基于多源遥感数据的城市热环境响应

本文以哈尔滨市9个城区为研究对象，探讨了2000年至2020年间哈尔滨城市空间扩展对热环境的响应情况。首先，介绍了研究区的概况，包括地理位置、城市特征等。然后，详细描述了利用Landsat卫星遥感数据获取的相关影像资料，用于分析城市热环境的变化。通过对城市不同区域的热环境变化趋势进行比较，揭示了城市内部热环境的空间异质性，为城市规划和环境管理提供了科学依据。

一、引言

哈尔滨作为东北地区重要的城市之一，其热环境变化对城市发展和居民生活有着直接影响。对城市热环境的响应进行研究，可以深入了解城市发展与环境变化之间的关系，为城市规划和建设提供科学依据。哈尔滨地处寒冷地区，热岛效应与城市扩展之间的关系具有一定特殊性。研究城市空间扩展对热环境的影响，有助于揭示城市在不同季节和气候条件下的热环境演变规律，为城市的生态环境保护和气候适应性建设提供理论支持。哈尔滨作为典型的工业城市，其工业发展对热环境的影响也不可忽视。通过研究城市热环境响应，可以评估工业活动对城市热环境的负面影响，并提出相应的环境保护措施，促进工业与环境的协调发展。哈尔滨城市的空间结构和土地利用模式也在不断变化，城市扩展对周边自然环境和农田的影响日益突显。

二、研究地区概况及数据来源

（一）研究地区概况

哈尔滨地处中国东北，地理位置重要，是中国向东开放的门户城市之一。城市面积约56311平方公里，辖区包括道里区、南岗区、道外区、香坊区、平房区、松北区、呼兰区、阿城区、双城区、依兰县、方正县、宾县、巴彦县、木兰县、延寿县等。

（二）Landsat 遥感影像数据

本研究利用美国Landsat系列卫星（Landsat 5 TM和Landsat 8 TIRS/OLI）提供的遥感数据，覆盖2000年、2008年、2014年和2020年的地理空间影像。影像获取时间在7月至9月，以尽可能减少降雨、季节和植物生长等因素对影像的影响。其中，2000年和2008年的影像采用Landsat 5 TM数据， 2014年和2020年的影像采用Landsat 8 TIRS/OLI数据。

三、哈尔滨城市空间扩展的热环境响应效应分析

（一）总体耦合态势分析

该研究以多个时间段的夜间灯光数据为基础，旨在探究城市灯光和热力的重心，以及热岛的演变情况。这些重心的移动在很大程度上反映了城市空间扩展与热岛变化的迁移情况。通过分析2000年至2020年期间哈尔滨市地表温度与夜间灯光的重心移动轨迹，发现夜间灯光和地表温度的重心呈现出“同向而行”的趋势。这一现象主要受到西北部地区（如松北区、呼兰区等）市辖区的快速扩张的影响。这些地区的迅速扩张带动了夜间灯光重心先向东移动，然后向北移动，最终向西移动，总体上呈西北方向移动。与此同时，西北部地区城镇的迅速发展也导致了地表温度重心向西北方向转移。因此，夜间灯光和地表温度的重心一直以来都呈现出“同向而行”的特征。

（二）协调性分析

本研究采用协调性模型模拟2000～2008年、2008～2014、2014～2020年三个时间尺度上的城市夜间照明和地面温度的协同关系。将协调模型划分为良好协调、初级协调、中级协调、轻度协调、勉强协调五种类型。从数据分析来看 “良好协调”模式在2000～2008年的比例最高，达到33.82%，各种“协调”的分布比较平衡；初级协调类型的比例在2008～2014年为65.93%，良好协调类型的比例最低，只有0.49%；在2014～2020年，初级协调型的比例最高。

结合图1发现协调递增模式多发生在快速扩张的新建用地地区，其土地利用强度、土地利用效率都很高，而在城区则表现出明显的协同效应。而中度失调类型多发生于山地森林、远离城镇的水体及局部草原等区域，其下垫面的热环境特征较为稳定，且受人类活动影响不大。在城市空间扩张的同时，一些地区出现了“升温滞后—协调型—升温超前”的转变。在城市扩张的早期，非点源地表温度对地表温度的作用具有滞后效应，但当热岛效应增强时，地表温度上升会加快，出现协同增强的现象。

（三）局部空间自相关分析

利用Open GeoDa软件，研究夜间照明和地面温度双参量在空间上的聚集度及特定的聚集范围。研究结果表明，该区域具有“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、总结

本研究基于多源遥感数据，探讨了哈尔滨城市空间扩展对热环境的响应效应。首先，介绍了研究区的概况，包括地理位置、城市特征等，并说明了使用的Landsat遥感影像数据来源。随后，通过分析城市空间扩展与热环境的总体耦合态势，表明城市发展与热环境变化存在相关关系。在此基础上，通过城市空间扩展与热环境的协调性分析，评估了城市发展对热环境的影响程度。最后，利用局部空间自相关分析方法，深入研究了城市内部不同区域的热环境空间格局特征，为进一步理解城市热环境变化提供了科学依据。本研究通过多角度、多层次地分析城市空间扩展对热环境的影响，为城市规划和环境管理提供了重要参考和支持。

作者单位：伟志股份公司