中美典型城市群发展模式与区域热环境时空演变特征对比研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 申志成 |
| 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 | 徐新良 |
| 关键词 | 城市群 发展模式 区域热环境 中美对比 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 城市群是城镇化地区最密集、城镇化程度最高的区域，对实现人类社会的可持续发展具有重要意义。随着城市群成为全球城镇化的重要形态，其发展模式及其引发的生态环境问题近些年备受关注。城市群的区域热环境问题是城市群快速城镇化带来的最显著的生态环境问题之一。基于遥感的城市群城镇化与热环境研究是城市群可持续发展研究的重要内容。然而当前对于世界级城市群社会经济发展模式、城镇空间扩张模式、区域热环境等问题的研究仍不够深入，综合对比不同国家城市群的研究案例仍不够丰富。基于此，本文立足比较研究的视角，选取了中国和美国6个世界级的典型城市群（京津冀城市群、长三角城市群、粤港澳大湾区、波士华城市群、加州城市群和五大湖城市群），基于长时间序列的多源遥感数据和统计数据，从多个空间尺度、多个时间尺度，系统的对比分析了2000-2020年这些城市群的发展模式和区域热环境的时空演变特征。首先，本研究从社会经济发展模式和城镇空间扩张模式两方面系统的对比分析了中美典型城市群的发展模式。然后，围绕区域热环境的两个核心参数——地表温度和热岛强度，从多个时间尺度和多个空间尺度，系统的对比分析了中美典型城市群的地表温度（LST, Land Surface Temperature）和热岛强度的空间格局及其时间变化。最后，结合城市群的多种自然地理环境遥感数据及多种社会经济发展指标，系统的分析了土地开发模式、自然环境因素和社会经济因素等对中美典型城市群区域热环境的影响。本论文主要开展了以下研究： （1）基于2000-2019年的社会经济统计数据，以及2000、2010和2020年三期土地覆被数据，通过采用建设用地扩张强度指数、土地开发强度指数（LDI，Land Development Intensity）、建设用地空间扩张类型识别方法、景观格局指数等指标和方法，系统的对比分析了中美典型城市群的发展模式。研究表明，2000-2020年中美典型城市群发展模式存在明显的差异。美国典型城市群人口和GDP的空间结构表现出明显的极化特征，即人口和GDP在少数几个、空间上分散的城市高度集聚，而中国典型城市群人口总量和GDP在空间分布上更为均匀，多层级结构明显。2000-2020年，中国典型城市群建设用地高速扩张，以边缘型的建设用地扩张为主，但是填充型的扩张用地占比逐渐上升。而美国典型城市群2000-2020年建设用地扩张强度较低，以填充型的建设用地扩张为主。在建设用地的空间形态和空间分布上，中国典型城市群的建设用地呈现出多中心聚集成团的空间结构，建设用地在郊区和乡村蔓延严重，而美国典型城市群的建设用地则呈多中心分散和带状分布的空间结构，建设用地空间分布更为紧凑。 （2）充分利用 GEE（Google Earth Engine）遥感云计算平台的优势，基于2000-2020年的MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) LST数据，从年度、夏季、冬季、昼夜等多个时间尺度，对比了中美典型城市群的热力景观和LST变化趋势的空间格局，然后基于土地覆被数据提取了中美典型城市群的主要城镇区域，并从斑块（像元）、城镇、城市等多个空间尺度计算和分析了中美典型城市群的热岛强度特征。研究发现，中美典型城市群面临的热环境问题存在明显的差异。中国典型城市群面临的最严峻的热环境问题主要是区域高温区或次高温区连片发展，且LST显著上升的区域大面积连片发展，这可能会给中国典型城市群带来较高的生态风险，同时也给城市群区域热环境的缓解带来较大的难度。而美国典型城市群面临的主要区域热环境问题是其较强的城市热岛效应，特别是从城市区划尺度上来看，美国城市群人口和经济的空间格局极化现象明显，少数几个核心城市聚集了大量的人口和产业，同时这些城市通常具有较强的热岛效应，这可能给美国典型城市群城市居民的身体健康以及经济发展带来较大的风险。 （3）基于土地覆被、NDVI（Normalized Difference Vegetation Index）、Albedo、降雨、风速等遥感数据产品以及社会经济统计数据，利用双变量莫兰指数、多元线性回归、地理加权回归等多种影响因素分析方法，系统的分析了LDI和建设用地的形态特征对中美典型城市群LST的影响，自然环境因素的城郊差异（ΔNDVI、ΔLDI、ΔAlbedo、Δ降雨、Δ风速）以及社会经济因素（建设用地经济效率、建设用地人口承载强度、GDP、总人口、建设用地面积）对中美典型城市群热岛强度的影响。研究表明，2000-2020年，中美典型城市群的LDI对LST有着显著的影响，且这种影响在中国典型城市群中表现出明显的上升趋势。LDI达到一定程度（50%）时，建设用地的形态特征对LST的影响最大。因此，对于中美典型城市群，降低LDI的同时，对中高LDI土地斑块的建设用地形态进行合理设计，仍是降低LST的有效手段。ΔNDVI和ΔLDI在所有时间尺度上长期对中美典型城市群城市热岛强度保持着显著影响，其中ΔNDVI对热岛强度的影响更强。ΔAlbeodo、Δ降雨、Δ风速在某些时间段对某些典型城市群的热岛强度也有着显著影响，但影响相对较小。五个自然环境因素对中国典型城市群热岛强度的综合解释效果要高于这些因素对美国典型城市群热岛强度的综合解释效果。从全年尺度上看，中美典型城市群均有一个或多个社会经济指标对白天热岛强度有显著影响，且这种影响通常是正向的。在五个社会经济因子中，京津冀城市群和长三角城市群的建设用地经济效率或建设用地人口承载强度对热岛强度通常具有较强的影响，而粤港澳大湾区和美国典型城市群的GDP、总人口或建设用地面积通常对热岛强度有较强的影响。 |
| 学科主题 | 地图学与地理信息系统 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 168 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/186914]  |
| 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 | 申志成. 中美典型城市群发展模式与区域热环境时空演变特征对比研究[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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