica,2012,32(23):7355鄄7363.
基于遥感的夏季西安城市公园“冷效应冶研究
冯晓刚1, 石摇 辉2,*
(1.西安建筑科技大学,建筑学院,建筑勘测研究所,西安摇 710055;
(2.西安建筑科技大学,市政与环境工程学院,西安摇 710055)
摘要: 城市公园景观作为城市绿洲区对城市生态环境特别是局地热环境的调节和改善起着极其重要的作用。 以热红外遥感数
据为信息源,以遥感定量反演和地理信息空间分析技术为支撑,对西安市城区 7 个主要公园对周边区域热环境的降温效应进行
了研究。 结果表明:降温幅度(驻T)与远离公园的距离(L)两者间呈现非线性的关系特征;不同形态参数的公园对其周边区域的
热环境影响不同,公园降温范围与公园绿地面积和水体面积呈现较强的正相关关系;公园水体面积比例逸30%时,其平均降温
影响范围和降温幅度均高于水体面积比例低于 30%的公园。 因此,城市公园建设,不仅要考虑公园面积和形状,亦要考虑水体
比例,一般说来,水体面积占公园面积 30%以上为佳。 基于热红外遥感数据对城市公园影响周边区域的范围和强度进行了定
量探讨,所得结论对指导城市公园的规划与建设具有实用价值和参考意义。
关键词:公园;冷岛效应;地表温度;降温;西安市
Research on the cooling effect of Xi忆an parks in summer based on remote
sensing
FENG Xiaogang1, SHI Hui2
1 Collage of Architecture, Xi忆an University of Architectur侬e & Technology, Xi忆an 710055, China
2 Collage of Environmental and Municipal Engineering, Xi忆an University of Architecture & Technology, Xi忆an 710055, China
Abstract: The park landscape as the Oases in the city played an important role to the overall and partial urban eco鄄
environment. Based on the thermal infrared remote sensing data, this paper analyzed the relationship between the land
surface temperature of seven parks in Xian and the surrounding areas by using the technology of Mono鄄window algorithm and
the spatial analysis based on RS and GIS. The results showed that: the temperature differences between the surrounding
areas and boundaries of park rise with the distances further away from the park boundaries and growth mode for nonlinear.
The parks with the different parameters have different effect on surrounding area of the thermal environment, and park area
were decisive factor to the average temperature of parks. The average temperature decreasing range around parks has a
positive relationship with the park area of green and water. Specially, when the water proportion over 30% in park, the
average temperature decreasing range and the distance far away from the parks were higher than the park with the water
proportion less than 30% in the Xi忆an city. Therefore, we should not only consider the shape of the parks, but also should
make the water proportion over 30% for the new park construction. In this study we got the features of the parks to the
surrounding areas based on the thermal inferred data, which provides a reference and theory basis for the new parks design
and construction.
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Key Words: Park; Cooling Island Effect; Land surface temperature; temperature cooling; Xi忆an
城市气候环境是区域气候背景条件下,由于城市化的影响而形成的局地气候环境;城市下垫面性质、空气
组成的变化和人为热的影响,使得城市中的气温高于周围乡村形成热岛效应[1]。 随着城市不断地“摊大饼冶
一样的蔓延以及人口进一步向城市集中,城市的热岛现象变得愈来愈重,对城市的生态环境产生多方面的影
响[2]。 城市绿地和水域通过蒸腾和蒸发作用,吸收大量的潜热,对于减缓热岛效应具有重要的作用,但不同
的绿地类型其作用的强度不同[3]。
城市公园是城市绿地的核心组成,是城市绿化美化、改善生态环境的重要载体,不仅在视觉上给人以美的
享受,而且对局部小气候的改善有明显效果。 城市公园对小气候的影响不仅表现在公园的内部,同时对周边
区域也有显著的影响[4]。 Jauregui 在墨西哥城的研究表明,大型绿地对周围建筑有降温的影响,在
Chapultepec公园的冷却可以达到 2km以外的距离[5]。 Chang等根据台北 61 个公园的研究,发现公园的平均
气温低于周围环境,认为公园是一个与“热岛冶相对应的“冷岛冶区域;大的公园比小的公园冷却效应强烈[6]。
Spronken鄄Smith 和 Oke在美国加利福尼亚的研究发现,具有灌溉的绿地和高大乔木的公园其降温效应较
强[7]。 Saito等在日本的研究表明,城市空气温度分布与绿地区域密切相关,甚至约 60m伊40m 的小块绿地也
可显示降温效果[8]。 Upmanis等在高纬度的瑞典 G觟teborg的研究表明,在夏季公园和城市建筑区域的最大温
差可达 5. 9益,其凉爽的环境可以从公园边界延伸到 1100m 之外;其影响范围大小取决于公园的大小和距离
公园的远近[9]。 苏泳娴等研究了广州市 17 个公园,发现水体面积比例较大的公园,比同等条件下水体面积较
小的公园降温效果好;而长宽比较大(逸2)的公园,即使公园面积较小,降温效果也较明显[10]。
目前关于城市公园对周边环境降温的影响以及降温变化规律还没有比较确定的定量研究,同时这些研究
大多集中在热带亚热带气候环境下的城市,对于湿润半湿润地区城市的研究涉及较少。 西安随着城市面积的
扩大、产业结构的调整,城市的景观格局发生了巨大的变化,同时城市的热岛效应愈来愈强[11鄄12];发挥城市绿
地对热岛效应的减缓作用,是城市建设面临的关键性问题;对城市公园绿地降温效应的研究,则有利于合理规
划公园布局、发挥公园的生态及社会服务功能,从而改善局部人居热生态环境。
图 1摇 西安市公园位置分布图
Fig. 1摇 The location of parks of Xi忆an
遥感方法通过对长尺度、大范围遥感数据的分析,为研究城市地表覆被的景观格局和热岛效应的时空分
布特征提供了技术支撑[13鄄15]。 本文以西安市规模较大的 7 个最主要公园为分析对象,探讨具有不同形态参数
的城市公园夏季平均温度低于周边区域温度的影响特征,以期为城市公园规划设计和建设提供理论依据和实际
参考。
1摇 研究区概况
西安市地处西北部关中盆地中部秦岭北麓,地跨渭
河南北两岸,位于北纬 33毅39忆—34毅45忆,东经 107毅40忆—
109毅49忆。 所辖 9 区 4 县,总面积 9983 km2,其中市区面
积 1066 km2,城市建城区面积为 375 km2,常住人口 870
万。 属暖温带半湿润季风气候,平均海拔高 424m,1 月
份平均气温 0. 4 益,7 月份平均气温 26. 6 益,年平均气
温 13. 3 益。 年平均降水量 613. 7mm,年平均湿度 69.
6% [16]。 本文选取兴庆公园、长乐公园、丰庆公园、革命
公园、莲湖公园、大唐芙蓉园、城市运动公园等 7 个规模
最大的公园为对象,其空间位置分布见图 1,公园特征
见表 1。
2摇 数据源与研究方法
2. 1摇 数据来源
地表温度由 2006 年 6 月 3 日 Landsat TM卫星数据
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的热红外波段反演得到,公园下垫面类型组成由 2006 年 5 月 12 日高空间分辨率 IKONOS 卫星数据直接目视
解译获取。 辅助数据包括西安市 1颐10000 比例尺地形图和历史气象数据资料。 并借助遥感数据处理平台
Erdas、eCognition和地理信息系统软件 ArcGIS和 Arcview及相关统计分析软件 SPSS等。
表 1摇 西安市各公园特征参数表
Table 1摇 Detailed information about the parks of Xi忆an
公园名称
Park name
绿地面积 / m2
Green land area
绿地比例 / %
Green land rate
水域面积 / m2
Water area
水域比例 / %
Water rate
长宽比
Length鄄width rate
形状指数
Shape index
平均温度 / K
Average temperature
兴庆宫公园 323100 52. 17% 171900 27. 75% 1. 05 1. 12 300. 40
长乐公园 185780 91. 12% 16000 7. 85% 1. 62 1. 16 301. 80
丰庆公园 252000 88. 27% 32400 11. 35% 1. 20 1. 16 303. 00
革命公园 89100 50. 07% 0 0 1. 22 1. 12 302. 20
莲湖公园 43018 47. 89% 8100 9. 025 3. 43 1. 42 301. 60
大唐芙蓉园 336311 55. 56% 238873 39. 46% 1. 04 1. 09 302. 20
西安城市运动公园 333020 87. 29% 35000 9. 17% 1. 19 1. 19 301. 10
2. 2摇 研究方法
2. 2. 1摇 研究采用的技术路线
首先对获取的 2006 年 LandsatTM热红外波段数据,采用 6S模型进行大气校正和辐射校正,以 1颐10000 比
例尺地形图为基准采用三次多项式模型对 TM数据进行几何校正,校正误差在 0. 5 个像元内,然后根据西安
市行政边界范围进行图像裁剪。 在此基础上利用单窗算法反演得到西安市主城区地表温度数据(图 2);利用
2006 年 5 月 12 日的 IKONOS卫星数据经与 TM数据配准后,通过目视解译的方法获取公园面域范围及公园
内下垫面数据类型。 对公园面域范围数据经空间重采样后利用叠置统计分析功能得到各公园平均地表温度
(Land surface temperature, LST)数据。 借助 ArcGIS空间分析模块获取公园内平均地表温度及公园外不同缓
冲区域内(缓冲距离分别为:30、60、90、120、210、420、600、900 m及 1200 m)的平均地表温度。 在计算公园冷
岛指数(PCI)的基础上,构建了 PCI指数与远离公园距离(L)间的定量模型,研究技术路线如图 2 所示。
图 2摇 研究技术路线图
Fig. 2摇 Framework of study technology
2. 2. 2摇 地表温度定量反演
利用 TM / ETM+数据的热红外波段反演地表温度过程主要包括辐射亮温计算和地表温度计算两个步骤。
7537摇 23 期 摇 摇 摇 冯晓刚摇 等:基于遥感的夏季西安城市公园“冷效应冶研究 摇
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从 TM、ETM+影像的第 6 波段计算辐射亮温主要包括辐射定标,即利用定标系数(增益和偏移系数)将 DN 值
转化为相应的辐射强度值,后根据辐射强度值推算相应的亮度温度。 其计算公式参考 Landsat手册:
(1)辐射亮温计算
L姿 =gain伊DN + offset (1)
L姿 =
DN 伊 (Lmax - Lmin)
255
+ Lmin (2)
T6 = K2 / ln(K1 / L姿 + 1) (3)
式中, L姿 为热辐射强度值,T6 为辐射亮温,K1、K2 均为校正系数(K1 取值 TM 为 60. 776 mW·cm
-2·sr-1·滋m-1,
ETM+为 666. 09 mW·cm-2·sr-1·滋m-1;K2 取值 TM 为 1260. 56 K,ETM+为 1282. 71 k)。 gain 为波段增益系数,
offset为偏移系数,两者均可由影像头文件获得。 如果缺少定标参数 gain 和 offset的资料,那么某一波段的 L姿
值可以根据定标常数 Lmax 和 Lmin 计算获取(公式 2)。
(2)地表温度计算
覃志豪等[17]提出了仅适用于一个热红外波段、具有较高精度的地表温度反演方法单窗算法。 本文选择
单窗算法(式 4)作为地表温度提取的研究方法,其核心参数包括:地表比辐射率、大气透射率和大气作用平均
温度 3 个。
TS =
1
C
a 1 - C -( )D + [b(1 - C - D) + C + D] 伊 Tb - D 伊 T{ }a (4)
式中, TS 为地表实际温度; Tb 为卫星高度上遥感器所观测到的亮度温度(K); Ta 是大气平均作用温度(K);C
和 D是中间变量,其计算分别为:C=着子, D=(1-子)[1+(1-着)子]; a和 b是根据热辐射强度和亮温拟合出来的
系数,当温度介于 0—70 益时, a的取值为-67. 355351, b的取值为 0. 458606;着和 子 分别为热红外波段的地
表比辐射率和大气透射率。
地表比辐射率的计算参照覃志豪的方法 着= f着v+ (1-f)着i+d着,式中 着v 为 TM热红外波段范围内植被的比
辐射率取值为 0. 985,着i 为裸露地表的比辐射率取值为 0. 960。 f为植被盖度,d着为地表几何分布和内散射效
应,由于所选研究区域比较平坦,故 d着=0,植被盖度可用下式计算:
F = (NDVI-NDVImin) / (NDVImax-NDVImin) (5)
式中,NDVI为归一化植被指数,NDVImax、NDVImin 分别为研究区域裸土和植被的 NDVI值。
大气平均作用温度主要取决于大气剖面气温分布和大气状态。 但由于卫星飞过研究区上空的时间很短,
因此,一般很难获取实时大气剖面数据和大气状态的直接观测数据。 由于本文所用数据均为夏季获取,故借
鉴覃志豪等[18]人提出的针对中纬度夏季平均大气的大气平均作用温度的估算方法: Ta = 16. 0110 +
0郾 92621T0(T0 为近地面高 2m处的大气温度,单位:K),获取大气平均作用温度参数。 大气透射率是地表温
度遥感反演的又一关键参数,它的影响因素较多,且通常难以获取,因此文中借鉴覃志豪[19]等提出的 TM6 的
大气透射率估算方程,子 = 1. 031412-0. 11536棕(棕为大气水分含量),查找历史气象数据的基础上,进行本文
大气透射率的估算。 最终地表温度反演结果如图 3 所示。
3摇 结果分析
3. 1摇 城市公园地表温度特征分析
根据地表温度反演结果得到兴庆公园、长乐公园、丰庆公园、革命公园、涟湖公园、大唐芙蓉园、城市运动
公园等 7 个公园的地表平均温度分别为 300. 4、301. 8、303. 0、302. 2、301. 6、302. 2、301. 1K;与此相对应的每
个公园周边 1200m处的地表温度分别为 304. 4、304. 3、304. 2、305. 1、304. 2、303. 1、302. 3K,通过成对 t 检验,
发现两者之间达到了极显著的差异(P=0. 006),表明夏季西安城市公园内平均温度较低于周边地区,即存在
显著的“冷效应冶。
为了进一步分析公园地表温度与公园状态参数间的相关关系,将公园斑块与地表温度数据空间叠加,通
8537 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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图 3摇 研究区原始影像图及地表温度反演图
Fig. 3摇 The TM images and the LST of research area
过计算公园景观面积、长宽比和形状指数与对应的平均地表温度数据做 Pearson 相关性分析,得到相关系数
分别为-0. 258、-0. 043、-0. 096,表明公园面积与公园地表温度两者呈现较低程度的负相关关系,公园长宽比
及形状指数与其平均地表温度呈现极低的负相关关系;将植被面积与对应的公园地表温度数据作 Person 相
关性分析,得到相关系数分别为-0. 254,表明植被面积与公园地表温度呈现较低程度的负相关关系;将水体
面积与对应的公园地表温度数据作 Person相关性分析,得到相关系数分别为-0. 233,表明公园水体面积与公
园地表温度亦呈现较低程度的负相关关系。 综上分析,可以得出公园面积是影响公园平均地表温度最主要的
影响因子;植被面积及水体面积两个要素是仅次于公园面积对公园平均地表温度起重要作用的影响因素。 因
此,新建公园或者扩建公园从人居热生态环境的角度出发,除去考虑公园面积大小外,植被面积及水体面积是
其规划与设计中亦应考虑的重要影响因素。
3. 2摇 城市公园冷效应的影响范围和强度分析
为了分析公园冷效应对周边温度的影响范围,首先对 7 个公园按照 30、60、90、120、210、420、600、1200 m
的距离分别进行缓冲区分析,将各缓冲区域与地表温度反演结果相叠置,得到各缓冲区域内的平均地表温度。
以远离公园的距离为横坐标参数,以不同缓冲区域内平均地表温度为纵坐标进行对数曲线拟合,结果如图 4
和所示。
从图 4 可以看出,各公园均表现为随远离公园距离的增加地表温度出现上升趋势这一特点,但当距离达
到一定范围之后,随着距离的增加地表温度的变化呈现出平稳渐变的特点;这一现象说明了城市公园的“冷冶
效应具有一定的影响范围;同时,各公园曲线拐点变化的不同则说明了不同公园的“冷冶效应具有不同的影响
距离。 由图 4 可知,长乐公园、兴庆公园、革命公园和莲湖公园的温度变化曲线表现为相近的特征,即随着距
离的增加(0—200m),温度有一个较大幅度变化的过程,之后呈现为缓慢增加的趋势,整体而言,随着远离公
园距离的增加,温度变化幅度比较大。 究其原因:淤公园历史比较悠久,周边建筑多以古旧老建筑为主,且景
观类型及其景观格局较为单一;于公园周边植被状况良好,主要以高大的乔木和灌木为主,街道较窄,直接裸
露地表较少。 因此,其温度变化特点表现为缓慢增加的趋势;与此同时,丰庆公园、大唐芙蓉园和城市运动公
园的温度变化曲线表现为相近的特征,即随着短距离温度的增加(0—100m),温度在一个较小的幅度内迅速
变化,之后当距离增大时,温度曲线呈现平稳变化的趋势,整体而言,随着远离公园距离的增加,温度变化幅度
比较小。 究其原因:淤上述公园要么历史不长或者属于新建公园,要么是面积较小,多以地表灌草为主,少水
或者无水;于周边地区均属于近年来高强度开发地区,地表覆被较少,街道宽敞,直接裸露面积较大,均表现为
较高的地表反射率,因此,其温度变化特点表现为短距离迅速增加的趋势。
为了进一步分析夏季公园对其周边地区的降温影响,以构建的公园冷岛指数(PCI 指数是指公园平均温
度与周边一定区域内平均温度的差值)为因变量,以公园周边平均温度点远离公园边界线的距离为自变量进
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图 4摇 距公园不同距离地表温度变化特征
Fig. 4摇 The characteristics of LST change of different distance far away from the parks
行对数拟合,结果如表 2。 由表 2 可知:构建的 PCI 指数与距离两者间的相关系数除了西安城市运动公园比
较低为 0. 2683 外,其余的相关系数 R2 值均大于 0. 7,由此表明:这些公园的 PCI 指数与距离呈现为较强的非
线性相关。 进一步分析发现:西安城市运动公园地处北郊新市政府所在地,系 2004 年新建,是 7 个公园中唯
一一个开放式公园,对其进行三次多项式拟合结果为:y = 5伊10-9 x3 -9伊10-6x2 +0. 0039x+0. 7767,R2 = 0. 872。
以长乐公园为例,以构建的 PCI指数为纵坐标、以远离公园的距离为横坐标,构建了 PCI指数与远离公园距离
的变化曲线,结果如图 5 所示:当缓冲区越远离公园时,两者间的温度差表现为增加的趋势,此外丰庆公园、兴
庆公园、城市运动公园皆表现为此特征。 同时,以周边 30m等距区域的平均温度与其相邻区域的温度差为纵
坐标,以等距离 30m为横坐标构建温度差变化曲线(图 6),由图 6 可知:公园对其周边热环境的影响是有一定
范围的,当远离公园的距离增加到一定程度的时候,PCI 指数会逐渐趋近于一个基本稳定的常数。 且当距离
为 30m时,温度差变化最大,原因是地表覆被类型急剧变化的结果;随着距离的增加,温度差曲线呈现小幅度
起伏变化的趋势,分析原因是基于 TM热红外波段的地表温度反演,由于其空间分辨率的原因,反映的不是单
表 2摇 PCI与距离(L)的拟合关系式
Table 2摇 The model between PCI and L of xi忆an 7 parks
公园名称
Park name
对数多项式
Logarithm polynomial R
2
兴庆宫公园 y = 0. 6036ln(x) + 0. 0079 0. 9364
长乐公园 y = 0. 5263ln(x) -1. 0579 0. 9927
丰庆公园 y = 0. 1721ln(x) + 0. 0762 0. 9864
革命公园 y = 0. 5427ln(x) - 0. 5944 0. 5629
莲湖公园 y = 0. 4369ln(x)-0. 1948 0. 8710
大唐芙蓉园 y = 0. 1447ln(x)-0. 3801 0. 7194
西安城市运动公园 y = 0. 0568ln(x) + 0. 7789 0. 2683
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一地表覆被类型的温度数据,而是混合像元的地表覆被温度。 统计其它公园的相关数据会发现均存在上述规
律。 由此可见,公园对其周边热环境的影响是有一定范围的,当远离公园的距离增加到一定程度的时候,PCI
指数会逐渐趋近于一个基本稳定的常数,此处将这一常数定义为 驻Tmax,当 PCI指数由 0 增加到最大 驻Tmax 时,
所对应的距离就是公园对周边环境温度影响的最大距离 Lmax。 为了定量获取 7 个公园对周边环境的最大影
响距离,基于拟合的三次多项式采用求极值的办法,获取得到 驻Tmax 和 Lmax 的值,结果如图 7 和图 8 所示。
图 5摇 距公园不同距离 PCI变化特征
摇 Fig. 5摇 The characteristics of PCI change of different distance far
away from the park
图 6摇 等距离缓冲区温度差变化特征
摇 Fig. 6摇 The characteristics of temperature difference by the equal
buffer distance far away from the park
图 7摇 7 个公园的 驻Tmax 直方图
Fig. 7摇 Histogram of the 7 park忆s temperature difference / 驻Tmax
图 8摇 7 个公园的 驻Lmax 直方图
Fig. 8摇 Histogram of the 7 park忆s the maximum cooling distance /
驻Lmax
由图 7 和图 8 可知,不同公园的平均降温影响范围及平均降温幅度均不相同。 通过极值计算,所选的 7
个公园对周边环境温度影响的最大距离范围为 78. 93—500. 00m之间,最大影响距离相差近 421m;同时,降温
温差最小为长乐公园的 0. 31益,最大为兴庆公园的 2. 21益,最大温差范围相差 1. 90益。 分析可知,造成这种
差异的根本原因在于不同的公园具有不同的特征参数。
3. 3摇 城市公园“冷冶效应的影响分析
为了进一步分析城市公园不同冷效应的影响因素,从公园特征参数(绿地面积、水体面积、公园长宽比、
形状指数等因子)与公园最大降温范围和最大降温温差间的相关关系入手,对获取的公园特征参数与相对应
的降温范围与降温温差基于 SPSS18. 0 进行地学统计分析。
(1)所选公园的最大降温范围与绿地面积的相关系数为 0. 632,与水域面积的相关系数为 0. 543,与公园
长宽比的相关系数为-0. 473,与公园形状指数间的相关关系为 0. 068,由此表明:公园的降温范围与绿地面积
和水域面积呈现较强的正相关关系,即公园绿地面积越大对其周边温度影响越明显,同时,水域面积亦呈现此
特征;而与构建的公园长宽比呈现较弱的负相关关系,与公园形状指数相关关系微弱。 当长宽比接近 1 时
(如兴庆公园、大唐芙蓉园),其温度影响距离越远。
1637摇 23 期 摇 摇 摇 冯晓刚摇 等:基于遥感的夏季西安城市公园“冷效应冶研究 摇
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(2)最大降温 驻Tmax 值与绿地面积的相关系数为 0. 051,与水域面积的相关系数为 0. 151,与公园长宽比
的相关系数为-0. 279,与公园形状指数间的相关关系为-0. 313。 表明公园最大降温幅度与公园绿地面积、水
域面积呈现较低程度的正相关关系,同时水体对降温幅度的影响比植被要明显。 进一步分析发现,对于水体
面积比例较高(逸30% )的兴庆公园、大唐芙蓉园,其平均降温影响范围 Lmax 及 驻Tmax 整体略高于其它公园。
究其原因是由于水体热容较大,在同等太阳辐射条件下,升温较慢,同时水体具有较强的蒸散发能力及空气对
流作用,从而使得其对周边地区的降温比较明显的缘故。
4摇 结论与讨论
本研究以 2006 年 6 月 Landsat TM和 2006 年 5 月 12 日高分辨率 IKONOS 卫星数据为信息源,采用单窗
算法获取地表温度基础上,以公园周边不同缓冲区域地表平均温度与公园区域平均温度之差构建 PCI指数为
因变量,并以远离公园边界的距离为自变量,分析了西安市城区兴庆公园等 7 个主要公园对周边热环境的降
温效应,研究发现:(1)基于热红外遥感研究城市热岛效应的同时,亦可用于具有“冷效应冶的城市公园景观等
对城市热环境响应机制的研究;(2)通过对西安市主要公园降温幅度与距离的影响分析表明:PCI随着距离的
增加而增加,且增长方式呈现非线性特征,研究区所选公园最大降温范围介于 78. 93—500. 00m之间,最大影
响距离相差近 421m;降温温差最小为长乐公园的 0. 31益,最大为兴庆公园的 2. 21益,最大温差范围相差 1.
90益。 (3)不同形态参数(面积、长宽比、形状指数等)的公园对其周边区域的热环境影响不同,公园平均降温
范围与公园绿地面积和水体面积呈现较强的正相关关系;对降温幅度而言,水体比植被的影响更加明显,水体
面积比例较高(逸30% )的兴庆公园、大唐芙蓉园,其平均降温影响范围 Lmax 以及 驻Tmax 整体略高于其它公园。
因此,城市公园建设,不仅要考虑其形状,亦要考虑水体所占公园面积,一般说来,水体面积占公园面积 30%
以上为佳。
本文以西安市城区最主要的 7 个公园对其周边温度的影响为出发点,定量研究了夏季城市公园的“冷冶
效应特征及其影响因素,由于所选的样本数量较少,部分结论尚需进一步统计验证;同时,研究所选区域仅局
限于西安市,因此,研究结果仅适用于与研究区域有类似情景的地区。
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3637摇 23 期 摇 摇 摇 冯晓刚摇 等:基于遥感的夏季西安城市公园“冷效应冶研究 摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 32,No. 23 December,2012(Semimonthly)
CONTENTS
Maternal thermoregulation during gestation affects the phenotype of hatchling Chinese skinks (Eumeces chinensis): testing the
maternal manipulation hypothesis LI Hong, ZHOU Zongshi, WU Yanqing, et al (7255)…………………………………………
Effects of conspecific and interspecific interference competitions on cache site selection of Siberian chipmunks (Tamias sibiricus)
SHEN Zhen,DONG Zhong, CAO Lingli,et al (7264)
…
………………………………………………………………………………
Characterization of ammonia volatilization from polluted river under aeration conditons: a simulation study
LIU Bo, WANG Wenlin, LING Fen, et al (7270)
……………………………
…………………………………………………………………………………
Diurnal activity patterns and environmental factors on behaviors of Bar鄄headed Geese Anser indicus wintering at Caohai Lake of
Guizhou, China YANG Yanfeng,ZHANG Guogang,LU Jun,et al (7280)…………………………………………………………
Impacts of snow cover change on soil water鄄heat processes of swamp and meadow in Permafrost Region, Qinghai鄄Tibetan Plateau
CHANG Juan,WANG Gengxu,GAO Yongheng,et al (7289)
……
………………………………………………………………………
Spatial鄄temporal changes of urban patch wetlands in Changsha, China GONG Yingbi, JING Lei, PENG Lei, et al (7302)…………
Modeling of carbon and water fluxes of Qianyanzhou subtropical coniferous plantation using model鄄data fusion approach
REN Xiaoli, HE Honglin, LIU Min, et al (7313)
……………
…………………………………………………………………………………
Ecological compensation standard for controlling nitrogen non鄄point pollution from farmland: a case study of Yixing City in Jiang
Su Province ZHANG Yin, ZHOU Yuchen, SUN Hua (7327)……………………………………………………………………
Static toxicity evaluation of chemical wastewater by PFU microbial communities method
LI Zhaoxia, ZHANG Yuguo, LIANG Huixing (7336)
………………………………………………
………………………………………………………………………………
Emergy evaluation of an agro鄄circulation system in Beijing suburb: take Jianyan village as a case study
ZHOU Liandi, HU Yanxia, WANG Yazhi, et al (7346)
………………………………
……………………………………………………………………………
Research on the cooling effect of Xi忆an parks in summer based on remote sensing FENG Xiaogang, SHI Hui (7355)………………
The dynamics of spatial and temporal changes to forested land and key factors driving change on Hainan Island
WANG Shudong, OUYANG Zhiyun,ZHANG Cuiping, et al (7364)
………………………
………………………………………………………………
Impact of different sowing dates on green water footprint of maize in western Jilin Province
QIN Lijie, JIN Yinghua, DUAN Peili (7375)
……………………………………………
………………………………………………………………………………………
The dynamic variation of maize (Sea mays L. ) population growth characteristics under cultivars鄄intercropped on the Loess Plateau
WANG Xiaolin, ZHANG Suiqi, WANG Shuqing, et al (7383)
…
……………………………………………………………………
Effect of different planting methods on root鄄shoot characteristics and grain yield of summer maize under high densities
LI Zongxin, CHEN Yuanquan, WANG Qingcheng, et al (7391)
………………
…………………………………………………………………
Heavy metal contaminant in development process of artificial biological Soil Crusts in sand鄄land
XU Jie, AO Yanqing, ZHANG Jingxia,et al (7402)
………………………………………
………………………………………………………………………………
Effects of enhanced UV鄄B radiation and nitrogen on photosynthetic pigments and non鄄enzymatic protection system in leaves of
foxtail millet (Setaria italica (L. ) Beauv. ) FANG Xing, ZHONG Zhangcheng (7411)…………………………………………
Photosynthetic response of different ecotype of Illicium lanceolatum seedlings to drought stress and rewatering
CAO Yonghui, ZHOU Benzhi, CHEN Shuanglin,et al (7421)
………………………
……………………………………………………………………
Seasonal variations in the stems of Larix principis鄄rupprechtii at the treeline of the Luya Mountains
DONG Manyu, JIANG Yuan, WANG Mingchang, et al (7430)
……………………………………
……………………………………………………………………
Influence of terrain on plant biomass estimates by remote sensing: a case study of Guangzhou City, China
SONG Weiwei,GUAN Dongsheng, WANG Gang (7440)
……………………………
……………………………………………………………………………
Effects of exponential fertilization on biomass allocation and root morphology of Catalpa bungei clones
WANG Lipeng, YAN Ziyi, LI Jiyue, et al (7452)
………………………………
…………………………………………………………………………………
Effects of fire damages on Larix gmelinii radial growth at Tahe in Daxing忆an Mountains, China
WANG Xiaochun, LU Yongxian (7463)
………………………………………
……………………………………………………………………………………………
A model for water consumption by mountain jujube pear鄄like XIN Xiaogui,WU Pute, WANG Youke, et al (7473)…………………
Specificity of photosystems function change of two kinds of overwintering broadleaf evergreen plants
ZHONG Chuanfei, ZHANG Yuntao, WU Xiaoying, et al (7483)
…………………………………
…………………………………………………………………
Effects of drought on fluorescence characteristics of photosystem 域 in leaves of Ginkgo biloba
WEI Xiaodong,CHEN Guoxiang,SHI Dawei,et al (7492)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
Numerical classification and ordination of forest communities in habitat of Sichuan Snub鄄nosed Monkey in Hubei Shennongjia
National Nature Reserve LI Guangliang, CONG Jing, LU Hui, et al (7501)……………………………………………………
Impact of inorganic anions on the cadmium effective fraction in soil and its phytoavailability during salinization in alkaline soils
WANG Zuwei, YI Liangpeng, GAO Wenyan, et al (7512)
……
…………………………………………………………………………
Photosynthetic adaptability of the resistance ability to weak light of 2 species Spiraea L.
LIU Huimin,MA Yanli, WANG Baichen,et al (7519)
………………………………………………
………………………………………………………………………………
Fine root longevity and controlling factors in a Phoebe Bournei plantation
ZHENG Jinxing,HUANG Jinxue,WANG Zhenzhen,et al (7532)
………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Analysis on spatial structure and scenarios of carbon dioxide emissions from tourism transportation
XIAO Xiao, ZHANG Jie, LU Junyu, et al (7540)
……………………………………
…………………………………………………………………………………
The hydrological response to human activities in Guishui River Basin, Beijing
LIU Yuming, ZHANG Jing, WU Pengfei, et al (7549)
…………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Socio鄄economic impacts of under鄄film drip irrigation technology and sustainable assessment: a case in the Manas River Basin,
Xinjiang, China FAN Wenbo, WU Pute,MA Fengmei (7559)……………………………………………………………………
Effects of pattern and timing of high temperature exposure on the mortality and fecundity of Aphis gossypii Glover on cotton
GAO Guizhen, L譈 Zhaozhi, XIA Deping, et al (7568)
…………
……………………………………………………………………………
Physiological responses of Eucalyptus trees to infestation of Leptocybe invasa Fisher & La Salle
WU Yaojun, CHANG Mingshan, SHENG Shuang, et al (7576)
………………………………………
……………………………………………………………………
Carbon storage capacity of a Betula alnoides stand and a mixed Betula alnoides 伊 Castanopsis hystrix stand in Southern Subtropical
China: a comparison study HE Youjun, QIN Lin, LI Zhiyong,et al (7586)………………………………………………………
Distribution and ecological risk assessment of 7 heavy metals in urban forest soils in Changsha City
FANG Xi, TANG Zhijuan, TIAN Dalun, et al (7595)
…………………………………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
The relationship between humans and the environment at the urban鄄rural interface:research progress and prospects
HUANG Baorong, ZHANG Huizhi (7607)
…………………
…………………………………………………………………………………………
Flux footprint of carbon dioxide and vapor exchange over the terrestrial ecosystem: a review
ZHANG Hui, SHEN Shuanghe, WEN Xuefa,et al (7622)
…………………………………………
…………………………………………………………………………
4367 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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新方法、新技术介绍;新书评介和学术、科研动态及开放实验室介绍等。
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第 32 卷摇 第 23 期摇 (2012 年 12 月)
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