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[硕士论文] 任肇雯
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着社会经济的快速发展,温室气体的排放成为了全球人民及国际政府之间最关心的环境问题。通过编制温室气体排放清单,可以更加直观的了解研究区域的温室气体的排放来源、计算方法以及变化趋势等,对于制定温室气体的减排目标、评估减排措施的效果具有十分重要的意义。
  本文以江西省作为研究案例,根据《IPCC国家温室气体清单编制指南》和《省级温室气体清单编制指南》,对研究区能源、工业、农业、林业和废弃物五个部门的温室气体排放进行核算,从人均温室气体排放、单位面积温室气体排放、万元GDP温室气体排放和温室气体排放等级评估模型等来对江西省温室气体排放情况进行多方面评估。运用Kaya恒等式和LMDI分解法对碳排放的影响因素进行分析,并探讨分解结果对温室气体排放的影响力。最后通过情景分析法对江西省2020年的温室气体排放量进行预测分析。
  通过研究得出江西省2005-2015年的温室气体排放总量表现为递增的趋势,从2005年15729.5t增加到2015年的27952.3t,CO2是排放占比最高的温室气体,占总排放量的比例从2005年的78.4%上升到2015年的86.4%,而CH4与NO2排放占总排放量的比例呈现递减的趋势。由于能源消耗排放的温室气体是最多的,占总排放量的比例维持在65%以上。2005-2015年江西省的温室气体排放等级从Ⅰc上升为Ⅱa,这说明了随着工业化进程的加快,环境污染问题也是越来越严重。通过对碳排放的影响因素分析可知,人口数量和人均GDP是促进温室气体排放的两大重要因素。在设定的“基准情景”与“低碳政策情景”两种情景模式下,到2020年万元GDP温室气体排放量分别为1.57t/104yuan和1.37t/104yuan。
[博士论文] 张逸然
地图学与地理信息系统 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:地表温度是表征气候变化的重要环境参数。卫星热红外遥感作为全球和区域地表温度获取的重要手段,其较低的空间分辨率(六十米到几十千米),无法满足高异质城市环境中复杂地表温度变化监测的需求。地表温度空间降尺度是融合中低分辨率热红外数据和高分辨率可见光/近红外数据,获取高分辨率地表温度的重要手段。国产高分一号、高分二号卫星高空间分辨率、高定位精度、高整星机动能力的优势,为地表温度空间降尺度的研究提供了良好的数据基础。然而,目前国内外地表温度空间降尺度研究中,估算高分辨率(米级)地表温度的研究较少,现有研究忽略了同类地物反射光谱和热特性存在变异性这一问题,特别是在高分辨率下,类内的变异性更大,极大影响了高分辨率地表温度估算的准确性。
  针对上述问题,本文基于国产高分一号(GF-1)、高分二号(GF-2)多光谱影像和Landsat-8热红外影像,围绕同类地物反射光谱和热特性存在变异性这一事实,引入面向对象的图像分析和多端元混合像元分解方法,开展地表温度空间降尺度的方法和应用研究。具体研究内容如下:
  (1)多端元对象混合像元分解方法。集成面向对象的图像分析和多端元混合像元分解方法的优势,针对高分辨率影像,提出基于影像分割和局部最小平均光谱角(Minimum Average Spectral Angle,MASA)的多端元对象混合像元分解方法(Multiple Endmember Object Spectral Mixture Analysis,MEOSMA),通过解决传统多端元混合像元分解方法在端元光谱抽取和端元集优化方面的不足,进一步降低类内变异性对光谱混合分解的影响。
  (2)基于MEOSMA的地表温度空间降尺度方法。依托国产GF-1、GF-2多光谱影像和Landsat-8热红外遥感影像,基于MEOSMA和线性热混合模型,提出了MEOSMA-TM(Multiple Endmember Object Spectral Mixture Analysis and Thermal Mixing)地表温度空间降尺度方法,有效解决了同类地物反射光谱和热特性变异性大的问题,实现了高空间分辨率地表温度的估算,并分别与降尺度前地表温度和杭州市国家基准气象站实测地表温度数据进行比较,具有较好的准确性。
  (3)基于MEOSMA-TM的杭州市交通网络对城市地表温度场的影响研究。基于MEOSMA-TM方法计算杭州市主城区多个时相的高空间分辨率地表温度数据,分析杭州市主城区地表温度场的时空分布特征;利用网格分析、缓冲区分析、空间统计分析等方法,研究交通路网密度、不同等级道路、绿化形式、交通枢纽对城市地表温度的影响。
  研究成果提高了高分辨率遥感影像混合像元分解和高分辨率地表温度估算的精度,推动了国产高分辨率卫星影像在城市热环境研究中的应用,对于小尺度城市热环境的研究具有重要的意义,对于城市土地利用规划、城市生态环境管理、交通路网规划等相关领域具有重要的应用价值。
[硕士论文] 尹柯柯
地图学与地理信息系统 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:随着我国经济实力的不断增强,加快了城市化进程,快速的城市化进程使得人们的生活水平不断提高,同时也带了一系列的城市生态问题,城市热岛是其中最为严重的城市生态问题。如何缓解城市热岛所带来的严重的城市生态问题已经成为学术界和各国政府亟待解决的一大难题,城市热岛效应的研究也已成一个热点话题,其作为城市小气候的一个重要的影响因素,认知其形成过程、空间特征和时空变化等不仅有助于人们进一步了解局部城市小气候,有助于探究出缓解城市热岛效应的措施,为未来的城市规划提供不可或缺的参考价值。
  兰州市作为典型的河谷型城市,其特殊的河谷型陷落盆地特征使得兰州市边界层结构及地表热辐射能量平衡较其他平原城市有很大的不同,其又是一个重工业污染的城市,特殊的产业发展历程,导致了不合理的产业结构布局,产业空间和城市规划还未能实现良性的互动,从而使得兰州市城市生态问题较为严重,故对于兰州市城市热岛效应的研究,有助于提出有效的城市生态问题治理措施,改善市民日常的生活环境具有不可估量的价值,对兰州市科学合理的产业布局和城市规划具有重要的参考价值。鉴于此,本文以兰州市主城区为研究对象,借助遥感、地理信息空间分析和景观生态学等方法,研究了兰州市1994-2015年的城市热岛演变特征,定量分析了地表温度与城市下点面层部分地表指数之间的关系,并在Landsat8遥感数据的基础上研究了兰州市城市热岛的季节性空间分布特征,取得了以下研究结论:
  (1)兰州市热岛面积主要以次级热岛为主,而扩展速率最快的为强热岛,热岛的扩展方向与城镇用地延伸方向一致;热岛演变过程为强热岛→热岛→正常区→绿岛→冷岛,其逆过程则是向相反方向逐级演变,越级转变的可能性相对较小,强热岛对于城市下垫面的变化最为敏感。城市热岛效应与土壤湿度指数(NDMI)、增强型水体指数(EWI)、土壤亮度指数(NDSI)呈正相关,与修改后的土壤调节植被指数(MSAVI)呈负相关。
  (2)兰州市城市热岛效应强弱按季节变化的顺序是春季>夏季>冬季>秋季,其中夏季城市下垫面层热场分布最为复杂;除冬季以外,其他三个季节的城市热岛分布状况都呈现出以黄河为低温带着的特征,说明在这三个季节黄河的低温带是影响河谷内热环境分布的一个重要因子。借鉴景观生态学中转移概率矩阵法对河谷内四季各个热力景观的转移特征近行分析,发现各季节最为稳定的热力斑块为正常区,但一旦发生改变,其转变为热岛的可能性要大于向冷岛和绿岛的转变,次热岛和强热岛到在四季变换中呈现出春季到夏季减弱,夏季到秋季减弱,秋季到冬季增强。
  (3)地表温度的空间分布特征与下垫面层的结构密切相关,下垫面层覆盖类型越复杂,地表温度剖面线跌岩起伏的程度越大,地表温度越不均匀,城市热岛强度也越大。小西湖、植物园等植被覆盖度较高的地方均出现不同程度的低温区,提高城市植被的绿化率可以有效减缓城市热岛效应,另外,在金港城这样的住宅区也出现了低温区,说明合理的规划布局也能从一定程度上缓解城市热岛效应。
  (4)兰州市城市扩张较为显著,其主要的扩张方向是由城关区逐步向西固区、安宁区延伸,呈现出自西向东的扩张趋势,1994年到2004年,城镇用地城关区向雁滩扩展,其主延伸范围主要是以城关区为主,呈零星分布式扩张,而从2004年到2015年,其主要向七里河区、安宁区高新开发区和西固区方向扩展,扩展方式呈大面积连片扩张。不同年份的不同热岛的空间分布特征都与其相应的城镇用地分布特征基本一致,城市热岛分布特征的扩展与城镇用地的延伸方向相同,这主要是由于城镇用地的改变,使得原有的自然表面被大量的人工表面所替代,导致城市热岛效应增强,说明城市下垫面结构的特性对城市热岛起决定性作用。兰州市热岛的增强主要以强热岛为主,兰州市热岛效应日益严重。
[硕士论文] 肖京昊
化学工程 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:目前我国环境污染日益严重,国家正在加快工业转型升级的脚步,工业污染物的排放直接影响生活环境的空气质量与身体健康。长期生活在气体污染物扩散严重的环境中将会对人体造成严重损害。学校校区是学生学习生活的主要场所,学生的学习与生活环境一直是社会关注的焦点,所以研究学校周边污染物在校区内的扩散状况对学校建设以及污染源的迁移有现实指导意义。
  本文利用计算流体力学CFD(Computational Fluid Dynamics)方法,以假想学校校区为研究对象,建立了物理模型和数学模型,通过数值模拟的方法对该学校校区气流流动以及校区内污染物的扩散情况进行三维模拟计算,其中以二氧化硫为主要污染物,分析学校内不同风向时的流场变化以及污染物的扩散情况。模拟结果表明:
  首先,不同风向时,通过对温度场和浓度场的分析,得到建筑物和人们活动的地面附近的污染物分布:污染源扩散主要是在建筑物外的上空进行扩散,在上空的水平面内,沿着主导风向浓度逐渐减小,而在校区内,由于受到建筑物的遮挡作用,污染物会在建筑物的背风侧形成富集区域。
  其次,浓度高低取决于该点所处的具体位置,在不同高度水平区域内不同模拟点处的浓度是不同的,在低于建筑物污染物的扩散在很大程度上受到建筑物的影响。随着高度的升高,流场受到的建筑物的影响逐渐弱化,但是高于建筑物一定距离的流场还是要受到建筑物的影响,从而导致风向改变。风会沿着建筑物的顶部角缘向上攀升,流速逐渐增大。污染物随着主导风向越过建筑物之后,主要通过建筑物顶部扩散,在其背面出现回流。
[硕士论文] 石飞
环境工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:本研究采用人工降雨装置,探讨了不同坡度、植被、雨强、降雨历时对城市回填土径流过程中径流水体及污染物分配的影响。主要结果如下:
  (1)坡度对城市回填土径流过程中径流水体及污染物分配有较大影响。当坡度为0°时,小区不产生地表径流。随着坡度的增加,小区的地表径流水量及污染物占比逐渐增加,但变化不大。
  (2)植被对城市回填土径流过程中径流水体及污染物分配有较大影响。在4°时植被小区只产生地表径流,裸土小区三种径流都产生了;植被小区地表径流的水量及污染物占比随时间延长呈现下降的趋势,侧渗流呈现上升的趋势,裸土小区地表径流的水量及污染物占比随时间延长呈现先增加后稳定的趋势,侧渗流和下渗流则呈现先减小后稳定的趋势。
  (3)降雨强度对城市回填土径流过程中径流水体及污染物分配有较大影响。当降雨强度较小时,小区只有地表径流产生。降雨强度增大后,小区会有侧渗流产生,并且侧渗流水量及污染物占比会随雨强增加呈现先上升后下降的趋势,地表径流水量及污染物占比一直占主导地位。
  (4)降雨历时对城市回填土径流过程中径流水体及污染物分配有较大影响。随着降雨历时的增加,小区地表径流、侧渗流和下渗流水量及污染物占比呈现上升或下降的趋势。
[硕士论文] 曹玲娟
统计学 江西财经大学 2017(学位年度)
摘要:随着经济的快速发展,全球的气候问题也越来越突出,吸引了全国人民的广泛关注,其中突出的是二氧化碳等温室气体,这也是造成地球温度普遍升高的原因之一。因此实现碳的减排是应对气候变化的重中之重。
  首先,对1995-2015年我国30个省区碳排放量进行核算,构建面板数据库,并将30个省区按碳排放、人均碳排放、碳排放强度分别聚类,研究了各类别所属省区的碳排放差异。研究发现碳排放量、人均碳排放总体上升,碳排放强度总体下降,但不同省域在不同时期有较小的波动。通过对碳排放、能源消耗和GDP三个变量建立多变量聚类模型,得到了3类不同省域。从该3类不同省域来看,第3类省域中山东、辽宁、广东等省区碳排放量及人均碳排放量远远高于其他地区,而碳排放强度却最低,第1类省域中内蒙古、新疆等省区碳排放强度最高。
  其次,研究了3类省域碳排放、人均碳排放、碳排放强度的异同。在此基础上,利用扩展的STIRPAT模型对我国总体影响因素进行静态面板模型和动态GMM模型估计。在静态面板模型当中,除技术水平外其余因素对碳排放均有显著的正向影响,而技术水平对碳减排有显著的正向影响。经济弹性系数最大,即人均GDP变动对碳排放影响最明显。在动态面板模型当中,上一期碳排放量对当期具有显著的路径依赖特征。人口规模、经济水平对碳排放也显著为正,但其弹性系数有所下降。另外,经济水平依然是几个弹性中最大的,且只有人口、经济水平上一期的值对当前碳排放量有明显的负向抑制作用。
  再次,对3类不同省域的碳排放影响因素作分解。在静态面板模型中,3类省域回归结果与总体一致,其中第1类省域模型中的人口弹性最大,第2类和第3类省域模型中的经济弹性最大。在动态面板模型中,滞后一期的碳排放回归系数按从大到小排列的省域依次为第1类(1.129)、第3类(1.101)和第2类(1.087)省域。
  最后,根据实证结果对全国和3类省域提出相应的碳减排建议。其中,对于全国而言,应控制人口过度增长,倡导低碳生活,提高能源利用率,广泛开展节能工作,并且出台能源消费的有关法律政策,保证政策得以有力实施。对各类省域而言,第1类省域应控制人口增长、加快城镇化进程,第2类省域应促进经济增长、加快城镇化进程和提高技术水平,第3类省域应持续控制人口增长、提高技术水平。
[硕士论文] 周楚炫
3S集成与气象应用 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:城市化改变了下垫面的类型与分布,建筑物鳞次栉比,形成了城市热岛效应等城市微气候研究领域的热点问题。在不同城市,诸多研究结果表明,晴朗无云夜间的城市热岛现象更为明显。在夜间,部分地面长波辐射被城市建筑物遮挡,阻碍了建筑物表面和城市内部的热量散发,这是夜间城市热岛形成的主要原因之一。天空开阔度(SVF)是描述城市空间形态的重要参数之一,被诸多学者应用解释晴朗夜间的城市热岛效应。在天空开阔度的计算过程中,能否深入考虑天空辐射分布的影响,构建不同云量分布状况下的天空开阔度计算模型,进而分析其与城市热岛强度(UHII)之间的关系,对于更为合理地解释不同天气条件下热岛状况与城市空间形态之间的关系,具有重要理论意义与实践应用价值。
  本文以澳大利亚Adelaide中心城区作为实验研究区,采用大气辐射传输软件Modtran模拟方法和实测数据相结合,定量探讨天空辐射分布对天空开阔度计算结果的影响。在此基础上,考虑不同云量空间分布对天空开阔度计算结果的影响,提出有云条件下天空开阔度的计算模型,结合夜间城市热岛强度数据,构建天空开阔度-热岛强度特征空间,探讨特征空间对夜间城市热岛强度模拟的可能,并进而将其用于分析夜间城市热岛效应形成的原因。通过论文研究,得出以下结论:
  (1)天空辐射温度与天顶角正割对数值呈现显著正相关关系,决定系数达0.99。天顶角为0度时,即城市正上空辐射温度达到最低,在天顶角为90度时达到最高接近于近地表气温。模拟结果表明,天空辐射温度分布对天空开阔度计算结果的影响可以忽略。
  (2)通过模拟同一云量下不同云方位,计算物理意义上的天空开阔度(SVFp)与几何意义上的天空开阔度(SVFg),结果表明,云方位对SVFp计算结果影响可忽略。以四个具有典型地物特征的站点位置为例,结果表明云量增多,SVFp逐步增大,云量较少时,建筑物遮挡对SVFp的影响强于云量。SVFp与SVFg存在较好相关性,城市建筑物越密集,云量对SVFp影响越大。
  (3)对比所有站点在不同云量的UHII与SVF,结果表明,UHII随SVF增大而减小,建筑物越密集,UHII与SVF负相关性越强。在城市内部地区,UHII随云量增多而减小,UHII随SVF增大而减小;在城市外围区域,UHII与云量、UHII与SVF之间无明显相关性。
  (4)根据热岛强度与天空开阔度的关系建立特征空间,该特征空间能够表达同一站点在不同云量下的天空开阔度与热岛强度变化特征,以及同一云量下不同站点天空开阔度与热岛强度之间的关系,可在一定程度上用于模拟计算城市热岛强度。
[博士论文] 汤水荣
土壤学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:全球气候变暖是人类共同面临的严峻挑战,稻田生态系统在全球气候变暖中起着十分重要的作用。如何增强水稻秸秆还田的固碳能力和减少其引起甲烷(CH4)大量排放的研究日益引起人们的广泛关注。本文以日本山形地区稻田土壤和13C、15N标记的水稻秸秆为研究对象,利用室内好氧和厌氧培养试验,模拟该地区水稻休闲期和生长期间的水热条件,研究了土壤有机质和秸秆分解对温度和水分的响应特征。此外,利用二氧化碳(CO2)和CH4排放量、土壤有机碳(SOC)含量变化和δ13C值三种方法计算了秸秆碳素在好氧和厌氧培养期间的分解率,用δ15N值计算了秸秆氮素在厌氧过程中的反硝化率,并探讨了以上几种方法的可信度。主要研究结果如下:
  1.24周好氧培养的结果显示,土壤温度和水分对土壤CO2排放量具有显著的促进作用,且土壤温度和水分之间存在显著的正交互作用(P<0.01)。SOC含量和δ13C值随培养时间分别表现出缓慢下降和上升的趋势。温度对稻田土壤SOC含量的下降和δ13C值的上升具有明显的促进作用。土壤水分对24周好氧培养期间土壤的δ13C值始终无显著影响,而土壤水分对SOC含量的显著影响只限于好氧培养的第12周和24周。厌氧培养期间,稻田土壤中CH4和CO2的排放量均随前期温度的升高而显著降低(P<0.05)。这与易分解的底物在好氧培养期间,随土壤温度的升高而被大量消耗有关。前期好氧培养期间的土壤水分对CO2的排放具有显著的影响,而对CH4的排放无显著的影响,这可能与好氧培养期间硝态氮(NO3--N)的大量积累有关。±5℃的冻融过程对该地区稻田土壤CO2和CH4排放没有显著的影响。
  2.添加秸秆土壤SOC的好氧分解随土壤温度和水分的升高而显著加快(P<0.05)。秸秆的添加极大地促进了高温淹水培养条件下土壤中CH4的排放量,表明秸秆是稻田CH4排放的主要来源。除L5/±5处理外,其它温度和水分处理下,用生成CO2的排放量所计算秸秆有机碳的温度敏感性系数(Q10)都要比25/15℃温度处理下的要大,表明低温(±5℃和5℃)条件下的秸秆有机碳的分解要比高温(15℃和25℃)条件下更敏感。随着前期好氧培养阶段有效底物的大量消耗,高温淹水培养条件下,添加秸秆土壤CH4和CO2排放量随前期好氧培养温度的升高而显著降低。这是由于前期低温处理下大量未分解的有机底物为后期30℃高温条件下产CH4菌提供了充足的碳源和能量,后期淹水的厌氧条件使得Eh逐渐下降,也为产CH4过程创造了有利的条件。该结果暗示在某一温度和水分范围内改善水稻休闲期秸秆还田稻田中的水热条件,可以有效减少来年水稻生长期间由秸秆所引起的CH4排放量。用SOC含量、CO2和CH4排放量以及δ13C值三种参数所计算的水稻秸秆中碳的总分解率(好氧+厌氧)的变化范围分别为45.0%~64.2%,29.8%~48.1%和25.7%~34.4%。本研究中,由于CO2和CH4排放量对温度和水分的响应要比SOC和δ13C值更敏感,因而用其计算秸秆中碳的分解率的可信度最高。
  3.24周好氧培养结束后,各土壤温度和水分处理间的稻田土壤总有机氮(TN)含量无显著的差异。铵态氮(NH4+-N)浓度随温度的升高和培养时间的延长而显著降低。而NO3--N浓度却表现为随温度的升高和培养时间的延长而显著上升,表明温度显著促进了土壤有机氮的矿化(P<0.05)。然而,水分对土壤中NH4+-N和NO3--N浓度的变化均没有显著的影响。该结果表明土壤水分对土壤有机氮好氧矿化的影响不如温度处理那样效果明显。这是由于本研究的好氧培养期间,空气充足,土层较薄(<1cm),使得土壤水分条件的改变没有成为阻碍空气向土壤孔隙中扩散的限制因素。厌氧培养期间,±5℃和5℃下的稻田土壤有机氮的净矿化量(NH4+-N生成量)明显比15℃和25℃条件下的要高,这可能是由于前期好氧培养过程中的高温条件使NH4+-N更易被微生物所固持或通过硝化作用被大量转化成为NO3--N。高水分条件下(100%WFPS)的土壤有机氮的净矿化量比低水分条件下(60% WFPS)的要小。这表明前期好氧培养期间的高水分处理会抑制后期厌氧培养过程中土壤有机氮的矿化作用。
  4.添加15N标记水稻秸秆的土壤中TN含量和δ15N值随好氧培养时间的变化不明显,也不受好氧培养期间土壤温度和水分的显著影响。好氧培养期间,添加秸秆稻田土壤的NH4+-N浓度随温度的升高而下降,却随水分的升高而增加。添加秸秆稻田土壤NH4+-N和NO3--N浓度均低于对照土壤。该结果表明秸秆的添加促进了微生物对原有土壤矿质氮素的固持。厌氧培养期间,NH4+-N生成量随前期温度和水分的增加而显著的升高。以上结果表明,好氧培养期间的增温和增湿处理不仅可以促进土壤微生物对添加秸秆土壤中无机氮的固持作用,同时也会促进后期高温淹水培养期间秸秆中有机氮的矿化。由于对照土样和添加秸秆土样在干燥过程中可能会发生氨化作用造成15N和14N的分馏,因而用δ15N值来计算秸秆氮素的反硝化率会高估氮素的损失,具体原因还有更待进一步的研究。
  综上所述,本研究结果表明休闲期的土壤温度和水分不仅会影响土壤有机质和秸秆的好氧分解,而且还会对后续的厌氧分解产生很大的影响。水分对土壤有机质和秸秆分解转化的影响不如温度明显。休闲期间对山形县稻田采取适当的增温措施可以有效地减少秸秆所导致来年生长期间稻田CH4的大量排放。本研究初步揭示了温度和水分条件对稻田土壤有机质和秸秆中碳、氮矿化的调控规律,可以为当地通过优化秸秆还田的田间管理来减少CH4排放提供一定的科学依据。
[硕士论文] 李艳霞
建筑学 东南大学 2017(学位年度)
摘要:改革开放三十年以来,中国逐渐进入了快速城市化过程。城市化的基本特点就是城市建成区域的扩大。同时,衡量城市建成区域扩大与否的一个重要指标就是硬质下垫面的扩张与自然下垫面的退缩。在不断城市化的过程中,其环境质量日益恶化,包括噪声污染、光污染、雾霾天气等。在这其中,热岛效应是城市面临的突出环境问题之一。而且在人们的潜意识中,一般认为城市规模大,则热岛效应强。
  在对上述现象与认识有初步的了解后,本研究试图探索一下南京市下垫面和热岛效应的历史变迁,探索这两者之间具有关联性这一假说是否成立。这对于加深人们对城镇化的认识,认清两者之间的关系具有深刻的意义。
  本研究基于Landsat系列卫星遥感数据,使用监督分类、单窗算法、基于地理信息系统的统计分析技术等的数据处理方法,从定性与定量两个方面研究了南京市1984-2013年间城市下垫面和热岛效应的变化趋势,初步探索了城市下垫面变化与热岛效应变化的关系。
  第一章为绪论,介绍了研究背景和国内外研究现状。第二章是研究方法,包括数据来源的介绍、研究区域的选取、数据处理的方法三部分,为后续研究奠定了基础。第三章和第四章分别探讨了城市下垫面和城市热岛效应的历史变迁。第五章研究了城市下垫面和城市热岛效应两者之间的耦合关系。第六章对全文的研究进行了总结和展望。第七章总结了研究生专业实践阶段的工作内容。
[硕士论文] 白琳
3s集成与气象应用 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:利用遥感数据对城市热岛效应的监测是进行城市热岛效应监测的重要手段,传统遥感监测法研究方面主要集中于对城市地表温度或亮度温度的分析,反映的是地表城市热岛效应。而针对于近地表气温所表征的城市热岛效应的研究较少。本文选取北京市作为研究区,采用2004年9月8日和2011年7月26日北京市Landsat5/TM遥感影像,通过单通道算法提取地表温度(LST),并计算归一化植被指数(NDVI)、改进的归一化差异水体指数(MNDWI)、地表反照率(Albedo)以及归一化建筑指数(NDBI),另外加入高程(Altitude)总共6个对近地表气温有影响的环境因子作为自变量,利用随机森林模型和多元回归统计模型对近地表气温(即百叶箱高度处气温)进行计算,反演得到北京市近地表日最高气温,对两种模型的计算结果进行分析,选取效果较好的随机森林模型所反演的近地表气温进行城市热岛效应分析。利用随机森林模型反演出的近地表气温开展城市热岛的研究,并与基于地表温度计算的热岛指数作对比。同时对不同下垫面类型对城市热岛效应的影响做出探讨。主要结论如下:
  (1)创新性的引入随机森林模型对近地表气温进行估算,得到精度较高的面状近地表气温数据。其2004年的近地表气温平均绝对误差(MAE)为1.11℃、均方根误差(RMSE)为2.02℃;2011年的近地表气温MAE为0.82℃、RMSE为1.09℃。将其与多元回归统计方法进行对比,多元回归统计方法2004年的MAE为1.18℃,RMSE为1.82℃,2011年MAE为0.87℃,RMSE为1.17℃,随机森林模型的整体精度优于多元回归统计方法的精度,随机森林更具有优势。并对各个因子的对近地表气温反演模型重要性进行分析,结果表明,LST对近地表气温最为重要,对模型影响最大,Altitude次之。
  (2)利用随机森林模型得到的近地表气温数据进行城市热岛效应分析,北京市城市热岛效应显著,整个城市呈现出中心城区气温高,四周郊区气温较低的分布,与实测资料分布结果一致。并2011年7月26日的城市热岛效应较之2004年9月8日的城市热岛效应有加剧。除中心城区外,海淀区、朝阳区、丰台区这三个城市功能拓展区大部分已变成高温区和次高温区,并且房山区、大兴区以及平谷区也都出现了高温及次高温现象。低温区分布在城市边缘以及延庆区和门头沟区中的山地。
  (3)研究区城市热岛强度与下垫面的关系呈现出:城镇的城市热岛强度最高,裸地次之,林地最低的分布特点。进一步探究植被与不透水面对城市热岛效应的影响,NDVI与热岛强度之间存在明显的负相关性,随着NDVI的升高,热岛强度效应逐渐减弱,热岛强度与城市不透水面盖度(ISC)之间存在一定的正相关性,随着不透水面盖度的不断升高,热岛强度效应逐渐增强。
[硕士论文] 李倩
生态学 广西大学 2017(学位年度)
摘要:城市热岛效应严重影响了城市人民的健康和生活,研究城市热岛效应对于缓解这一现象具有重要作用。但是每个城市的热岛效应的特征和规律也会因城市的地理位置、规模大小、人口密集程度、下垫面性质和城市的工业发展水平等的不同而不同。因此,从各个角度研究城市热岛对于未来的城市生态建设以及可持续的发展都很重要。南宁市作为广西的文化、政治、经济发展中心,正处于城市化快速发展的阶段,城市化的加剧必然会改变城市下垫面,因此,本研究通过研究南宁市的热岛效应的季节和年度变化特征以及其与城市下垫面的关系,探寻南宁市快速城市化背景下城市绿地和水域与城市建筑用地之间的空间布局关系,希望对科学的城市规划建设提供有价值的理论依据。
  本文利用不同时期的Landsat5、Landsat7和Landsat8影像反演地表温度,提取NDVI、MNDWI、NDBI、BSI等参数,按照3km×3km规格将研究区分为126个统计小区域,从而在像元(30m×30m)和小区域(3km×3km)2个尺度上研究南宁市热岛的季节和年度特征,并定量分析地表温度与下垫面之间的关系来探讨不同的地表覆盖类型对地表温度的影响。研究结果表明:
  (1)通过实测地表温度的方法验证Landsat8反演的地表温度精度,得出单窗算法在反演landsat8影像的地表温度上具有较高的精度。
  (2)由相关关系分析可知,LST与NDVI之间呈非线性关系,LST与正的NDVI呈极显著线性负相关关系,LST与MNDWI之间呈非线性关系,LST与NDBI和BSI均呈极显著线性正相关,即绿地与水体具有降温作用,而建筑用地和裸地具有升温作用。按小区域尺度分析,地表温度与绿地和水体的面积比例呈显著负相关关系,地表温度与建筑用地和裸地面积比例呈显著正相关关系,同一区域内的地表温度随着绿地和水体的面积比例的增大而降低,而地表温度随着建筑用地和裸地面积比例的增大而升高,这再次表明绿地和水体具有降温作用,建筑用地和裸地具有升温作用。
  (3)由季节热岛分析结果表明,南宁市在2000年和2015年具有相似的季节热岛特征。各地表覆盖类型的面积在4个季节之间变化不明显。南宁市的春季、夏季、秋季和冬季均有不同程度的热岛效应,且夏季的热岛效应更为明显,秋、春季次之,冬季较弱。且与2000年相比较,2015年冬季的热岛更为明显。相同地表覆盖类型在不同季节的平均地表温度从高到低的顺序为:夏季>秋季>春季>冬季。相同季节不同地表覆盖类型的平均地表温度从高到低的顺序为:建筑用地>裸地>绿地>水体。整体上,2015年4个季节热岛效应的空间格局变化很小,高温区和次高温区主要在快环以近似圆形片状分布,次低温区和低温区主要分布在林场、公园、邕江等区。总体地表温度以中间层次的温度等级为主。
  (4)由年度分析可知,南宁市2000~2015年研究区的地表覆盖类型有较大的变化,2000~2015年期间绿地面积减少了6784.65hm2,水体面积减少了188.82hm2,建筑用地面积增加了10894.86hm2,裸地面积随季节不同呈动态变化。从小区域尺度来看,地表类型变化较大的区域集中在快环以外的安吉立交、南宁火车东站和南宁体育中心。在2000年、2009年、2015年研究区各地表覆盖类型的平均地表温度从高到低的顺序均为:建筑用地>裸地>绿地>水体,绿地与水体的平均地表温度低于研究区平均地表温度,而建筑用地和裸地的平均地表温度高于研究区平均地表温度。在2000~2009年,南宁市的高温区和次高温区由快环以内为主的区域向快环周边及琅东、昆仑大道等区域扩展,高温区和次高温区面积共增加了3255.21hm2。在2009~2015年,高温区和次高温区由快环周边区域向南宁东站、五象新区扩展。仅高温区和次高温区面积共增加了569.61hm2。高温区和次高温区的扩展与城市建筑用地的扩展基本一致。
[硕士论文] 王智鹏
农业经济管理 江西财经大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,全球气候变暖给人类带来了严峻挑战,不但破坏了自然生态系统,而且严重威胁到了人类社会经济发展与生存环境,温室气体尤其是CO2排放量剧增是造成全球气候变暖的根源。世界观察研究所2009年公布的《畜牧与气候变化》报告指出,按照CO2排放当量计算,牧畜及副产品至少排放了325.64亿t CO2当量的温室气体,占世界总排放量的51%,远远超过世界粮农组织先前估计的18%,畜牧业已成为温室气体重要的排放来源。中国自2008年超越美国成为世界第一大碳排放国以来,政府高度关注碳排放问题,承诺到2020年CO2排放强度要比2005年降低40%~45%。政府“十八大报告”将生态文明建设纳入社会主义事业“五位一体”的总体布局,并提出从源头上扭转生态环境恶化及气候变暖等趋势,同时政府“十三五规划”将碳减排列为“十三五”重点工作。江西省作为我国十大生猪养殖主产省之一,每年因生猪养殖生产活动直接或间接产生的温室气体排放量,不容小觑。对致力于打造“生态明文建设示范区”和美丽中国“江西样板”的江西省而言,生猪养殖温室气体减排政策完善是建设文明、和谐、秀美江西的基本保证,是推动江西科学发展、绿色崛起的重点与关键,对于其他“生态文明示范区”建设具有重要的借鉴意义与参考价值。
  论文主要研究内容为:研究背景与问题的提出、研究内容与研究方法、理论基础与文献综述(第1、2章),江西省生猪养殖温室气体排放测算及其时空演变规律分析(第3章),江西省生猪养殖温室气体排放EKC特征及脱钩效应分析(第4章),江西省生猪养殖温室气体排放影响影响因素分解分析(第5章),结论、建议及研究展望(第6章)。主要研究结论如下:
  (1)运用生命周期评价方法(LCA)测算和分析江西省生猪养殖全生命周期温室气体排放时空演变规律的研究结果显示:1990-2014年江西省生猪养殖全生命周期及各个环节的CO2当量排放量均呈上升趋势,CO2当量排放总量呈现出“N”型增长特征,其中生猪饲料粮种植、粪便管理系统和生猪饲料粮运输加工环节CO2当量排放量上升显著;生猪饲料粮种植和粪便管理系统两大环节CO2当量排放量占总排放量的比例远高于其他4个环节,生猪饲料粮种植和粪便管理系统是生猪产业温室气体排放的主要来源。11个地级市生猪养殖温室气体排放聚集特征显著,吉安市、赣州市和宜春市CO2当量排放总量位列江西省前三位。
  (2)运用EKC模型和Tapio脱钩模型检验江西省及各市生猪养殖温室气体排放与经济发展之间的长期关系发现:江西省生猪养殖温室气体排放与经济发展之间存在“倒N型”的EKC关系,且存在临界值分别为2454元和10864元的双拐点。生猪养殖温室气体排放与经济发展之间均呈现弱脱钩的关系,生猪养殖业产值增速快于生猪养殖温室气体排放增速,江西省生猪养殖温室气体排放与经济发展较为协调。
  (3)采用LMDI模型对江西省生猪养殖温室气体排放影响因素进行分解分析的研究结果表明:经济发展因素是江西省生猪养殖温室气体排放增长的主要驱动因素,与2000年相比,2000-2014年间产生了189.96%的生猪养殖温室气体排放增量;效率因素、结构因素和劳动力因素则降低了江西省生猪养殖温室气体排放量,与2000年相比,2000-2014年间分别累计实现了79.35%、12.09%和25.16%的生猪养殖温室气体减排量,其中效率因素对江西省生猪养殖温室气体减排的贡献力度最大。
  (4)总结全文提出相关对策建议并进行研究展望。总结全文研究结论,得出生猪养殖温室气体排放时空演变规律及影响因素等结论。统筹兼顾生猪产业发展和节能减排、低碳养殖两大目标,提出提高完善养殖技术体系,合理实施种养结合,科学规划发展布局,健全经济激励机制,完善污染监管体制系,大力推进碳交易平台建设等对策建议,并对进一步的研究进行展望。
[硕士论文] 任晓静
环境工程 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:甲烷(CH4)是仅次于CO2的重要温室气体,CH4的主要排放源来自农业活动,在各种农业排放源中,稻田是CH4最重要的农业源。从农田管理的角度寻求CH4减排成为当前研究的一个重要方向。因此,本研究依托中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站,以川中丘陵地区典型冬水田为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法,在2012~2015年对冬水田(RF)和冬水田转稻麦轮作(RW)的CH4排放通量进行了连续三年的定位观测,研究了冬水田转为稻麦轮作后对CH4排放的影响。主要研究结果如下:
  1.冬水田和稻麦轮作处理的CH4排放通量均整体表现出“冬春低、夏秋高”的季节规律。冬水田转稻麦轮作处理后,CH4累积排放量减少43%,其中稻季减少量占总减少量的39%,非稻季占61%,并多出一季小麦产出,说明将冬水田转为稻麦轮作能显著降低CH4排放通量,其中非稻季CH4减排量大于稻季,同时增加了作物产量。
  2.冬水田的休闲期水分排干种植小麦后,其麦季CH4排放通量比冬水田在该时段的排放通量减少70%~81%,因此,冬水田转稻麦轮作能显著减少休闲期的CH4排放通量;在2012~2015年,RF处理的休闲期CH4平均排放通量比RW处理麦季高3~80倍,相应的累积排放量高3~6倍,非稻季CH4排放量冬水田明显高于稻麦轮作;在RF处理的非稻季,三年间的CH4平均排放通量分别为0.8、1.62和3.65mg Cm-2 h-1,RW处理相应的通量分别为0.01、0.1和1.05mg Cm-2 h-1,三年间RF、RW处理非稻季的CH4排放通量均在逐年增加。
  3.冬水田转为稻麦轮作后,其稻季CH4排放通量比冬水田稻季减少24%~33%,因此,冬水田转稻麦轮作不仅在冬季休闲期,在稻季也能显著降低CH4排放通量;在2013年和2014年的稻季,RF处理的CH4平均排放通量比RW处理高2倍,相应的累积排放量高1.4倍,稻季CH4排放量RF处理明显高于RW处理;2013年和2014年的稻季,RF处理的CH4平均排放通量分别为10.22和11.78mg Cm-2 h-1,RW处理相应的通量分别为5.64和6.89mg Cm-2 h-1,两年的RF、RW处理在稻季的CH4排放通量均在逐年增加。
  4.在RF处理2013年的稻季,常规施肥与无氮肥处理的CH4排放通量之间差异不显著(p<0.05),而在2014年稻季常规施肥处理的CH4排放通量大于无氮肥处理,差异显著(p>0.05),在2014~2015年的休闲期,常规施肥处理的CH4排放通量明显高于无氮肥,氮肥对RF处理的CH4排放整体表现为促进作用;在2012~2015年,RW处理麦季常规施肥处理的CH4累积排放量分别是无氮肥处理的2.3、1.7和1.0倍,稻季常规施肥处理分别是无氮肥处理的1.1和1.3倍,RW处理麦季和稻季的常规施肥处理CH4排放通量均大于无氮肥处理的,氮肥对RW处理的CH4排放有促进作用。
  5.在2012~2015年,不管是RF还是RW的稻季有植株处理的CH4排放通量均大于无植株处理的,差异显著(p<0.05);在2013年和2014年稻季,RF处理有植株处理的CH4累积排放量分别是无植株处理的2.2和3.1倍,RW处理有植株处理的CH4累积排放量分别是无植株处理的2.7和1.8倍。但RW处理麦季,有植株与无植株处理的CH4排放通量差异不显著(p>0.05)。整体而言,植株对RF和RW处理的稻季CH4排放有明显的促进作用,对麦季CH4排放影响不显著。
  6.RF和RW处理的CH4排放通量均与5cm土壤温度之间呈显著正相关关系(p<0.05);当RF的土壤温度高于10℃左右,RW处理的土壤温度高于15℃左右时,CH4排放通量随着温度的升高而增加。综合分析影响CH4排放的环境因子,得到RW处理的CH4排放受铵态氮、硝态氮、可溶态总氮和土壤温度这4个因子影响较大,其中土壤温度是主要影响因子;但在RF处理的休闲期,田间水深是影响CH4排放的主要因子。
  7.土壤水分与RW处理CH4排放量之间关系不显著(p>0.05),田间水深与RF处理CH4排放量之间呈显著正相关关系(p<0.05),且主要集中1~5cm水层。RF处理的土壤有机碳与CH4通量之间关系不显著(p>0.05),铵态氮、硝态氮和可溶态总氮含量与CH4通量之间关系关系不显著(p>0.05); RW处理的土壤有机碳与CH4通量之间关系均不显著(p>0.05),铵态氮和可溶态总氮含量与CH4通量之间关系不显著(p>0.05),硝态氮含量与CH4通量之间呈极显著负相关关系(p<0.01)。
  综上,在冬水田转稻麦轮作的过程中,土壤水分状态的改变、温度和可溶态氮含量的变化是影响CH4排放的主要因子,冬水田转稻麦轮作在减少CH4排放的同时增加了农作物产出。因此,冬水田转稻麦轮作对环境和农户都是有利的。
[硕士论文] 赵佳玉
光学工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:获得高精度的温室气体通量数据,并对不同区域之间的温室气体排放量级进行比较,是控制大气温室气体排放的主要途径。光谱技术的发展为通量观测,特别是对信噪比较小(如小型水体等)的区域提供了高精度的技术手段。验证光谱仪在野外观测中的适用性和稳定性,明确不同光谱仪之间的测量差异,不仅对野外连续观测以及不同通量观测方法中仪器的选择和应用提供了参考价值,同时也进一步拓宽了光谱技术在大气温室气体探测方面的应用研究。
  本研究基于离轴积分腔输出光谱(OA-ICOS)、波长调制光谱(WMS)、非色散红外光谱(NDIR)原理的三种光谱仪构建了通量梯度(FG)和涡度相关通量观测系统(EC),对小型水体水-气界面温室气体浓度和通量进行了原位高频观测,验证了光谱仪在野外观测中的适用性和稳定性;同时阐述了不同通量观测方法之间的原理差异、WPL和光谱校正对原始通量数据的影响,并明确了基于高精度光谱仪构建的通量梯度系统对小型水体的通量信号的检测能力,主要结果如下:
  (1)对光谱仪在线计算气体浓度原理和浓度观测结果分析发现:对于CO2浓度,NDIR光谱仪和OA-ICOS分析仪测量值的有效数据量分别为59%和89%,NDIR光谱仪测量的CO2浓度低于OA-ICOS分析仪测量值约为18.10μmol mol-1,对于H2O浓度,NDIR光谱仪和OA-ICOS分析仪测量值的有效数据量分别为63%和89%,NDIR光谱仪测量的H2O浓度低于OA-ICOS分析仪测量值约为3.8mmol mol-1,产生偏差的原因主要由系统误差、密度和浓度之间转化时大气温度和压强波动以及开路仪器存在漂移带来的误差;对于CH4浓度,WMS分析仪和OA-ICOS分析仪测量值的有效数据量分别为71%和91%,WMS分析仪测量CH4的浓度值在观测期间低于OA-ICOS测量值约为0.01μmol mol-1,并且通过研究不同湿度条件下不同光谱仪测量值偏差的变化,发现低湿条件下(相对湿度为30%~40%)NDIR光谱仪以及WMS分析仪与OA-ICOS分析仪的测量值更为接近,以上分析结果表明:OA-ICOS分析仪在野外观测中由于受大气环境因素波动影响较小,因此有效数据量和浓度准确度更高,可以作为野外观测中测量温室气体浓度仪器选择的参考。
  (2)利用不同光谱仪构建通量梯度与涡度相关通量观测系统对小型水体进行通量观测发现:不同光谱仪构建的通量观测系统能够实现对低信噪比区域小型水体的温室气体通量观测,且两种通量观测方法都能够捕捉到通量的时间变化特征,其中利用OA-ICOS分析仪结合自组装的便携式通量梯度系统能够观测到大气中的梯度信号,并且零梯度测试结果显示本套通量梯度系统测量H2O、CO2和CH4通量的精度分别为0.30W·m-2、0.006mg·(m2·s)-1、0.03μg·(m2·s)-1,并和其他文献的零梯度测量结果对比发现本套通量梯度系统具有较高的测量精度和较小的测量偏差,证明OA-ICOS光谱仪适用于FG通量观测系统并在观测中表现出高精度和较好的稳定性。
[硕士论文] 徐杰
环境科学与工程;环境科学 南京师范大学 2017(学位年度)
摘要:盐沼湿地是温室气体的重要的“源”和“汇”,在CO2、CH4和N2O等温室气体的固定和释放中起着重要的开关作用,对全球的气候变化有着重要的影响。本研究测定了盐城海滨湿地三类典型植被芦苇(Phragmites australias)、互花米草(Spartina alterniflora)、碱蓬(Suaeda salsa)盐沼土壤温室气体排放速率,结合野外根系去除实验和室内温度控制实验,分析三种盐沼土壤温室气体排放的通量特征及其影响因素。结果表明:
  三种盐沼土壤均为CO2的排放源,互花米草盐沼,芦苇盐沼和碱蓬盐沼的土壤CO2年平均通量分别为499.51mg·m-2·h-1、323.67mg·m-2·h-1、150.41mg·m-2·h-1。土壤温度的季节变化是引起土壤CO2排放季节变化的主要原因,土壤水分与土壤CO2通量正相关。芦苇盐沼、互花米草盐沼、碱蓬盐沼根系对土壤呼吸贡献率分别为52.6%,64.8%,15.6%。植物根系促土壤CO2排放。
  三种盐沼土壤均为CH4的排放源,互花米草盐沼,芦苇盐沼,碱蓬盐沼的土壤CH4年平均通量分别为2.08mg·m-2·h-1、0.57mg·m-2·h-1、0.15mg·m-2h-1。土壤CH4通量与大气温度和土壤水分正相关。芦苇盐沼和互花米草盐沼中有根系样地CH4通量是无根系样地CH4通量的25倍和1.7倍,而碱蓬盐沼中根系对CH4排放通量无显著影响。
  三种盐沼土壤总体表现为N2O的排放源。互花米草盐沼,碱蓬盐沼,芦苇盐沼土壤N2O通量年平均值分别为5.63μg·m-2·h-1、3.27μg·m-2·h-1、1.76μg·m-2·h-1。芦苇盐沼中水分与N2O呈现较弱的正相关,互花米草盐沼和碱蓬盐沼出现了水分抑制土壤N2O排放的现象,温度对土壤N2O通量无显著影响。
  温度控制实验结果显示,芦苇盐沼、互花米草盐沼、碱蓬盐沼土壤CO2排放速率在5℃处最低,在40℃最高,最高值分别为481.96mg·m-2·h-1,394.00mg·m-2·h-1,218.29mg·m-2·h-1;土壤温度每升高1℃互花米草盐沼土壤呼吸通量增加速率为9.83%,芦苇盐沼为11.22%,碱蓬盐沼为6.13%;土壤CO2的温度敏感性表现为芦苇盐沼(2.19)>碱蓬盐沼(2.15)>互花米草盐沼(1.58)。芦苇盐沼N2O排放通量在30℃时最高为6.70μg·m-2·h-1,互花米草盐沼最高值在20℃为64.23μg·m-2·h-1,碱蓬盐沼在25℃最高值为47.40μg·m-2·h-1;土壤N2O的温度敏感性表现为互花米草盐沼(1.24)>芦苇盐沼(1.18)>碱蓬盐沼(1.03)。芦苇盐沼,互花米草盐沼,碱蓬盐沼的平均综合增温潜势分别为6.37×104kg·hm-2·a-1,8.67×104kg·hm-2·a-1,4.16×104kg·hm-2·a-1。
[硕士论文] 袁琦
城乡规划学 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:随着全球城市化进程的加快,人口与产业快速向城市集中,城市问题愈加凸显,特别是城市环境问题,比如雾霾、城市水污染、城市热岛等。为提升城市人民生活质量,改善城市人居环境,城市环境迫切需要改善。
  本文主要研究内容和方法如下:采用相关分析的方法来探讨绵阳市近几十年城镇化与区域气候要素的相关性;采用统计分析的方法分析绵阳市区热岛强度;采用对比研究的方法探讨了绵阳不同下垫面对热岛的缓解作用;用数学模型 PM公式计算绵阳市绿地生态耗水量,并用敏感性系数模型分析温度对绿地生态耗水量的敏感性;通过研究温度对绿地生态耗水量的敏感性为突破点,计算城市热岛影响下绿地生态耗水量的增加值。对绵阳城市热岛以及绿地生态耗水量的研究,对改善绵阳人居环境很有帮助,并对川西北中小城市的规划具有指导意义。
  本文研究结论如下:
  1、绵阳城镇化率与绵阳气温相关性最显著,随着城镇化率的升高,区域气温也会升高,并通过显著性水平为0.05的显著性检验,通过SPSS得到气温和城镇化率的回归直线,回归方程为:P=15.226+4.8*X(P表示温度,X表示城镇化率)。
  2、2016年春季绵阳城区平均热岛强度为1℃,夏季、秋季、冬季绵阳城区平均热岛强度分别为0.8℃、0.6℃、0.6℃,全年绵阳市区热岛强度为0.7℃。
  3、不同下垫面的热环境的研究中,春冬季节硬质铺装和绿地温度差异很小,夏秋季节绿地比硬质铺装热力性能更好,其中夏季硬质铺装平均每次多0.45℃,秋季硬质铺装比绿地观测气温平均每次多0.13℃,发现绿地比硬质铺装的热力性能更好,更有利于缓解热岛效应;在滨河地带的气温和城区的比较中,全年滨河地带的气温比城区气温低0.38℃,其中春季滨河地带的气温较城区的比较低,平均低0.2℃;夏季滨河地带的气温较城区的比较低,平均低0.7℃;秋季滨河地带的气温较城区的高,平均低0.03℃,气温差异很小;冬季滨河地带的气温较城区的比较低,平均低0.6℃。滨河地带观测期内,有风的次数最多、风力最大,是一个天然的通风廊道,总的说来天然河道由于其独特的环境,特别是夏冬季节滨河气温更低,能很好的缓解城市热岛环境,所以一定要好好保护起来。在绵阳市城区热岛强度和湿度、风速、温度的相关性分析中,热岛强度和湿度是直接相关的,它们的相关性最为显著。
  4、计算得出2016年绿地生态耗水量为862mm,绵阳城市绿地生态耗水量的值呈单峰型分布趋势。从观测初期开始,城市绿地生态耗水量的值逐渐增大,春季平均值为3.48mm·d-1,在夏季达到最大值,平均值为4 mm·d-1;此后,绵阳城市绿地生态耗水量值开始逐渐减小,在秋季、冬季绵阳绿地生态耗水量平均值为1.8 mm·d-1、0.47 mm·d-1。
  5、2016年绵阳市区观测日期内气温敏感系数在0.23-0.9之间,平均值0.41。在热岛的影响下绵阳城区绿地耗水量平均增加了0.3mm,分季节来看,春季绵阳绿地耗水量增加了0.5mm;夏季绵阳绿地耗水量增加了0.3mm;秋季绵阳绿地耗水量增加了0.2mm;冬季绵阳绿地耗水量增加了0.3mm。在滨河地带的生态耗水量与城区的生态耗水量比较中,发现春季滨河地带的生态耗水量比城区的生态耗水量平均少0.1mm;夏季滨河地带的生态耗水量比城区的生态耗水量平均少0.24mm;秋季滨河地带的生态耗水量和城区的生态耗水量差异微小,可以算作0mm;冬季滨河地带的生态耗水量比城区的生态耗水量平均少0.3mm。
[硕士论文] 吾娟佳
海洋科学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:在全球气候变暖的背景下,中国尤其是沿海地区城市热岛效应不断加剧,而人为热排放是造成城市热岛效应日趋严重的重要因素。数值模拟是研究人为热对气候影响的主要工具,迫切需要高分辨率的人为热栅格数据,为大尺度区域城市气候环境的数值模拟研究提供基础数据。
  本研究根据能源消费、工业GDP、民用汽车保有量和人口数据等统计资料,主要考虑工业、交通、建筑和人体新陈代谢四类热源对于人为热的贡献,估算2000年和2010年海岸带116个地级市的人为热排放总量分别为2.17×1019J/a和5.47×1019 J/a,内陆区域2000年222个地级市的人为热排放总量为2.26×1019J/a,2010年223个地级市的人为热排放总量为5.81×1019J/a。利用DMSP/OLS遥感夜间灯光数据并通过设置阈值(DN≥8)有效减少夜灯像元溢出效应的影响,提取人为热主要排放区域,利用夜间灯光数据和植被指数(NDVI)之间的互补性构建人居指数,减少了夜灯数据像元过饱和现象。基于海岸带区域及内陆根据海拔地形和经济发展特点划分的四个地貌分区地级市人为热排放总量与其行政区范围内人居指数累计值之间的强相关关系分别建立人为热排放量空间化模型,最后得到空间分辨率为1km的人为热通量栅格数据。在城市尺度上,可为优化城市布局,缓解城市热岛效应提供数据支持。海岸带人为热不管在排放面积的增加上还是在排放量的提高上均显著强于内陆区域。全国人为热释放呈类似于人口与经济活动的典型地域分布特征,海岸带与内陆区域人为热排放热通量差异较大,海岸带为人为热排放密集区,内陆为稀疏区。海岸带区域长三角、珠三角、京津冀城市群等经济较为发达、人口众多的区域人为热排放量明显高于其他地区。最后基于人为热通量栅格数据,从减少人为热源排放和缓解人为热对城市气候环境的影响效应两方面提出了城市人为热减缓措施。
[硕士论文] 汤天然
环境工程 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:湿沉降和湿清除作为一个大气环境的一个重要反馈以及大气循环中的一个重要过程,其时空变化,理化特性,影响因子一直是学界的关注重点,本实验通过从2015年4月初到2016年五月中旬在南京江北新区南京信息工程大学采样点的不间断降水收集,配合同步的大气PM2.5膜采样,对样品的无机离子,无机氮和可溶性有机碳进行检测分析,同时在线水溶性离子气体分析仪对降水天气下PM2.5中离子的逐小时变化,对湿沉降和对大气颗粒物湿清除过程之间的相互关系还有时空特征进行系统的分析,并得出以下结论。
  采样期间四季雨水pH均值为5.81,并无明显的酸雨特征;虽然致酸离子浓度偏高,但较高的Ca2+,Mg2+及NH4+浓度将其中和。人为活动排放的生成的二次气溶胶,主要包括NH4+,SO42-,NO3-等,对雨水化学组分贡献较大;而K+,Ca2+和Mg2+来源主要来自内陆的排放,特别是K+和Ca2+,海洋源贡献极小;K+更多受生物质和少量工业源贡献;Ca2+除了受扬尘影响,工业燃煤使用的脱硫设备中的石灰石也是其重要来源;Mg2+的来源除了大部分来自于地壳源,海盐也对其有超过10%的贡献。F-含量稀少且主要来自燃煤带来的副产物。降水样品中DOC占比13%,工业排放为其主要来源;降雨样品中无机氮存在明显的季节变化和成分类型分布,其中秋冬高,春夏低;成分以铵态氮为主。
  二次气溶胶的主要成分NH4+,SO42-,NO3-在降水天气被消除后对雨水中的对雨水中的对应离子贡献较明显,Ca2+和Mg2+的消除和在雨水中相关性弱,原因应与两种离子更多存在与粗颗粒中有关系。Na+和K+在降水天会明显的清除,但雨水中的来源主要为云中清除或高空的云下清除;而连续观测中降水对离子态的气溶胶成分有较好的清除效果,但对污染气体在降水天的清除降水并不是唯一原因。
[硕士论文] 刘紫涵
环境科学与工程;环境工程 安徽大学 2017(学位年度)
摘要:随着城市人口急速增加和城市规模不断扩大,以城市热岛效应(Urban HeatIsland,UHI)为代表的热环境变化,逐渐成为影响城市环境质量的重要因素。中国是城市化进程最快速的国家之一,安徽省属于中国中东部经济区,呈现多样性的地貌、气候和水文地质状况。作为安徽省省会,合肥从2000至2016年建成区面积扩大了近3倍。近年来,国家气象局根据长期的气象资料统计出的中国最热的十大城市,合肥市一直榜上有名。因此定量分析合肥市域及其周边地区热岛效应的长时序时空演变特征及其影响因素,对于合肥市城市规划,改善居住环境具有重要的科学指导意义。本文以合肥市行政区为研究对象,对2000-2016(2006、2008年数据缺失)夏季的Landsat系列卫星数据进行定量温度反演,Landsat TM/ETM+数据采用单窗口算法,Landsat8 OLI/TIRS数据采用大气校正法。利用时空融合技术获取缺失的2006和2008年的数据。对于现有MODIS地表温度产品存在空值的问题,将谱多流形聚类(SMMC)算法与梯度距离平方反比法相结合进行空值重建求解。结合城市不透水面覆盖度、城市植被覆盖度等遥感资料和城市土地利用类型、城市化发展指数等合肥市统计年鉴资料,全面系统的分析合肥市城市热岛时空演变特征的主要影响因素及其相互关系,并在一定程度上提出热岛效应的应对方案。
  本研究主要内容包括:⑴长时序Landsat地表温度数据集获取,利用现有的比较成熟的地表温度反演方法,获取准确的合肥市2000-2016年(2006、2008年数据缺失)夏季的Landsat地表温度。融合2005年,2006年两期MODIS地表温度数据和2005年Landsat地表温度数据得到2006年Landsat地表温度数据;融合2007年,2008年两期MODIS地表温度数据和2007年Landsat地表温度数据得到2008年Landsat地表温度数据。在MODIS地表温度空值数据修复过程中,引入聚类算法的S-GIDS方法估算MODIS地表温度空值数据优于GIDS方法。单地表类型地表温度重建精度要明显高于混合地表类型,且稳定性较高,并表现出GIDS和S-GIDS两种方法对耕地、林地的估算效果较好,对城镇建设用地、裸土的估算效果相对较差。⑵合肥市热岛效应时空演变特征,从时间变化来看,2000-2006年的热岛分布较集中,热岛效应以老城市中心区域呈椭圆形状分布,2006年和2008年的热岛中心比较相似,但2008年的热岛区域比2006年扩张的更加明显。2010年,由于都市区人口密度逐年增加、建设用地递增、耕地和植被面积却在逐年减少,热岛分布由市中心向四周扩张。2012-2016年合肥市热岛效应分布比较类似,虽然这一时期建成区面积在扩大,人类活动加剧,使市区热岛效应的倾向更加严重;但是由于加大绿化建设,显著降低城市的热岛强度。因此,这一时期合肥市热岛强度整体变化不是很大。从空间分布来看,2000-2016年合肥市热岛的分布特征与城市建成区的布局基本保持一致,热岛效应空间分布状态为东北—西南高、东南—西北低,随着新兴工业区的扩展和老城区加大绿化建设,强热岛效应地区由老城区不断向东部和南部扩展。⑶合肥市热岛效应影响因素及其相互关系,利用指数函数模型可以更好的定量表示地表温度与城市不透水面的关系,两者呈正相关关系。利用指数模型可以较好地反映地表温度与植被覆盖率的定量关系,随着植被覆盖度的不断升高,地表温度呈明显下降趋势,二者存在负相关关系。不同土地利用类型下的地表温度大小略有差异,但总体来说,建设用地的平均温度最高,水体的平均温度最低,林地和农用地平均温度大致相同。建设用地的温度标准是所有用地类型中最大的,农用地的变化大于林地,水体的温度标准差最小。经济推动并决定着城市化的进程;市区总人口增长,房地产开发导致促进了建成区面积和城市规模的急速扩大,导致了城市地区的热岛效应的扩张。此外,由于城市内部绿化建设力度也在不断加大,园林绿地面积呈现明显加速的趋势,改变了城市下垫面结构,其增长的速率与城市建成区的增加速率相当,从而使得这一时期的城市热岛效应并未出现剧烈的扩张,园林绿地体现出对城市热岛发展有效的减弱作用。⑷合肥市热岛效应减缓方案,热岛效应不仅严重妨碍城市经济、生态环境的持续、稳定发展,而且严重威胁居民身心健康。因此,在创建生态文明城市时,应该把缓解热岛效应作为保持生态环境良性循环的基本原则,改进排水系统的透水性能、提高城市绿地覆盖率、控制城市规模和城区人口、合理规划、布局城市建筑、保留湿地和城区水域。采取一切必要措施保护人类生存环境,城市规划建设应注重环境优先原则,使自然变化与人类社会进入和谐发展的新局面。
[硕士论文] 叶钰
地图学与地理信息系统 湖南师范大学 2017(学位年度)
摘要:城市下垫面性质及其空间结构直接影响着城市热岛(Urban HeatIsland,UHI)。其中,城市地形地貌和土地利用类型是城市下垫面当中对热岛影响最主要的因素,其时空变化也同样是决定相应地区热场空间分布的主要因素。
  本研究以长沙市主要建成区为研究区域,利用1991年至2015年期间的Landsat系列数据反演了地表温度(Land Surface Temperature,LST),对长沙市城市扩展造成的随时间变化的城市热岛效应的空间格局、强度进行了定量的评价和分析。对研究区的土地覆盖类型进行分类,并结合2015年Google Earth高分辨率影像,提取了长沙市建成区道路信息,结合城市的地形地貌,分析了城市下垫面各因素对长沙市热岛效应的作用效果和影响程度。研究主要结果如下:
  (1)长沙城市热岛的空间分布和扩展与城市建成区的轮廓基本一致,并随着城市的发展向外扩张、增强。1991-2015年期间,长沙市热岛有一个加速显现和全面发展的过程,截至2015年,长沙市城区热岛面积达529.80 km2,是1991年的3.9倍。
  (2)25年间研究区内大量林地转化为建设用地和耕地,个土地利用类型之间的地表温度存在较显著差异。1991、2007、2015年间建设用地温度都是最高,对地表温度的贡献最大,水体温度始终最低,且不同土地利用类型之间的地表温度差异随着城市的发展逐渐变小。
  (3)道路会使周围温度升高,并随着距离的增加影响不断减小,宽度为15~30m的道路地表温度最高,而宽度大于30m的道路对地表温度影响的范围最大,范围在150~200m左右。不同等级的道路对不同温度区的热贡献度(Thermal Effect Contribution Index,Hi)不一样,一级道路在高温区和低温区的热贡献都是最大,分别为65.54%和52.95%,其次是三级道路;二级道路则对中温区热贡献最大,热贡献度为50.36%,一级道路次之。
  (4)长沙市主城区地表崎岖不平,周围海拔较高,散热较慢,也是影响城市地表温度的重要因素。研究区内地表温度较高的区域主要集中在中心城区以东至南向为中心向并向两边延伸的地区。
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