研究区概况

福州市地处118°08′E—120°31′E,25°15′N—26°39′N,位于福建省东部,与台湾省隔海相望。

福州属于亚热带海洋性季风气候,温暖湿润,年平均气温达18~26 °C,夏季最高气温达42 °C。考虑研究数据的可获取性及完整性,本文选取福州市主城区(三环路围合的范围)为研究对象。

数据来源

  • Landsat-8遥感影像(USGS官网)
  • Google Earth历史影像
  • 城市道路数据(OSM官网)
研究区位置图

研究方法

地块划分与地类识别

基于路网划分地块,参照《国土空间调查、规划、用途管制用地用海分类指南》识别地块用地类型,Kappa系数为0.822。

地表温度反演

采用单通道算法,利用Landsat-8影像的热红外波段进行地表温度反演。

空间环境要素选取

从地表覆被参数(NDVI、NDISI)和城市空间形态(BCR、BH、BSD、SVF)两方面选取空间环境要素。

空间环境要素计算公式

空间环境要素 公式 释义
归一化植被指数(NDVI) NDVI=(NIR-Red)/(NIR+Red) Red为红光波段;NIR为近红外波段
归一化差值不透水面指数(NDISI) NDISI=[TIRS₁-(MNDWI+NIR+SWIR₁)/3]/[TIRS₁+(MNDWI+NIR+SWIR₁)/3] TIRS₁为热红外波段;NIR为近红外波段;SWIR₁为短波红外;Green为绿光波段
建筑覆盖率(BCR) BCR=(∑aik/Ai)×100% aik为第i个地块单元中第k个建筑的基底面积;Ai为第i个地块的平面面积

研究结果

1. 不同类型用地的地表温度特征

研究区各类型用地空间分布

研究区共划分1,648个地块,主要用地类型包括:

  • 居住用地(42.39%)
  • 公共管理与公共服务用地(8.79%)
  • 绿地与开敞空间用地(15.38%)
研究区地表温度反演结果

夏季LST特征

工业用地平均LST最高(40.38 °C),绿地与开敞空间用地平均LST最低(35.71 °C),最大温差达4.67 °C。

冬季LST特征

工业用地平均LST最高(18.32 °C),绿地与开敞空间用地平均LST最低(15.79 °C),最大温差达2.53 °C。

各类型用地地表温度统计

用地类型 夏季LST 冬季LST
居住用地 37.52 °C 16.92 °C
公共管理与公共服务用地 38.28 °C 17.99 °C
商业服务业用地 38.25 °C 17.93 °C
工业用地 40.38 °C 18.32 °C

2. 空间环境要素与季节性地表温度的关系

空间自相关分析

福州市夏季LST的全局Moran's I统计量为0.626,冬季LST的全局Moran's I统计量为0.450,表明LST在空间上存在较强的正相关性。

季节性地表温度LISA聚类空间分布

空间环境要素与LST关系的主要发现:

NDVI的季节性差异

夏季与LST负相关,冬季在居住和公共管理与公共服务用地中与LST正相关

NDISI

与LST均呈显著正相关,对工业用地LST影响最突出

BCR

与LST呈正相关,始终对居住用地LST存在显著影响

BH

与LST负相关,主要影响工业用地LST

夏季LST与空间环境要素的空间误差模型参数

空间环境要素 居住用地 公共管理与公共服务用地 工业用地
NDVI -3.653** -2.496** -3.478**
NDISI 8.439** 6.227** 8.873**
BH -0.336* -0.885** -1.771**

注:**表示在0.01水平上显著;*表示在0.05水平上显著

讨论与结论

主要发现

NDVI的季节性差异

居住和公共管理与公共服务用地的NDVI与LST夏季负相关,冬季正相关,表明植被冬季可储存热量

商住混合用地与居住用地差异

夏季商住混合用地LST>居住用地,冬季相反,与植被覆盖率差异相关

规划建议

建筑密度控制

考虑下调各类用地建筑密度上限,降低建筑覆盖率

绿地率提升

适当提高建设项目绿地率下限,增加各类用地绿地面积

主要结论

  1. 工业用地季节性平均温度最高,绿地与开敞空间用地最低
  2. NDVI和NDISI对LST影响最显著,夏季尤为明显
  3. NDISI对工业用地LST影响突出,夏季影响大于冬季
  4. BH与工业用地LST负相关,冬季更加明显
  5. SVF在夏季对商业服务业用地LST影响最显著