贵阳市郊区耕地地表温度特征分析

李可相　陈远　谢刚　张蓝月

摘 要：本研究选用地表温度产品MOD11A2作为耕地地表温度数据，采用DEM提取坡度、坡向及高程3个因素，对贵阳市城郊耕地地表温度特征进行分析，结果表明：贵阳市城郊耕地坡向的变化会引起耕地地表温度产生差异，但差异不明显，平均地表温度在8个坡向上呈现先增大后减小的趋势;贵阳市城郊耕地坡度的变化会导致耕地地表温度随之产生较大差异，呈现出坡度越大地表温度越小的趋势;海拔对贵阳市城郊耕地地表温度的影响不是很明显，总体趋势呈负相关关系。

关键词：坡向;地表温度;贵阳市;城郊耕地

中图分类号：S181 文献标识码：A DOI：10.19754/j.nyyjs.20201015033

耕地特征的变化研究对耕地的保护以及耕地的整理与开发利用具有重要意义[1]。近年来，由于城市化的快速发展，城郊的植被、农田等逐渐减少，建筑物及道路等不透水面逐渐增加，直接影响了近地面水和热的自然交换，导致城市与城郊地表在太阳辐射吸收率、热容量和传导率等方面出现较大差异，这既加剧了城市的热岛效应，也会影响城郊耕地水、热的自然交换，进而影响耕地的耕作管理及作物产量。地表温度（Land Surface Temperature，LST）可作为众多研究领域的基础参数[2]，研究耕地与地表温度的关系，能更加深入理解土地利用类型变化下耕地地表温度的空间特征和动态变化，有助于耕地地表降温及农业监测等问题的解决。城郊是城市化进程中最活跃的区域，而由于历史、地理等原因，一般而言，郊区的耕地多数是高产良田，这些耕地的可持续利用是城市和郊区实现可持续发展的基本前提[3，4]。因此，研究该区域耕地利用特征对实现郊区耕地的可持续利用具有重要意义。目前，相关研究基于区域视角，对城市郊区耕地的流失特征、抛荒成因、重金属污染、可持续性利用策略等[5，6]进行了大量研究。但是，在当前全球气候变暖的背景下，还鲜有研究从地理、气候因素对城郊耕地进行研究，分析城郊耕地的气候响应特征，为其合理、可持续利用提供数据支撑。

本研究以贵阳市为例，分析贵阳市城郊耕地的地表温度特征，并探讨城郊耕地地表温度特征形成的原因，以期为贵阳市城郊耕地保护、耕地资源可持續利用以及农业综合生产能力的提高奠定良好的研究基础。

1 研究区概况与数据处理

1.1 研究区概况

贵阳市为贵州省省会城市，辖6区3县1市，是城市化以及经济快速发展的典型区，位于黔中经济区核心地带，生态优美、自然风光宜人，具有典型的喀斯特景观，属于以山地、丘陵为主的丘原盆地地区，为亚热带湿润温和型气候，年均降水量1200mm，年均温15.3℃。2017年，全市地区生产总值完成3537.96亿元，增长11.3%，经济总量在省会城市中上升1位，经济增速连续7a位居省会城市前2位。

1.2 数据来源与处理

本文选取坡度、坡向及高程以3个因素，作为影响贵阳市城郊耕地地表温度空间形态变化的自然因子。遥感数据为4个年份（2005年、2010年、2015年、2019年）的MOD11A2数据。DEM数据从地理空间数据云网站（http：//www.gscloud.cn/）上获取;MOD11A2获取自NASA官网（https：//ladsweb.modaps. eosdis. nasa.gov/）。基于ArcGIS平台进行数据处理，采用其3DAnalysttools工具模块完成坡度、坡向因子的提取。在ArcGIS中统一所有数据的格式及坐标，并进行空间叠加分析。坡向的描述有定性和定量2种方法，定量以东为0°，顺时针递增，范围在0°～360°，定性描述有8方向法和4方向法。本文采用定性和定量2种方法对耕地坡向进行分析，其对应关系如表1所示。

2 结论与分析

2.1 郊区耕地LST在坡向上的分布

山地丘陵的坡向对日照时数和太阳辐射强度有影响。一般而言，南坡接受太阳辐射量最多，北坡最少，二者之间的温度差异常很明显。根据坡向度数从小到大的顺序，平均地表温度在8个坡向上呈现出先增大后减小的趋势（图1），最大值为24.75℃（东南坡），其次为南坡和东坡，平均地表温度分别为24.7℃和24.72℃;东北、西南和西3个方向的平均地表温度相对较小，而北和西北的平均地表温度一致且最小（24.64℃）。平均地表温度最大的不是阳坡（南方或西南方），而是东南方向，这可能与卫星的太阳方位角有关，成像时东南坡向恰好朝向太阳光线，导致其LST最大。平均地表温度在8个坡向上的标准差为0.04℃，变异系数为0.15%，说明耕地坡向的变化会引起耕地地表温度差异，但差异不明显。

2.2 郊区耕地LST在坡度上的分布

不同坡度上立地条件、地表组成及水热情况等的差异，会导致植被丰富程度及地表热量均匀程度等发生变化，根据耕地坡度等级划分标准，将城郊耕地坡度划分为5个坡度等级（1：≤2°;2：2°～6°;3：6°～15°;4：15°～25°;5：>25°;5个坡度级，上含下不含），并统计地表温度在4个坡度上的平均分布情况（由于>25°以上耕地区域已属于生态保护区域，不宜再进行耕作，因此不做统计），发现平均地表温度在4个坡度上呈现出直线下降的趋势（图2），1度级最大，4度级最小，其值分别为24.66℃和24.01℃;平均地表温度在4个坡度上的标准差为0.25℃，变异系数为1.04%，说明贵阳市城郊耕地坡度的变化会导致耕地地表温度随之产生较大差异。

2.3 郊区耕地LST与海拔的关系

海拔与下垫面状况是研究区地表温度产生区域性差异的重要基础[7]。通过分析贵阳市海拔与城郊耕地地表温度的相关关系，发现城郊耕地地表温度随着海拔的升高而缓慢降低，海拔与耕地的拟合效果较差，R2仅为0.0135，呈负相关关系，说明海拔对贵阳市城郊耕地地表温度产生了影响，但不是很明显，即随着海拔的升高城郊耕地地表温度在下降（如图3），海拔每上升100m，地表温度下降0.09℃。

3 结论

本研究結果表明，贵阳市城郊耕地坡向的变化会引起耕地地表温度产生差异，但差异不明显，按照坡向度数从小到大的顺序，平均地表温度在8个坡向上呈现出先增大后减小的趋势;受立地条件、地表组成及水热情况等差异的影响，贵阳市城郊耕地坡度的变化会导致耕地地表温度随之产生较大差异，呈现坡度越大地表温度越小的趋势;海拔对贵阳市城郊耕地地表温度的影响不是很明显，总体趋势呈现负相关关系，海拔每上升100m，地表温度下降0.09℃。本文采用MODIS的地表温度产品，受其空间分辨率较低的影响，对贵阳市城郊耕地地表温度特征的分析还不够精细，未能对不同耕地类型的地表温度特征进行对比分析。未来，随着卫星遥感技术的更新，及地表温度产品空间分辨率的提高，这些问题都可以得到解决。

参考文献

[1] 赵永峰，郑慧.乌兰察布退耕还林后农牧交错带耕地特征分析[J].科技通报，2018（06）：59.

[2]齐广慧，唐凯，赵传华.泰安市土地利用类型与地表温度的关系研究[J].矿山测量，2020，48（01）：1-5.

[3]丁生喜.城市化与城郊耕地资源可持续利用[J].西北农业大学学报，2000（06）：183-186.

[4]周建，张凤荣，徐艳，等.基于NDVI遥感反演的半干旱沙区耕地地表温度异质性研究[J].农业工程学报，2019，35（07）：143-149.

[5]柏振忠.武汉市城郊耕地流失特征与对策研究[J].安徽农业科学，2011，39（31）：19555-19557.

[6]张智波，王玉贵.许昌市城郊耕地土壤重金属污染评价研究[J].农村经济与科技，2016（09）：40-42.

[7]于文凭，马明国.MODIS地表温度产品的验证研究——以黑河流域为例[J].遥感技术与应用，2012，26（06）：705-712.

（责任编辑 周康）

收稿日期：2020-08-31

基金项目：国防科工局高分重大专项（项目编号：88-Y40G35-9001-18/20）;贵阳国家高新区科技计划项目（项目编号GXYF-2017-003，GXYF-2018-003）;贵州科学院创新人才团队项目（项目编号：黔科院人才[2019]07号）;贵州科学院省级科研专项资金项目（项目编号：黔科院科专合字[2019]06号）

作者简介：李可相（1989-），男，硕士，研究实习员。研究方向：土地（土壤）规划及其信息化。