基于多源遙感數據的城市熱環境響應

本文以哈爾濱市9個城區為研究對象，探討了2000年至2020年間哈爾濱城市空間擴展對熱環境的響應情況。首先，介紹了研究區的概況，包括地理位置、城市特征等。然后，詳細描述了利用Landsat衛星遙感數據獲取的相關影像資料，用于分析城市熱環境的變化。通過對城市不同區域的熱環境變化趨勢進行比較，揭示了城市內部熱環境的空間異質性，為城市規劃和環境管理提供了科學依據。

一、引言

哈爾濱作為東北地區重要的城市之一，其熱環境變化對城市發展和居民生活有著直接影響。對城市熱環境的響應進行研究，可以深入了解城市發展與環境變化之間的關系，為城市規劃和建設提供科學依據。哈爾濱地處寒冷地區，熱島效應與城市擴展之間的關系具有一定特殊性。研究城市空間擴展對熱環境的影響，有助于揭示城市在不同季節和氣候條件下的熱環境演變規律，為城市的生態環境保護和氣候適應性建設提供理論支持。哈爾濱作為典型的工業城市，其工業發展對熱環境的影響也不可忽視。通過研究城市熱環境響應，可以評估工業活動對城市熱環境的負面影響，并提出相應的環境保護措施，促進工業與環境的協調發展。哈爾濱城市的空間結構和土地利用模式也在不斷變化，城市擴展對周邊自然環境和農田的影響日益突顯。

二、研究地區概況及數據來源

（一）研究地區概況

哈爾濱地處中國東北，地理位置重要，是中國向東開放的門戶城市之一。城市面積約56311平方公里，轄區包括道里區、南崗區、道外區、香坊區、平房區、松北區、呼蘭區、阿城區、雙城區、依蘭縣、方正縣、賓縣、巴彥縣、木蘭縣、延壽縣等。

（二）Landsat 遙感影像數據

本研究利用美國Landsat系列衛星（Landsat 5 TM和Landsat 8 TIRS/OLI）提供的遙感數據，覆蓋2000年、2008年、2014年和2020年的地理空間影像。影像獲取時間在7月至9月，以盡可能減少降雨、季節和植物生長等因素對影像的影響。其中，2000年和2008年的影像采用Landsat 5 TM數據， 2014年和2020年的影像采用Landsat 8 TIRS/OLI數據。

三、哈爾濱城市空間擴展的熱環境響應效應分析

（一）總體耦合態勢分析

該研究以多個時間段的夜間燈光數據為基礎，旨在探究城市燈光和熱力的重心，以及熱島的演變情況。這些重心的移動在很大程度上反映了城市空間擴展與熱島變化的遷移情況。通過分析2000年至2020年期間哈爾濱市地表溫度與夜間燈光的重心移動軌跡，發現夜間燈光和地表溫度的重心呈現出“同向而行”的趨勢。這一現象主要受到西北部地區（如松北區、呼蘭區等）市轄區的快速擴張的影響。這些地區的迅速擴張帶動了夜間燈光重心先向東移動，然后向北移動，最終向西移動，總體上呈西北方向移動。與此同時，西北部地區城鎮的迅速發展也導致了地表溫度重心向西北方向轉移。因此，夜間燈光和地表溫度的重心一直以來都呈現出“同向而行”的特征。

（二）協調性分析

本研究采用協調性模型模擬2000～2008年、2008～2014、2014～2020年三個時間尺度上的城市夜間照明和地面溫度的協同關系。將協調模型劃分為良好協調、初級協調、中級協調、輕度協調、勉強協調五種類型。從數據分析來看 “良好協調”模式在2000～2008年的比例最高，達到33.82%，各種“協調”的分布比較平衡；初級協調類型的比例在2008～2014年為65.93%，良好協調類型的比例最低，只有0.49%；在2014～2020年，初級協調型的比例最高。

結合圖1發現協調遞增模式多發生在快速擴張的新建用地地區，其土地利用強度、土地利用效率都很高，而在城區則表現出明顯的協同效應。而中度失調類型多發生于山地森林、遠離城鎮的水體及局部草原等區域，其下墊面的熱環境特征較為穩定，且受人類活動影響不大。在城市空間擴張的同時，一些地區出現了“升溫滯后—協調型—升溫超前”的轉變。在城市擴張的早期，非點源地表溫度對地表溫度的作用具有滯后效應，但當熱島效應增強時，地表溫度上升會加快，出現協同增強的現象。

（三）局部空間自相關分析

利用Open GeoDa軟件，研究夜間照明和地面溫度雙參量在空間上的聚集度及特定的聚集范圍。研究結果表明，該區域具有“高-高（H-H）”集聚特征，“低-低（L-L）”集聚特征，“低-高（L-H）”集聚特征，以及“高-低（H-L）”集聚特征。

四、總結

本研究基于多源遙感數據，探討了哈爾濱城市空間擴展對熱環境的響應效應。首先，介紹了研究區的概況，包括地理位置、城市特征等，并說明了使用的Landsat遙感影像數據來源。隨后，通過分析城市空間擴展與熱環境的總體耦合態勢，表明城市發展與熱環境變化存在相關關系。在此基礎上，通過城市空間擴展與熱環境的協調性分析，評估了城市發展對熱環境的影響程度。最后，利用局部空間自相關分析方法，深入研究了城市內部不同區域的熱環境空間格局特征，為進一步理解城市熱環境變化提供了科學依據。本研究通過多角度、多層次地分析城市空間擴展對熱環境的影響，為城市規劃和環境管理提供了重要參考和支持。

作者單位：偉志股份公司