本文转自知天象。
01.
研究背景
城市空间结构——包括建筑高度和开发强度——是城市化对环境和社会经济影响的主要决定因素之一。它与温室气体排放、经济增长、生产率和创新、城市热岛效应以及身体活动和健康结果密切相关。此外，由于建筑基础设施的寿命很长，从几十年到几个世纪，是碳密集型的建设和运营，并锁定了行为规范和能源消耗的模式它已被确定为减缓气候变化的一个重要重点。具体而言，新建的城市基础设施库存为了解温室气体排放、限制全球变暖的挑战和可行的全球变暖缓解方案提供了一个窗口。
城市是三维的，城市增长以三种方式之一发生:(1)横向扩展到外围非城市土地;(2)通过开发现有城市区域内未利用或未充分利用的土地来增加建筑密度，通常称为填充;或(3)建筑结构的垂直增长。大多数城市化研究都认为城市基本上是平坦的，或二维的，是土地和“城市地区”的安排。
了解城市建筑体量很重要，因为它与经济活动的许多方面密切相关以及具体化和操作性能源需求。城市建筑体量是城市密度的一个方面。城市密度的增加增加了每单位土地的建筑面积，从而增加了生活空间或就业密度。城市密度有许多社会经济和环境效益，包括更高的生产率，更高的创新率。
02.
主要内容
大多数城市地图信息基本上是二维的，例如按城市覆盖类型划分的面积范围。本篇文章使用1993-2020年全球微波反向散射的新数据集来探索477个大城市的城市增长的第三个维度。研究结果表明，城市反向散射与中国、欧洲和美国大城市中8000多个城市网格单元(0.05°/°)的建筑体积的独立估计相关。在过去的30年里，城市反向散射的区域增长率变化很大，2010年代亚洲地区的增长率最高，尤其是中国和东南亚。微波反向散射是城市建筑体量的代表，它与全球城市网格单元规模的国内生产总值(gdp)以及大多数地区的城市水平相关。散射计数据的时间序列为理解过去几十年城市体积增长的时空格局提供了重要工具。
夏日出行地
TAKE A TRIP
03.
数据与方法
1、数据来源
本篇文章使用了三个NetCDF数据文件，这些数据文件来自一个新的多年代际、多传感器、全球、网格化(0.05◦纬度/纬度)季节反向散射数据集。
2、研究方法
专注于108个国家的477个大城市(近期人口> 1百万)的城市网格单元，提取了以每个城市为中心的0.05°纬度/经度单元的11 × 11网格，代表约2000-3500平方公里，具体取决于纬度。选择每个网格单元的夏季平均后向散射(北半球:7 - 8 - 9月;南半球:1 - 2 - 3月)。然后将报告的后向散射(σ0，以dB为单位)转换为功率返回比，PR = 10^(σ0 /10)。
建立城市网格单元：每个城市的11 × 11网格被屏蔽，以排除2014年建筑比例< 20%或水比例>50%的网格单元。掩蔽数据集是全球人类住区层构建网格(P2016) (Pesaresi等人，2015)和牛津MAP:疟疾地图集项目部分国际地圈-生物圈计划土地覆盖(Weiss等人，2014)。两个掩蔽数据集在Google Earth Engine中聚合到0.05°lat/lon，并应用于所有网格数据，因此我们分析的城市土地面积是恒定的，所有城市中有14,885个城市网格单元。该数据以约0.5公里的分辨率定义了中国和东南亚几个大城市的城市像素。城市尺度的后向散射PR计算为城市域内所有城市网格单元的网格尺度后向散射PR之和。
测试建筑体量：研究建筑体量大范围反向散射之间的关系。本篇文章使用了不同的平滑因子。使用GDAL实用程序gdalwarp将1公里建筑体量数据聚合到0.05°lat/lon，并进行三次样条重采样，然后裁剪为以这三个地区的204个大城市为中心的11 × 11网格。然后对每个城市的网格化建筑体量数据进行平滑处理(3 × 3移动窗口平均值)，以更接近15-20公里ASCAT数据的有效分辨率(Lindsley和Long, 2015)。
城市规模的国内生产总值(GDP)：使用Kummu等人(2018年)的全球网格化GDP数据。使用GDAL实用程序gdalwarp，使用“平均”重采样，将5弧分的数据重新采样到0.05°纬度/经度网格。然后，在所有477个城市中选择了相同的一组城市网格单元，将城市GDP总量汇总为这些城市网格单元的总和。与其他城市相比，越南芹苴的城市GDP总量非常低(<0.01%)，因此从GDP分析中剔除。
汇总分析：将世界划分为11个地区，并将这些地区的反向散射和GDP数据汇总起来进行一些分析。
夏日出行地
TAKE A TRIP
04.
重要图表
05.
研究结果
在所有地区和几十年中，绝大多数城市网格单元的夏季平均反向散射呈增加趋势。这些趋势在ASCAT(2010年代)中最大，特别是在亚洲。1995年(ERS)、2005年(QuikSCAT)和2015年(ASCAT)的城市尺度反向散射PR与城市尺度GDP之间存在正相关关系。在相似的GDP水平下，本文发现城市尺度反向散射值存在相当大的异质性。总的来说，在较短的ERS记录期间，反向散射的趋势较小，并且可能更嘈杂。研究后发现，2015年城市级总城市反向散射与经济活动(GDP)在区域尺度上存在很强的正相关关系。
微波反向散射提供了与城市建成量相关的全球性、多年代际、直接的物理测量。城市建筑体量的增加意味着承诺的温室气体排放，从而限制了现有的缓解方案。对于大城市来说，城市后向散射与建筑体量相关，为城市垂直增长提供了重要指标。在城市尺度上，城市网格细胞的微波反向散射与国内生产总值(GDP)相关。
小编说
该论文题目为“Three decades of global trends in urban microwave backscatter, building volume and city GDP ”于2022年发表在《Remote Sensing of Environment》期刊(IF=13.5)。本研究通过季节微波反向散射数据评价地区内城市建成量，并且揭示了城市网络细胞的微波反向散射与GDP有相关性。本研究旨在通过微波反向散射这一物理量为城市的建设与经济发展提供可视化数据，实现城市地区的可持续发展。
转自：“生态遥感前沿”微信公众号
如有侵权，请联系本站删除！
