在國家自然科學基金項目(41371408)等資助下，基于紅外測溫儀、紅外熱像儀觀測的地表溫度、地表輻射熱通量觀測數據和同步觀測驗證的Landsat TM定量遙感反演數據，揭示了等級尺度城市地表結構熱環境生態調控機制，研究成果發表在《地球物理學研究雜志》國際期刊。研究揭示了城市功能區及不透水地表、綠地覆蓋對地表熱通量調節機制，發現了“舊城區改造降溫效應”和“城市地表熱環境生態調控閾值”。解答了城市規劃管理和生態環境要素之間如何銜接，城市綠地在空間上如何合理布局，北京城市相對高溫區主要分布在何處等規劃部門和社會公眾關心的問題。
遙感地面同步觀測數據解決遙感定量模型參數本地化和不確定性。在城市地表輻射能量平衡中，顯熱、潛熱分量是影響城市地表熱環境重要的參數。通過研究組遙感地面同步觀測資料和收集相關單位觀測數據，解決PACAC模型中潛熱和顯熱參數分割問題，應用實測的植被覆蓋度（VFC）、地表溫度（LST）以及波文比（Bowen ratio)值，結合極干點（水泥地測量的均值=39.5°C）和極濕點（水體測量的平均值=16°C）確定模型參數，擬合R2為0.896。解決PCACA模型的干邊、濕邊的理論定位，提高整體影像的定量遙感反演的精度，以更客觀地表征科學事實。
城市與鄉村之間、城市功能區以及不透水地表和綠地覆蓋差異引起潛熱、顯熱通量時空差異作用機制。研究表明城市商業中心、國際機場、城市廣場、高層住宅、低層住宅、綠地、水域功能區不透水地表、綠地和水域面積比例覆蓋狀態的不同導致潛熱、顯熱通量的差異，從而表現出不同等級強度的城市熱島效應。城市中心商業區、居住區以及飛機場不透水比例均高于70%，熱島效應相對較強；而城市公共綠地、水域以及郊區不透水比例均低于5%，熱島效應相對較弱。
合理綠地布局的舊城市區改造會起到城市熱島降溫作用。現代高層住宅區比傳統的低層住宅區有著相對較高的綠地覆蓋度和和較低的波文比值。北京城區南部城市熱島強度整體高于城區北部。研究發現北京城市近10年來沿著5環到6環公路之間地區綠化隔離帶建設、奧林匹克公園建設等一系列森林綠化工程建設對于減緩北京城市熱島起到了積極的作用。這會引發我們重新思考舊城區改造對于城市局地氣候改善的作用。
城市地表熱環境不透水地表比例生態調控閾值。其他研究也認為城市不透水表面覆蓋和地表溫度存在正相關關系。然而，研究人員發現，樹冠的熱耗散強度，其計算公式為LE/VFC，隨著地表植被蓋度（VFC）的下降，熱耗散強度呈指數增加，換言之，密度越低的植被覆蓋或高密度建筑區零星樹木和草坪，則表現出越高的單位覆蓋面積的LE強度。微觀尺度在密集建成區的綠地被發現表現出非常高的潛熱植被蒸騰作用產生的熱耗散可能在城市熱調節中發揮重要作用。植物的熱耗散強度（LE/VFC）隨著地表植被蓋度（VFC）的下降呈指數增加。在集中建成區，其植被覆蓋度VFC小于10%，植被的熱耗散強度可能會超過兩倍的平均熱耗散強度。在城市規劃和樓盤建設中，城市功能區和不透水地表比例是可控因素。這一發現在城市規劃中具有非常重要的參考價值。
該研究成果發表在《Journal of Geography Research: Atmospheres》（IF=3.44）期刊(Kuang W H, Dou Y Y, Chi W F, et al. Quantifying the heat flux regulation of metropolitan land-use/land-cover components by coupling remote sensing-modelling with in situ measurement. Journal of Geography research- Atmospheres. 2015, 120(1):113-130. doi:10.1002/2014JD022249)。
論文鏈接
附 件