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在太空給我國城市群測“體溫”

  在全球氣候變暖的背景下,城市熱島問題成為不可忽略的“城市病”之一。中國科學院空天信息創新研究院遙感衛星應用國家工程實驗室孟慶巖研究員團隊近日在熱紅外遙感研究方面取得進展。熱紅外遙感是利用星載或機載傳感器收集、記錄地物的熱紅外信息,可為城市地表溫度監測提供快速有效的技術支撐。相關研究成果在線發表在《生態指標》雜志上。

  那么,我國各主要城市群“體溫”如何?經歷了怎樣的變化?變化的原因又是什么?北京日報約請研究團隊成員為讀者作解讀。

  熱紅外遙感的原理是:所有的物質,只要其溫度超過絕對零度,就會不斷發射紅外能量。它不僅與物質的表面狀態有關,而且是物質內部組成和溫度的函數。熱紅外遙感就是利用星載或機載傳感器收集、記錄地物的這種熱紅外信息,并利用這種熱紅外信息來識別地物和反演地表參數如溫度、濕度等。

  為有效監測中國城市群地表溫度時空變化,研究團隊利用遙感數據研究分析了2000年至2015年中國城市群地表溫度的時空演變特征,發現了一些城市熱環境的變化規律。

  知其然還要知其所以然。城市熱環境是一個復合系統,要想找到城市高溫的“病因”,就要從自然環境、社會經濟等多要素入手,探究地表溫度的影響機制。我們的研究從城市綠度、灰度、濕度、社會經濟四個方面選取影響因子,共選取10個地表溫度影響因子,綜合覆蓋自然與社會經濟因素。

  1

  京津冀城市群

  “體溫”變化特征

  2000年至2005年 大力發展港口或使沿海地區溫度上升

  地表溫度上升變化明顯的區域主要集中在西南部和東部,如邯鄲市南部、石家莊西部以及唐山市南部。尤其是唐山南部、廊坊東部以及滄州東北部的沿海地區,地表溫度上升明顯,這可能和大力發展港口有關。

  2005年至2010年 奧運會前工礦企業南遷使北京降溫

  地表溫度發生顯著變化。北京及周邊的一些城市地表溫度不增反降,而衡水、邢臺及石家莊等京津冀南部城市的地表溫度則明顯上升,這可能和2008年北京奧運會之前工礦企業南遷有關。

  2010年至2015年 地表溫度變化呈現北升南降

  地表溫度呈北升南降的變化特征,其中衡水增幅最高,北京、廊坊等地也開始由降轉升。而南部城市,如邯鄲、邢臺的地表溫度則開始下降。2000年石家莊市中心的地表溫度很高,然后到2015年逐漸降低。邢臺和邯鄲也尤為明顯,2000年至2015年高溫范圍逐漸縮小。

  影響因子分析

  綠地可使地表溫度顯著降低

  保定市、邢臺市和石家莊市地表溫度受綠度因子影響較大,結合地表溫度的分布結果顯示,植被區的地表溫度顯著降低,所以綠地是一種可接受的緩解策略,但城市不同區域的側重點不同。

  社會經濟因子在北京市和石家莊市貢獻率較高,這可能和北京、石家莊等城市以先進制造業和現代服務業為支柱產業,土地集約利用水平和城市用地經濟效率較高有關。

  天津市濕度因子的影響排序第一,這可能與天津市水系發達有關。

  隨著時間的推移,綠度因子自2000年至2015年經歷了先上升后下降最后再上升的過程。后期的上升與秦皇島、承德和張家口等帶有高植被覆蓋率的生態旅游城市的貢獻緊密相關。

  對于道路、鐵路因子的影響,總體上呈現上升的趨勢。交通網絡的發展可以導致新的土地密集型區域的形成,從而造成地表溫度的升高。

  2

  長三角城市群

  “體溫”變化特征

  2000年至2005年 地表溫度隨城市化的擴張而增加

  地表溫度上升變化明顯的區域主要集中在上海市及其周邊,呈現以上海市為中心向外擴展的趨勢,如南通市南部、蘇州市東南部及嘉興市北部周邊。而長三角城市群南部、西北部出現了較大程度降溫趨勢,如臺州市西南部、滁州市中部及北部地區。這說明長三角城市群在城市化發展進程中,上海市及其周圍城市發展較快,地表溫度隨城市化的擴張而增加。

  值得一提的是長江北段一帶地表溫度明顯增高,這可能與2001年在南京市建立高科技園區,使化工企業的遷移數量和規模不斷增加有關。

  2005年至2010年 上海市地表溫度不增反降

  地表溫度變化的空間分布特征發生顯著變化。上海市地表溫度不增反降,上海市周邊的蘇州市和嘉興市也出現了一定程度的降溫趨勢。而除這三個城市以外的其余長三角城市則均呈現一定的升溫區域。

  2010年至2015年 地表溫度變化轉為南降北升

  地表溫度變化分布特征轉為了南降北升的特征。其中,以江蘇北部的鹽城、滁州升溫幅度最高,而浙江南部的金華、臺州則具有最高的降溫幅度,這可能是由化工污染企業關閉和搬遷所致,而鹽城、滁州、上海等升溫幅度較高,應特別注意采取更有效的措施,緩解這些城市第二或第三產業比重相對較高所導致的城市局部熱環境。

  影響因子分析

  水體是影響地表溫度的關鍵

  綠度因子在嘉興市、馬鞍山市和鎮江市的貢獻率均較高,表明地表溫度受綠化等的影響較大,而在安慶市、池州市和揚州市影響較小。

  濕度因子在上海市、寧波市、紹興市和蘇州市貢獻率均較高,相關研究也表明,水體是影響地表溫度的關鍵因子,在上海,水體可以使地表溫度降低3.32℃。

  在沿海城市,如南通市和鹽城市,社會經濟因子的貢獻率相對較高,說明沿海城市地表溫度受社會經濟影響較大。

  3

  粵港澳城市群

  “體溫”變化特征

  2000年至2005年地表溫度變暖主要發生在北部地區

  地表溫度變暖趨勢主要發生在北部高緯度地區,尤其是東部的汕尾、河源市。而冷卻趨勢主要發生在亞熱帶闊葉林所在地區,例如西部的陽江和中南部的東莞,地表溫度出現一定程度的下降。

  2005年至2010年 地表溫度變化趨勢為南升北降

  地表溫度上升趨勢開始放緩,上升區域主要集中在西南部地區,例如陽江市、江門市。而西北部的部分地區包括清遠、肇慶等則出現明顯的地表溫度下降。

  2010年至2015年 森林砍伐減少使變暖趨勢放緩

  整體上的地表溫度變化開始由升高轉為降低,西南部的大部分城市地表溫度以下降為主,而西北部部分城市,例如清遠市、廣州市,地表溫度則開始以上升趨勢為主。在最近的十年里,森林砍伐減少了,這有助于減少氣溶膠排放和減緩變暖趨勢。

  影響因子分析

  城市森林覆蓋率下降影響大

  由于對空間的需求,佛山、廣州和珠海等城市見證了森林面積向城市用地的巨大轉變,反映在地表溫度的影響上也存在明顯差異。

  在珠中江經濟圈的中山市和珠海市,社會經濟因子的貢獻率均較高,而綠度因子的貢獻率較低,這可能和城市森林覆蓋率下降有關。剩余的森林碎片主要集中在沿海丘陵地區。

  深莞惠經濟圈中的東莞市和深圳市表現出較為一致的分布規律,濕度因子的貢獻率較高,而社會經濟因子較低。

  對于廣佛肇經濟圈中的佛山市和廣州市,各因子的貢獻率較為一致。

  4

  成渝城市群

  “體溫”變化特征

  2000年至2005年 重慶市東南部出現較大程度升溫趨勢

  地表溫度變化主要呈“中心升兩邊降”。而成渝城市群的西部、東南部出現了較大程度的升溫趨勢,如重慶市東南部、雅安市西部地區。

  2005年至2010年 北部一些城市呈現一定降溫趨勢

  中南部城市地表溫度出現增溫趨勢,尤其是瀘州市、宜賓市等城市。而北部一些城市如德陽市、達州市則呈現一定降溫趨勢。

  2010年至2015年 重慶西部降溫幅度大

  地表溫度呈“南降北升”的分布特征。其中,以四川北部的綿陽、南充升溫幅度最高,而四川南部的瀘州和重慶西部降溫幅度最大。

  影響因子分析

  都市圈社會經濟因子貢獻率高

  綠度因子在內江市、瀘州市和南充市的貢獻率均較高,對地表溫度的影響較大,而在德陽市、綿陽市以及重慶市影響較小。

  在成都都市圈的成都市、德陽市和綿陽市,社會經濟因子的貢獻率均較高,綠度因子的貢獻率較低。 (王子安 孟慶巖)
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