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自然资源遥感  2024, Vol. 36 Issue (1): 162-168    DOI: 10.6046/zrzyyg.2022490
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2000—2018年长株潭城市群城市扩张及其热岛响应
姚灵筠1,2(), 王力1, 牛铮1,2, 尹子琪1,2, 付雨文1,2
1.中国科学院空天信息创新研究院遥感科学国家重点实验室,北京 100094
2.中国科学院大学,北京 100049
Urban expansion in the Changsha-Zhuzhou-Xiangtan urban agglomeration and its urban heat island effect from 2000 to 2018
YAO Lingyun1,2(), WANG Li1, NIU Zheng1,2, YIN Ziqi1,2, FU Yuwen1,2
1. State Key Laboratory of Remote Sensing Science, Aerospace Information Research Institute, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100094, China
2. University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China
全文: PDF(4296 KB)   HTML  
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摘要 

城市热岛效应同城市居民福祉息息相关,特别是近20 a我国的中西部城市在快速城市化的背景下,城市扩张进程进一步加快,城市热岛效应的影响也随之不断增加。为探究城市及城市群扩张与城市热岛效应变化的关系,以长株潭城市群为研究区域,利用Boyce-Clark形状指数分析城市扩张进程及空间形态变化。首先,利用基于Google Earth Engine(GEE)平台的实用单通道算法进行温度反演; 然后,使用均值-标准差法划分温度等级区并定义和提取城市热岛范围; 最后,提取城市重心和热岛重心,采用重心迁移方法分析城市扩张与热岛效应之间的变化趋势。结果表明城市热岛变化与城市群城市扩张趋势一致,研究结论如下: ①2015年后长株潭城市群进入高速发展关键时期; ②城市扩张是热岛面积增加的主要原因; ③城市热岛重心与城市重心迁移趋势基本一致,城市热岛范围增加的方向也同城市扩张方向基本一致。

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姚灵筠
王力
牛铮
尹子琪
付雨文
关键词 城市热岛效应城市空间形态地表温度Boyce-Clark形状指数重心迁移    
Abstract

The urban heat island effect is closely linked with the well-being of urban residents. Rapid urbanization has further accelerated urban expansion. This is accompanied by an increasingly significant urban heat island effect, especially in cities of central and western China in the past 20 years. To explore the relationship between the expansion of cities and urban agglomerations and the changes in the urban heat island effect, this study analyzed the expansion and spatial form variation of cities in the Changsha-Zhuzhou-Xiangtan urban agglomeration using the Boyce-Clark shape index. The land surface temperatures were derived through inversion using the practical single-channel algorithm based on the Google Earth Engine (GEE) platform. The temperature zones with different grades were determined using the mean-standard deviation method, followed by the definition and extraction of the range of the urban heat island effect. The urban center and heat island center were extracted, and the variation trends of the relationship between urban expansion and urban heat island effect were analyzed using the center shift method. The results show that the changes in the urban heat island effect were consistent with the expansion of the urban agglomeration and its cities. The results lead to the following conclusions: ① After 2015, the Changsha-Zhuzhou-Xiangtan urban agglomeration entered a critical period of rapid development; ② Urban expansion is the primary cause of the increase in the area of urban heat island effect; ③ The urban heat island center roughly shares the same variation trend with the urban center, and the urban heat island range increases in the direction roughly consistent with the urban expansion direction.

Key wordsurban heat island effect    urban spatial form    land surface temperature    Boyce-Clark shape index    center of gravity shift
收稿日期: 2022-12-26      出版日期: 2024-03-13
ZTFLH:  TP79  
  X87  
基金资助:国家重点研发计划项目“超大城市绿色低碳发展监测与诊断优化应用示范”(2022YFB3903702);高分辨率对地观测重大专项项目“高分国家统计遥感应用示范系统”(20-Y30F10-9001-20/22)
作者简介: 姚灵筠(1993-),男,博士研究生,主要研究方向为碳循环。Email: yaolingyun93@163.com
引用本文:   
姚灵筠, 王力, 牛铮, 尹子琪, 付雨文. 2000—2018年长株潭城市群城市扩张及其热岛响应[J]. 自然资源遥感, 2024, 36(1): 162-168.
YAO Lingyun, WANG Li, NIU Zheng, YIN Ziqi, FU Yuwen. Urban expansion in the Changsha-Zhuzhou-Xiangtan urban agglomeration and its urban heat island effect from 2000 to 2018. Remote Sensing for Natural Resources, 2024, 36(1): 162-168.
链接本文:  
https://www.gtzyyg.com/CN/10.6046/zrzyyg.2022490      或      https://www.gtzyyg.com/CN/Y2024/V36/I1/162
Fig.1  研究区位置
形状类型 参考指数 形状类型 参考指数
圆形 0.00 H形 49.71
正八边形 2.06 长条矩形 59.89
菱形 9.66 X形 66.37
正四边形 9.66 带状矩形 90.85
竖矩形 25.29 线矩形 94.01
横矩形 33.04 直线形 187.50
星形 34.85
Tab.1  形状类型及其对应Boyce-Clark形状指数参考值
LST等级 分级标准
低温区 Ti<Tmean-std
次低温区 Tmean-stdTi<Tmean-0.5std
中温区 Tmean-0.5stdTi<Tmean+0.5std
次高温区 Tmean+0.5stdTi<Tmean+std
高温区 Tmean+1stdTi
Tab.2  均值-标准差法划分温度区等级标准
Fig.2  2000—2018年长株潭城市重心及辐射半径

城市
2000年 2005年 2010年 2015年 2018年
指数 面积/km2 指数 面积/km2 指数 面积/km2 指数 面积/km2 指数 面积/km2
长沙市 27.52 117.44 21.84 235.21 27.31 390.76 24.78 486.94 21.78 755.99
株洲市 36.44 56.72 30.56 67.85 22.49 90.39 27.78 115.91 22.74 197.36
湘潭市 45.22 42.98 27.15 62.42 29.40 96.35 31.45 123.26 23.14 247.71
Tab.3  2000—2018年长株潭Boyce-Clark形态指数与城市面积变化
Fig.3  2000—2018年长株潭城市群温区等级分布特征
城市 热岛转化类型 2000—
2005年
2005—
2010年
2010—
2015年
2015—
2018年
长沙市 非热岛转为热岛面积 2.08 10.49 8.42 9.17
热岛转为非热岛面积 1.02 2.07 7.57 49.18
新增热岛面积 103.34 142.68 77.11 154.98
株洲市 非热岛转为热岛面积 5.30 0.30 3.74 3.13
热岛转为非热岛面积 0.11 2.32 1.73 2.23
新增热岛面积 9.95 18.38 21.87 61.25
湘潭市 非热岛转为热岛面积 0.64 0.91 3.75 3.59
热岛转为非热岛面积 0.42 1.75 1.62 5.37
新增热岛面积 17.39 29.64 20.05 71.68
Tab.4  2000—2018年长株潭各城市热岛转化类型及面积
Fig.4  2000—2018年长株潭各城市重心与热岛重心迁移趋势
城市 2000年 2005年 2010年 2015年 2018年
S/m C S/m C S/m C S/m C S/m C
长沙市 74.07 170.39 0.98 24.84 0.96 114.13 0.95 566.37 0.96
株洲市 143.76 12.56 0.93 91.86 1.00 27.76 1.00 172.61 0.96
湘潭市 38.26 39.35 0.99 93.33 1.00 153.70 1.00 775.55 1.00
Tab.5  2000—2018年长株潭各城市重心迁移空间距离及一致性指数
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