基于遥感和观测数据的城乡梯度热环境及其对人居环境舒适度影响研究——以北京为例
文献类型：学位论文
| 作者 | 杨仕琪 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 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 | 匡文慧 |
| 关键词 | 近地表空气温度 辐射能量平衡 热环境 外来空气 城市热岛效应 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 地图学与地理信息系统 |
| 英文摘要 | 城市热环境是影响城市发展和居民健康福祉的重要因素。城市化通过将自然地表转化为不透水面而发生剧烈不可逆的土地变化，对地表和近地表气候产生显著影响，放大了气候变化在城市中的影响力。城市热岛效应是城市热环境的集中体现，而空气温度作为居民最直观的感受，持续高温会降低城市居民的舒适度，危害居民身体健康，引发呼吸道疾病、心血管疾病等。当前针对近地表温度的研究，大多基于遥感数据或是气测数据。遥感数据具有空间代表性，却缺乏水平平流的影响；实测站点数据考虑到了太阳辐射、下垫面以及水平平流三大驱动因子，却缺乏空间代表性。以上问题反映出当前研究对多源监测途径整合研究关注不足，且鲜有在驱动机理中，考虑到外来平流的影响，反演具有空间代表性的高精度空气温度。 为弥补当前研究不足，本研究将北京市作为研究区，回顾了北京近百年城市发展与气候变化背景，在云平台集成和发展了2000-2020 年城乡热环境和辐射能量收支空间数据集；构建一套结合局部驱动力和水平平流的高精度空气温度反演模型，并刻画北京市空气温度的时空分布格局。在生成基于城乡梯度的自适应缓冲区的基础上，对大气城市热岛效应及人体热舒适度变化进行评估。以期深入了解首都城市夏季热环境及辐射能量收支状况，精细刻画空气温度，为提高城市人居环境韧性提供参考依据，对于未来城市科学规划具有重要科学意义。主要结论如下： （1）近100 年来北京城市土地面积增长了64.48 倍，城市经历了“缓慢—加速—减缓”的扩展模式，2000-2010 年北京城市扩展速度达到峰值70.12 m2/a。近百年来北京市5a 滑动平均气温升高速率显著，百余年间的增温速率为0.22 ℃/10a。当城市化率大于60%时，城市化率对气温的影响更加明显。 （2）近20 年北京市地表温度沿城乡梯度呈现先保持稳定，向外逐渐下降的变化趋势，降低速率加快出现在五环至郊区缓冲区20 km 范围内。随着城市范围的扩张，城市地区与郊区的能量差异分界线也在逐渐向外扩展。2000 年，城市和郊区的潜热通量的差值为62.11 W/m2，到2020 年，该差值上升到120.90 W/m2。波文比沿城郊梯度变化趋势在一定程度上反映了城市扩张过程。2010 年，五环波文比首次超过了四环，达到了1.14，见证了北京城市建设的迅速扩张。2015-2020 年间北京市加大城市公共绿地建设，中心城区波文比有所下降。 （3）研究构建了一套结合局部驱动力和水平平流的高精度空气温度反演模型。该方法对于空气温度反演值更接近1:1 线，反演精度明显高于普通克里金方法。整体相关系数R2 为0.94，均方根误差（RMSE）为0.87℃。2010 年本研究方法反演的空气温度和实测站点温度间的相关系数为0.76，普通克里金插值方法R2 为0.51，两个方法的RMSE 分别为1.03℃和1.69℃；2015 年相关系数为0.89，高于普通克里金插值方法（R2=0.52），两个方法的RMSE 分别为1.12℃和1.70℃；2020 年本方法的R2 为0.90，高于普通克里金插值方法（R2=0.50），两个方法的RMSE 分别为0.47℃和0.74℃。通过逐小时气温和风速分析，进一步验证本研究方法的反演结果更精细准确。 （4）2010 年和2015 年北京市空气温度沿梯度分布呈现先增加后减小的变化趋势，最大空气温度均出现在五环，分别是20.48℃和27.28℃。2020 年空气温度则沿梯度呈现持续下降的变化趋势，最高温分布在二环内，为22.79℃。间接说明北京市在此间的公共绿地建设初见成效，二环至五环间的城市热环境压力有所疏解。中心城区和郊区的温差表现出2010 年(0.87℃)<2015 年(1.96℃)<2020年(2.42℃)的态势。表明尽管北京城市中心地区的热环境得到一定的改善，但是城市整体的热岛效应仍需要市政部门采取有效措施缓解。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 92 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/208091]  |
| 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 | 杨仕琪. 基于遥感和观测数据的城乡梯度热环境及其对人居环境舒适度影响研究——以北京为例[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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