【RSE】非城市参考区划定对地表城市热岛强度趋势估计的影响:7种方法的比较

以下文章来源于GISerQ ，作者GISerQ

文献信息

题目：

Influence of non-urban reference delineation on trend estimate of surface urban heat island intensity: A comparison of seven methods

来源：

Remote Sensing of Environment

时间：

2023

DOI：

https://doi.org/10.1016/j.rse.2023.113735   

主要内容

随着对城市热缓解的日益关注，越来越有必要跟踪城市热岛强度的演变，以评估现有计划在防治城市热方面的有效性。然而，由于不稳定的非城市参考，复杂的人与环境相互作用使得很难准确地分离出城市热岛强度（urban heat island intensity, UHII）演变中的城市效应。

本研究首次对地表UHII (SUHII)趋势估计对中国281个城市7种非城市参考圈定方法的敏感性进行了测试。相应的7种非城市参考分别包括行政非城市区域、排除极端海拔的行政非城市区域、行政低海拔植物区域、郊区、远郊、逐步排除受明显绿化/荒漠化趋势干扰的不稳定区域和邻近城市的SUHI足迹。

结果表明，在74%和8%的城市中，不同非城市参考的选择显著改变了SUHII和地表热岛的性质(热或冷)。此外，由于非城市区域及其附近土地利用和土地覆盖变化的多样性和不一致性，非城市参考圈定方式也分别影响了41%和21%的城市SUHII趋势的幅度和方向。在7种方法中，郊区的使用受到城市和非城市变化因素的共同干扰，产生了大量误估的显著下降趋势(比其他方法多2.7-4.5倍)，因此一般不推荐使用。行政非城市区域不适用于绿化/沙漠化趋势明显的城市，但移除极端海拔区域可大大增强其适用性。低植物区总体上是可行的，除了郊区低植物区被市区额外暖化的城市。远郊是相对最优的，特别是在排除所有相关干扰的地区。总体而言，本研究提供了经验证据，支持需要使用稳定的非城市参考来可靠地估计城市引起的SUHII变化趋势。研究结果可能有助于更准确地评估SUHI演变的原因、进展和后果，从而最大限度地减少减缓SUHI政策失败的可能性。

研究背景

全面、可靠地估计城市热岛在城市发展过程中的演变，对于提高对城市气候学的认识和对城市热挑战的有效城市治理至关重要。与非城市地区(郊区或农村)相比，城市热岛是城市地区普遍存在的气温升高现象。它是城市化过程中与城市地表改造、通风减少和人为热释放相关的地表能量平衡变化的综合结果。现有的城市气候学文献已经通过物理和数值模拟对城市形态和城市功能如何调节城市热环境建立了坚实的科学认识。除了这些实验中的设置，为了将理论与应用联系起来，还必须在复杂的城市发展过程中跟踪城市热岛指数的演变，以评估建设热弹性城市中现有和新兴计划和行动的有效性。因此，出现了对热岛强度(UHII)演变的时间序列估计，特别是在过去5年中。它有多种目的，例如，确定推进城市化的影响及其发展模式的转变(即从城市扩张到城市更新)对城市(地表)热环境的影响，估算城市建设活动的增温效应，评估具体政策的城市减热效果，或支持进一步评估热岛缓解与可持续发展的其他方面(即经济增长)之间的协调。随着越来越多的政策优先考虑或专门通过减少UHII措施来缓解城市热量，城市诱导的UHII演变的时间序列估计在未来可能会受到越来越多的关注。

研究结果

使用方法1至7 (a)-(g)划定的非城市参考点，以北京为例

(a)-(g)为7种方法生成的趋势空间格局，分别为方法1 ~方法7的结果。注:仅提供非城市参考面积大于5平方公里的城市

36个城市的显著SUHII趋势

Pearson相关系数(a)-(g)的箱形图分别表示方法1至方法7的结果

本研究构建了一个一致的分析框架，以检验7种非城市参考圈定方法对中国281个城市夏季日间SUHII趋势估计的敏感性。研究发现，由于跨非城市地区或邻近非城市地区的LULC变化多样且不一致，不同非城市参考文献的选择分别显著改变了41%和21%的城市SUHII变化趋势的幅度甚至方向。通过不同城市间的对比分析，总结出这七种方法在一般情况和具体情况下的适用性。总体而言，在城市和郊区变化因素的共同影响下，方法4中使用郊区产生的结果差异最大，有下降趋势的城市是其他方法的2.7-4.5倍。因此，通常不推荐郊区，因为对下降趋势的错误估计可能导致决策者高估现有规划的有效性，低估未来缓解SUHI的需求。在有绿化山脉的城市中，使用行政非城市地区(方法1)可能导致非城市参考温度较低，从而高估了SUHII上升趋势。通过去除极端高程区域(方法2)，可以大大增强其在可靠的SUHII趋势估计中的适用性。低植被区域(方法3)在大多数城市是可行的，但对于特定城市，位于SUHII FP影响范围内的部分可能不可避免地受到城市区域的升温，从而导致对SUHII趋势的错误估计。在排除NDVI变化明显且受周边城市FPs影响的区域后，远郊总体上是最优的，特别是在方法7中。对于快速扩张的城市群中的城市，应特别关注来自邻近城市的SUHI FPs可能产生的影响。

转自：“生态遥感前沿”微信公众号

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