北京城市扩张的生态水文效应
文献类型：学位论文
| 作者 | 苏晨芳 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 田静 |
| 关键词 | 地表温度 空间自回归 随机森林 人为热排放 蒸散发 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 当前在全球快速城市化背景下，由于城市建设用地急速扩张，不透水地表取代了大量的自然地表，进而导致下垫面的物理性质与地表的能量平衡发生重大改变。作为中国城市化的典型代表，北京市的城市热岛效应不断加剧，城市化带来的水资源问题日益突出。本文首先基于遥感反演与空间计量模型分析了2000-2020 年北京市热岛效应加剧的关键驱动因子。其次，基于地表能量平衡， 使用偏差校正的随机森林模型估算了北京市的人为热排放及其对城市热环境的影响。最后，基于改进的蒸散发模型估算了城市蒸散发的时空变化，以评估植被的生态耗水与降温作用。主要结论如下： （1）研究区的城市热岛效应具有明显的空间分异。草地、林地、水体等自 然或人工景观对城市地表温度呈现出负向作用，建筑物、不透水地面与道路对 城市地表温度呈现出正向作用。2000-2009 年间，热岛区由东城区与西城区向外 环形扩张； 2009-2020 年间趋于稳定分布状态，主城区的强热岛效应得到缓解，卫星城的热岛效应加剧。 （2）地表温度在微观尺度呈现出显著的空间相关性特征，基于空间自回归 的空间误差模型能够更好拟合地表温度(LST)与自然和社会经济因素的变化机制。 植被的冷却效果优于水体，NDVI 每增加 10%，LST 降低 0.49-0.53℃；不透水 覆盖度每增加 10%，地表温度增加 0.45-0.68℃。2000-2005 年，植被的降温作 用占主导地位；2009-2020 年，不透水地表的增温效应明显高于其他因子，是热 岛效应加剧的主导因子。 （3）基于城市地表辐射能量平衡，利用偏差校正的随机森林模型能够较好 模拟研究区的人为热排放量(AHF)，可精细表现城市内部的空间分异特征。 2000-2020 年，AHF 均值分别为 7.58、13.25、19.47、18.93、20.74 W/m2，呈先 急剧后稳定的增长趋势，其中五-六环的 AHF 排放量显著增加。 （4）人为热排放导致的地表増温（ALST）的空间分布具有显著的城郊差 异。2000-2020 年间，ALST 呈现平铺式扩张趋势，特别是顺义、通州与昌平区的人为热排放带来的增温效果最为剧烈。ALST 与夜间灯光数据的拟合系数逐 渐升高，说明城市化进程中人类活动对地表温度的增温效应愈发强烈。 （5）研究区的蒸散发量（ET）呈现由主城区向周围逐渐降低的空间分布， 建设用地的 ET 均值为 3.5mm/d，林地、草地与农田的 ET 较高，可达 9mm/d。2000-2020 年间，研究区的平均 ET 呈现缓慢的下降趋势，其中昌平区与通州区 是主要的 ET 减少区域，建设用地取代了林地、农田，大量自然地表是导致区 域蒸散量减少的主要原因。 （6）地表温度与 LAI 直接存在显著的非线性关系，当 LAI 达到 3 以上， 植被的降温效果呈现饱和趋势，LAI 每增加 1，仅降温 0.2℃。植被蒸腾作用对 地表温度具有显著的抑制作用，但调控幅度由 2000 年的 14℃降至 2020 年的8℃，城市化进程中植被的冷却效应难以抵消热岛效应。同时植被蒸腾也增加城 市的生态耗水，本研究发现随着 LAI 的增加，ET/LAI 比值即相对生态耗水效率 逐渐降低，不同植被类型中林地比草地具有更低的相对生态耗水效率，在城市公园种植树木将产生更高生态效益。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 85 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184609]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 苏晨芳. 北京城市扩张的生态水文效应[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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