全 文 ：第 50 卷 第 3 期
2 0 1 4 年 3 月
林 业 科 学
SCIENTIA SILVAE SINICAE
Vol. 50，No. 3
Mar．，2 0 1 4
doi:10．11707 / j．1001-7488．20140309
收稿日期: 2013 － 06 － 14; 修回日期: 2013 － 10 － 16。
基金项目: 科技部“十二五”科技支撑项目(2011BAD38B03)。
* 贾宝全为通讯作者。
厦门本岛城市森林树冠覆盖与热岛效应关系*
高美蓉1，2，3，4 贾宝全1，2，3 王 成1，2，3 孙朝晖1，2，3
(1．中国林业科学研究院林业研究所 北京 100091;
2. 国家林业局林木培育重点实验室 北京 100091;3. 国家林业局城市林业研究中心 北京 100091;
4．浙江省林业科学研究院 杭州 310023)
摘 要: 用 Landsat TM 卫星影像为基础数据反演厦门本岛亮温。通过相对亮温分布及变化来定量描述厦门本
岛的热场空间分布及变化特征，结合 QuickBird 高分辨率卫星影像目视解译所得的厦门岛城市森林树冠覆盖数据，
利用 GIS 的空间统计功能，对城市不同树冠覆盖类型与城市相对亮温、绝对温度的关系进行统计分析，探讨城市森
林树冠覆盖对热岛效应的减缓作用。结果表明: 1) 厦门本岛热岛效应显著，热场类型以中等热岛和强热岛为主，
集中连片分布在本岛中心正北 －西北区域的城市商业中心、居住区、工业区;2) 1993—2009 年间，厦门本岛热场强
度普遍提高，热岛效应不断增强，中等热岛和强热岛从 1993 年的散点状分布发展到 2009 年在厦门本岛北部区域大
规模集结成片分布;3) 地表覆盖类型与城市热岛效应分布区域具有对应的关系。公园树冠覆盖斑块体较大，连续
集中分布，破碎化程度较低，77. 86%的面积集中分布在绿岛区域。道路和居住区树冠覆盖的主要分布区域在弱热
岛和中等热岛区，斑块体较小，破碎化程度高，连续性差，造成区域的植被盖度低，不能明显减缓热岛效应。草地则
在绿岛、弱热岛和中等热岛区有较均匀分布;4) 植被盖度高、斑块体大的城市森林对热岛效应有明显的减缓作用。
关键词: 热岛效应; 城市森林; 树冠覆盖; 相对亮温; 厦门
中图分类号: S731. 2 文献标识码: A 文章编号: 1001 － 7488(2014)03 － 0063 － 06
Relationship between Urban Forest Canopy Cover and
Heat Island Effect in Xiamen Island
Gao Meirong1，2，3，4 Jia Baoquan1，2，3 Wang Cheng1，2，3 Sun Chaohui1，2，3
(1 ． Research Institute of Forestry，Chinese Academy of Forestry Beijing 100091; 2. Key Laboratory of Tree Breeding and Cultivation of State
Forestry Administration Beijing 100091;3. Research Centre of Urban Forestry of State Forestry Administration Beijing 100091;
4 ． Zhejiang Academy of Forestry Hangzhou 310023)
Abstract: Through the relatively Brightness temperature distribution and variation，spatial distribution and change
characteristics of heat island in Xiamen Island were quantitatively descripted based on Landsat TM image，combined with
urban forest canopy cover data，obtained by visual interpretation from QuickBird image， to analysis the relationship
between canopy cover data types and relatively brightness temperature，absolute temperature by GIS spatial statistical
functions． This paper investigated the mitigation functions of urban forest canopy cover on the heat island． The results
showed that heat island effect of Xiamen island was remarkable，and medium heat island and strong heat island were
mainly thermal field types，which clustered together on the city commercial ，residential center and industrial hubs of the
island north-northwest area in Xiamen island． The thermal field strength and heat island effects generally increased from
1993 to 2009 in Xiamen Island． The medium heat island and strong heat island distribution was developed from scattered
point into mass patchy distribution from 1993 to 2009 in the northern area of Xiamen island． Land cover types and urban
heat island distribution showed a corresponding relationship，and the park forest canopy cover with consecutive crown cover
exhibited large patch，with low fragmentation． Approximate 77． 86% of the park area concentrated in the Green Island
area． The forest canopy cover along the main roads and in residential area mainly distributed in the weak heat islands and
the secondary heat island areas，with smaller patches，high degree of fragmentation，lower continuity，leading to lower
林 业 科 学 50 卷
vegetation coverage area，not mitigating the heat island effect very well． Lawn uniformly distributed in Green Island，weak
heat island and secondary heat island district． The results indicate that vegetation cover，a large body of urban forest
patches can significantly slow down the heat island effect．
Key words: heat island effect; urban forest; tree canopy coverage; relatively brightness temperature; Xiamen
随着城市化快速推进，以热岛效应为代表的城
市生态问题严重影响城市人居环境质量，引起了各
国学者的广泛关注。自从 1818 年 Lake Howard 提
出“城市热岛”概念以来，生态、环境、地理、气象等
众多学科的学者针对城市热岛形成、空间分布、演变
机制等问题陆续开展了大量研究工作 (苏伟钟等，
2005; 方圣辉等，2005; 江樟焰等，2006; 贾宝全，
2007; 裴欢等，2008; Zhanng et al．，2011)。也有学
者利用遥感技术对城市热岛空间分布与城市区域下
垫面类型之间关系进行了重点研究 (Voogt，2003;
陈锋等，2008)。缓解热岛效应的研究对于改善城
市生态环境、提高居民生活质量、促进城市可持续发
展具有重要意义，成为目前城市热岛效应研究的
热点。
以树木为主体的城市森林是改善城市生活品
质、解决城市环境问题至关重要的生态资源(Fullerl
et al．，2009; Dallimer et al．，2011)，在维护城市生态
平衡、改善环境、维护生态安全等方面具有其他城市
基础设施不可替代的作用。城市林木是城市森林的
基本构成元素，对城市林木树冠覆盖进行量化研究
能够客观、准确地评价城市森林建设的质量。在城
市森林发展较早的欧美国家，树冠覆盖一直是评价、
监测、规划城市森林的重要指标。在我国城市化进
程加快、生态问题频出的今天，测度城市林木树冠覆
盖率对于热岛效应、大气污染、物种多样性等各种环
境问题多发的城市具有重要的理论和实践意义。
厦门市是我国最早实行对外开放的 4 个经济特
区之一，也是我国城市化发展最快的地区之一，在城
市快速扩张的过程中，产生的生态环境问题在我国
的城市中也极具典型性和代表性。厦门本岛是厦门
市的核心区域，城市化程度高，人口聚集，城市化进
程加速带来的城市热岛效应尤其显著。本文以厦门
本岛为研究对象，分析城市热岛分布和变化特征，及
不同城市树冠覆盖类型与城市相对亮温、绝对温度
的关系，为城市森林在更精确的尺度上进行景观格
局优化研究提供科学依据。
1 研究区概况与研究方法
1. 1 研究区概况
厦门市地处 118°0404″ E，24°2646″ N，属亚热
带海洋性季风气候。年平均气温 21 ℃左右，年平均
降雨量在 1 200 mm 左右，5—8 月雨量最多。地带
性植被属南亚热带季风常绿阔叶林。研究范围为厦
门市主城区———厦门本岛，包括厦门市思明区、湖里
区和鼓浪屿，面积约 128. 47 km2。主要的地形地貌
为山地和平原。
1. 2 研究方法
1. 2. 1 亮温反演 6—8 月是厦门市气温最高的 3
个月，这 3 个月的高温导致的城市热岛效应对市民
生活影响尤其严重。根据这几个月的卫星影像开展
热岛效应研究工作，卫星影像反映更清晰，可以提出
更有针对性的热岛效应缓解措施。
本研究选择轨道号为 119 /43 的 1993 年 6 月 26
日和 2009 年 6 月 6 日的 Landsat TM 卫星影像作为
信息源，首先对影像进行空间校正和大气校正，之后
在 ARCGIS 的空间分析模块中利用其第 6 波段数据
反演得到热场分布图 (岳文泽等，2006; 李彪等，
2008)。根据公式(1)将地面亮温转变成相对亮温，
便于对研究区域的热岛效应从时间和空间上进行对
比分析。
TR = (Ti － T a) /(T a) (1)
式中:TR 为相对亮温，Ti为区域第 i 点的相对亮温，
T a为研究区域的平均亮温。
基于相对亮温与陆地表面温度之间的关系将热
场强度划分为 5 个等级标准: TR≤0，绿岛; 0 ＜
TR≤0. 1，弱热岛; 0. 1 ＜ TR≤0. 2，中热岛; 0. 2 ＜
TR≤0. 4，强热岛; TR≥0. 4，极强热岛(贾海峰等，
2006)。
1. 2. 2 树冠覆盖数据提取 以 2009 年 7 月获取的
QuickBird 影像为树冠覆盖提取数据源，选择的影像
成像时间是植被生长较好的季节。分析前遥感影像
经过精校正和配准。在 Arcgis 支持下，根据解译标
志人工提取树冠覆盖斑块，形成厦门市中心区树冠
覆盖矢量图，进而对相应的景观类型赋予属性值，生
成各景观类型的空间数据库及属性数据库。
我国城市森林研究时间较短，还没有形成统一
的分类系统(刘滨谊等，2006)。本研究根据城市林
木树冠覆盖率概念内涵，参照美国部分城市森林树
冠覆盖分类方法，将研究区土地覆盖分为城市森林
树冠覆盖、草地、无植被覆盖等 3 大类型组，再结合
46
第 3 期 高美蓉等: 厦门本岛城市森林树冠覆盖与热岛效应关系
树冠覆盖所在场所的用地属性，从功能管理角度将
其进一步划分为公园树冠覆盖、道路树冠覆盖、居住
区树冠覆盖、草地、无植被覆盖等 5 个类型，以便与
现状城市中常用绿化指标进行比较。
本研究的 QuickBird 卫星影像信息源分辨率为
0. 61 m，判读时很难区分乔木树冠与灌木树冠，为了
减少研究误差，本研究的树冠覆盖包含乔木树冠与
灌木树冠。
2 结果与分析
2. 1 热场空间分布特征
从 2009 年相对亮温分布图(图 1)和表 1 可知，
厦门本岛分布有大面积的热岛，热岛效应显著，在研
究区 12 847 hm2 范围内，具有明显热岛效应的区域
表 1 厦门本岛相对亮温等级面积变化
Tab． 1 Change of area with different grade in relatively brightness temperature in Xiamen Island
亮温等级
Relatively brightness
temperature grade
1993 2009 变化 Change(1993—2009)
面积
Area / hm2
比例
Ratio(% )
面积
Area / hm2
比例
Ratio(% )
面积
Area / hm2
比例
Ratio(% )
绿岛 Green island 2 462. 78 19. 17 3 738. 95 29. 10 1 276. 17 51. 82
弱热岛 Weak heat island 7 793. 62 60. 66 4 545. 76 35. 38 － 3 247. 86 － 41. 67
中等热岛 Middle heat island 2 510. 32 19. 54 3 862. 29 30. 07 1 351. 97 53. 86
强热岛 Strong heat island 80. 89 0. 63 698. 73 5. 44 617. 84 763. 80
极强热岛 Powerful heat island 0. 00 1. 88 0. 01 1. 88 100
总面积(包括中等热岛、强热岛、极强热岛)占研究
区面积的 35. 52%。热岛分布有较强的地域性，主
要集中连片分布在本岛中心正北 － 西北的城市商
业、居住中心区域，表现出越靠近商业中心，热岛效
应越严重的特征。厦门本岛主要热场类型以中等热
岛和强热岛为主，弱热岛和绿岛集中分布在岛内南
部 －东北区域。城市北部的工业区中分布有少量的
极强热岛，虽然面积只有 1. 88 hm2，但因其强度高，
危害较大。
2. 2 热场时间变化特征
1993—2009 年间，厦门本岛热场强度普遍提
高。热岛效应明显区域的面积从占研究区总面积的
20. 17%增加到了 35. 52%，增加了 1 971. 69 hm2。
其中强热岛面积的增幅达到 763. 80% (表 1)，中等
热岛的增幅也达到 53. 86%。中等热岛和强热岛从
1993 年的散点状分布发展到 2009 年在厦门本岛北
部区域大规模集结成片分布。从 1993—2009 年厦
门本岛还增加了极强热岛，虽然面积不大，但说明厦
门本岛热岛效应在不断增强，其潜在发展趋势应该
引起重视。
厦门本岛相对亮温中绿岛的分布有 2 个区域非
常稳定: 一是狐尾山 － 仙岳山和筼筜湖一带，二是
本岛南部的万石植物园区域，这 2 个区域山体植被
状况好，具有较强的降温效果。中等热岛在中华街
道办 －梧村街道办一线，其他区域都有很明显的热
岛变化。从 1993 和 2009 年的比较来看，厦门本岛
山地区域的绿岛扩展迅速。这是因为 1993 年时山
地区域有大面积的裸露山体，植被状况很差，自
1997 年厦门开始进行裸露山体整治以来，山地植被
有了很大程度的恢复。虽然厦门本岛绿岛面积增加
的不少，达到了 1 276. 17 hm2，但强热岛和极强热岛
的增加在一定程度上抵消了绿岛增加所带来的降温
效应。
根据逆向转移概率矩阵分析厦门本岛 2009 年
热力景观斑块来源情况来看，中等热岛和强热岛
景观斑块主要来源于弱热岛，分别占转入来源的
63. 21%和 59. 66%，极强热岛来源于弱热岛的面
积也高达 60. 77%，另有 34. 03% 来源于绿岛。从
弱热岛、绿岛发展到强热岛和极强热岛，说明如果
不加以有效的控制管理，热岛会发生跳跃式的
变化。
2. 3 热场与地表覆盖的关系
将 2009 年厦门本岛城市相对亮温图与地表覆
盖类型图对比分析(图 2)可知，厦门本岛地表覆盖
类型与城市相对亮温分布区域呈现显著的相关性。
岛内南部的园林植物园、万石植物园和西部的狐尾
山、仙岳山一带地表覆盖类型以公园树冠覆盖为主，
相对亮温图上的相应区域显示为绿岛集中分布，反
映出集中分布的公园树冠覆盖具有较强的减缓热岛
效应作用。
为了分析树冠覆盖与相对亮温和绝对温度的空
间相关性，利用 Arcgis 的空间统计功能，统计出表
2，3。由表 2 可知，公园树冠覆盖 77. 86%的面积分
布在岛上相对亮温中的绿岛区域，19. 04% 的面积
分布在弱热岛区，仅占公园树冠覆盖面积 3. 10%的
小型公园树冠覆盖分散分布在中等热岛和强热岛区
56
林 业 科 学 50 卷
域。道路和居住区树冠覆盖主要分布在弱热岛和中
等热岛区，绿岛区中仅与 17. 05%，17. 14% 的道路
和居住区树冠覆盖呈散点状分布。草地则在绿岛、
弱热岛和中等热岛区有较均匀分布。
表 2 相对亮温与地表覆盖统计
Tab． 2 Relatively brightness temperature and land cover in Xiamen Island
地表覆盖类型
Land cover type
绿岛
Green island
弱热岛
Weak heat island
中等热岛
Middle heat island
强热岛
Strong heat island
极强热岛
Powerful heat island
面积
Area / hm2
比例
Ratio(% )
面积
Area / hm2
比例
Ratio(% )
面积
Area / hm2
比例
Ratio(% )
面积
Area / hm2
比例
Ratio(% )
面积
Area / hm2
比例
Ratio(% )
无植被覆盖
Non-cover
1 131. 51 12. 31 4 074. 49 44. 32 3 357. 6 36. 52 627. 58 6. 83 1. 96 0. 02
草地 Grass land 112. 44 38. 75 59. 02 20. 34 87. 01 29. 98 31. 72 10. 93 0. 00 0. 00
道路树冠
Roadside trees
99. 42 17. 05 291. 13 49. 93 167. 55 28. 74 24. 83 4. 26 0. 09 0. 02
居住区树冠
Residential forest
115. 5 17. 14 363. 76 53. 99 180. 82 26. 84 13. 69 2. 03 0. 00 0. 00
公园树冠
Park forest
1 640. 36 77. 86 401. 18 19. 04 61. 83 2. 93 3. 57 0. 17 0. 00 0. 00
图 1 2009 年厦门本岛城市相对亮温分布
Fig． 1 Distribution of relatively brightness temperature in
Xiamen Island in 2009
根据李延明等(2004)对北京市绿化与热岛效
应研究，只有斑块体面积大于 3 hm2 的集中绿地才
能够在城市中形成以绿地为中心的低温谷地，发挥
较好的减缓城市热岛效应功能。厦门本岛公园树冠
覆盖连续集中分布，破碎化程度较低，斑块体较大，
单个 面 积 3 hm2 以 上 的 斑 块 体 总 面 积 达 到
1 978. 8 hm2，平均斑块体面积为 23. 41 hm2，能够形
成降温效果较好的、以公园绿地为中心的绿岛。而
道路、居住区树冠覆盖和草地的斑块体都比较小，而
且破碎性比较高，连续性较差，单个面积 3 hm2 以上
的斑块体仅有 5 个，单个面积 1 hm2 以上的斑块体
总面积分别为 67. 82，63. 93 hm2，平均面积不足
2 hm2，不能够形成降温效果较好的低温谷地。也说
明了 3 hm2 以上的集中绿地才能够有效减缓热岛效
应。极强热岛只出现在道路树冠覆盖和无植被覆盖
中，进一步说明厦门本岛道路树冠覆盖的破碎化程
度高，斑块体小，造成区域的植被盖度低，不能明显
减缓热岛效应。
图 2 2009 年厦门本岛城市地表覆盖类型
Fig． 2 Type of land cover in Xiamen Island in 2009
图 3 卫星影像的水体与相对亮温的绿岛区域空间对应
Fig． 3 Water on image space corresponding to
Green Island of relatively brightness temperature
66
第 3 期 高美蓉等: 厦门本岛城市森林树冠覆盖与热岛效应关系
对照表 3 可见，公园树冠覆盖对应区域的最高
温度和平均温度是 5 种地表覆盖中最低的。道路
树冠覆盖、居住区树冠覆盖和草地的最高温度及
平均温度都显著高于公园树冠覆盖区域。但草地
的最高温度和平均温度较道路树冠覆盖、居住区
树冠覆盖低，这与厦门岛降雨量较大、草地有较高
的植被盖度，而道路和居住区树冠覆盖连续面积
小、树冠覆盖度不高有关。说明植被覆盖率高、斑
块体大的城市森林才能对热岛效应产生明显的削
弱作用。
表 3 绝对温度与地表覆盖统计
Tab． 3 Temperature and land cover in Xiamen Island
类型
Type
最低温度
Min /℃
最高温度
Max /℃
幅度
Range(% )
平均温度
Mean /℃
植被覆盖
Non-cover
22. 94 39. 92 16. 99 30. 44
草地
Grass land
24. 69 37. 17 12. 47 29. 74
道路树冠
Roadside trees
23. 82 39. 53 15. 71 29. 98
居住区树冠
Residential forest
23. 82 38. 75 14. 93 29. 81
公园树冠
Park forest
23. 38 36. 77 13. 39 27. 21
3 结论与讨论
1) 表 3 显示，无植被覆盖中有 12. 31%的面积
在绿岛区域分布，通过相对亮温与卫星影像对比，发
现这是由于城市中有大量水体存在，使得厦门岛的
无植被覆盖与相对亮温的空间关系不同于其他城
市。厦门岛城市相对亮温图中的无植被覆盖绿岛区
域与卫星影像上大面积的湖泊水体地理空间位置相
对应(图 3)，城市中的水体起到了较强的减缓城市
热岛效应的作用。由于本研究主要考虑植被缓解热
岛效应的功能，对于厦门岛水体的调节温度作用还
需要进一步的定量研究。
2) 厦门本岛地表覆盖类型与城市热岛效应分
布区域具有对应的关系。公园树冠覆盖因斑块体
大、集中连片分布，公园内植被盖度高，形成了较好
的以公园绿地为中心的低温谷底，道路、居住区树冠
覆盖及草地因斑块体小而破碎，造成区域植被盖度
低，其在降温作用显著的绿岛区域较少分布。尽管
所有的植物都具有降温增湿、减缓热岛效应的生态
功能，但规模小、破碎化程度高、植被盖度低的绿地
缓解城市热岛效应的作用有限。只有绿化斑块体达
到 3 hm2 以上的规模才能形成降温效果较好的低温
区域，这在今后的城市森林建设应该引起足够的
重视。
3) 不同地表覆盖的下垫面对地表与大气间的
能量交换产生不同影响(Turner et al．，1993; Reid et
al．，2000)。城市中通过各种途径增加的绿地，可以
改善城市下垫面的特性及构成，绿地中的植物能够
从环境中大量吸收热量，降低周围环境的温度。加
强绿化、合理增加绿地面积，改善城市下垫面的热属
性是缓解城市热岛效应的有效措施。
4) 缓解城市热岛效应的主要措施包括减少人
为热排放、增加城市绿地和水体等 ( Xiao et al．，
2005; Rizwan et al．，2008; Heidt et al．，2008)。城市
绿化能为市民提供生态和休闲功能，美化城市，加大
城市绿化力度，充分发挥城市绿地的降温作用是缓
解城市热岛效应的最佳途径。
5) 厦门市城市生态用地较为紧张，在当前热岛
效应严重影响人民生产生活质量的情况下，应结合
旧城改造，在城市中心和北部区域适当规划建设较
大面积的城市森林斑块，在热岛效应显著的老城区
建造具一定规模的集中绿地，提高绿地分布的均匀
度，控制热岛区域的集中连片分布，同时，努力提高
城市森林植被盖度及质量，较好地发挥城市森林减
缓热岛效应的功能，为市民提供舒适的户外活动
环境。
参 考 文 献
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(责任编辑 郭广荣)
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