基于CA-Markov模型的南京市热环境格局演变及模拟预测

论文摘要

随着城市化水平的提高,城市热岛效应问题日益严峻,对城市生态环境及居民健康造成严重危害,不利于城市可持续发展。遥感数据凭借着高时效性、覆盖面广、易于获取等优势,成为热岛效应动态监测研究中的重要手段。本文利用2002-2017年长时间序列的Landsat系列遥感数据,结合RS与GIS技术,对南京市热环境空间格局分布特征及演变趋势进行了详细分析;随后,结合景观格局指数分析了南京市土地利用景观格局的演变及其与热环境的相关关系;基于CA-Markov模型模拟了南京市热环境空间分布,以实际地表温度反演结果验证了模拟精度,并对南京市2021年热环境进行了预测分析。主要结论如下:（1）2002-2017年,南京市热岛高温区面积共增加了453.10km2,面积比例上升了13.88%;中温区在南京市热环境格局中占比最大,但其面积呈现出逐年下降的趋势,共下降了769.57km2,所占比例下降了23.59%;南京市热岛高温区呈现出以主城区为中心向周边城区扩散的趋势,其中江宁区、栖霞区、浦口区、雨花台区的高温区增长速度较快。（2）2002-2017年建设用地斑块面积增加了444.83km2,斑块破碎程度增加,景观优势度上升。建设用地的快速扩张,建筑扎堆会导致地表温度显著升高;林地斑块面积减少了133.72km2,破碎化程度下降,聚集度减小。连续成片、聚集度高的林地具有缓解热岛效应的作用;水体各景观格局指数在小范围内波动,变化不明显。水体的地表温度是最低值,面积广阔的水体具有良好的降温作用;耕地面积减少了319.44km2,斑块破碎度下降,形状复杂化,景观优势度降低。具有农作物覆盖的耕地会产生一定的降温效果,但其会受到季节更替,农作物收割的影响。（3）本研究构建的CA-Markov模型在模拟南京市热环境分布上具有较高的可靠性,模拟结果的总体Kappa系数为81.79%,各热力等级的平均误差为3.76%。以2017年地表温度反演结果为基础,基于CA-Markov模型预测的2021年南京市热环境分布结果表明,南京市热岛效应将会进一步加剧,高温区及次高温区面积分别增加了45.19km2、137.14km2,中温区、低温区及次低温区面积则呈现出减少的趋势。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 基于气象观测法的热岛效应研究现状
•     1.2.2 基于数值模拟法的热岛效应研究现状
•     1.2.3 基于热红外遥感数据的热岛效应研究现状
•   1.3 研究内容及技术路线
•     1.3.1 研究内容
•     1.3.2 技术路线
• 第二章 研究区概况与数据
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 自然条件
•     2.1.2 社会经济概况
•     2.1.3 本文研究范围
•   2.2 数据资料
•     2.2.1 遥感数据
•     2.2.2 其他数据
•     2.2.3 数据预处理
• 第三章 南京市地表温度反演及其变化特征分析
•   3.1 地表温度反演理论基础与方法
•   3.2 基于辐射传输方程法的南京市地表温度反演
•     3.2.1 地表比辐射率计算
•     3.2.2 同温度下黑体辐射亮度计算
•     3.2.3 地表温度反演
•   3.3 地表温度反演结果验证
•   3.4 热岛强度分级
•   3.5 南京市热环境变化特征分析
• 第四章 城市景观格局变化与热环境的关联分析
•   4.1 土地利用分类
•   4.2 不同土地利用类型的地表温度分析
•   4.3 景观格局指数的选取
•   4.4 城市景观格局与热环境关系的建立
•     4.4.1 建设用地景观格局演变及其与热环境的关系
•     4.4.2 林地景观格局演变及其与热环境的关系
•     4.4.3 水体景观格局演变与热环境的关系
•     4.4.4 耕地景观格局演变与热环境的关系
• 第五章 基于CA-Markov模型的南京市热环境模拟
•   5.1 CA-Markov模型基本原理
•   5.2 CA-Markov模型的构建
•   5.3 基于CA-Markov模型的热环境模拟
•     5.3.1 热环境模拟精度分析
•     5.3.2 预测结果分析
•   5.4 缓解城市热岛效应的应对措施
•     5.4.1 合理规划城市布局
•     5.4.2 减少人为热排放
•     5.4.3 增加城市绿化、保护城市水体
• 第六章 结论与讨论
•   6.1 结论
•   6.2 研究特色
•   6.3 不足与展望
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 郭继强

导师: 潘洁

关键词: 热岛效应,热环境,景观格局,模型,南京市

来源: 南京林业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 气象学,环境科学与资源利用

单位: 南京林业大学

分类号: X16

DOI: 10.27242/d.cnki.gnjlu.2019.000194

总页数: 46

文件大小: 2590K

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