CN110727984A - 土地利用变化与城市热环境之间机制的研究方法 - Google Patents
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Abstract
本发明采用WRF模式对2000‑2015年的土地利用变化的气候数值进行模拟研究，以3km的分辨率分析土地利用变化的特征以及其与城市热环境的影响机制，定量计算土地利用变化对京津冀区域热环境变化的贡献率，利用ArGIS、遥感和统计学方法来揭示城市热环境的时空格局特征和演变规律。步骤有：1)研究主要采用中尺度天气预报模式模拟气温变化过程；2)应用遥感、GIS及数学方法定量化来分析京津冀城市群的土地利用变化与城市热环境之间的形成机制与发展规律；3)通过WRF模式，设计不同情景，控制土地利用变量，实现土地利用对区域热环境影响的分离。
Description
技术领域
本发明属于土地利用类型领域，特别涉及土地利用变化和土地利用变化的气候效应对比研究方法。
背景技术
城市内部建设用地增长迅速，大量侵占周围耕地、林地等其他类型用地，以及城市间的相互作用导致下垫面的变化很大，由此引发的城市热岛效应进一步加剧，而大面积城市群的出现又使得各城市之间的“缝隙”进一步缩减，同时改变了整个区域的动力与热力结构特征，使得城市群热环境恶化，城市之间不可避免地出现热环境抵抗力降低，生态恢复力丧失等新型区域热环境生态安全问题。城市热岛问题已经超出了城市的行政边界而表现出区域特征。其中，城市间日渐牢固的经济政治纽带使得城市建设用地连接成片是造成热环境恶化主要原因，但更大范围上城市群的空间布局及不用类型用地的不合理利用也是造成问题的主要原因之一。
因此，以土地利用空间格局作为手段，从数量和空间结构方面入手，针对热环境特定问题提出解决措施，具有非常重要的实践意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种土地利用变化与城市热环境之间机制的研究方法，通过软件模拟，分析在土地利用类型下分别对热环境的影响程度，量化区域受到热影响的程度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：土地利用变化与城市热环境之间机制的研究方法,包括如下步骤:
1)研究主要采用中尺度天气预报模式(WRF，Weather research and forecastingmodel)模拟气温变化过程；
2)应用遥感、GIS及数学方法定量化来分析京津冀城市群的土地利用变化与城市热环境之间的形成机制与发展规律：自然要素和人为要素对区域热环境变化过程的影响程度。
3)通过WRF模式，设计不同情景，控制土地利用变量，实现土地利用对区域热环境影响的分离。
该方法具体步骤如下：
1)根据所研究区域，设置WRF模型模拟区域范围；
2)运用WRF模型模拟区域的气象条件；
3)将气象监测数据、土地利用数据、卫星遥感数据导入ArcGIS；
4)综合各个土地利用类型的变化图，以及研究范围的温度变化图；
5)根据上一步的结果来分析前者对后者的影响
土地利用变化的气候效应研究方法,将两期土地利用数据和相应时段的地表物理参数数据作为真实的下垫面条件。WRF模型用于定量模拟和分析土地利用变化和土地利用变化对区域气候的影响程度、趋势和差异。进一步揭示土地利用变化与土地利用变化过程与区域气候变化之间的定量关系，阐明主要土地利用变化对气候变化的影响。
本发明具有如下优点：
1.利用WRF及ArGIS模型模拟地区土地利用类型对温度的影响，速度快精度准。
能够准确揭示该地区热环境时空特征，揭示土地利用分布格局。并能改变下垫面类型等影响热量扩散的关键因素，定量分析土地利用类型在区域间对热量传输的影响，为预测城市热污染情况提供指导。
2.在理论成果的基础上，能够从落实区域联防联控、优化区域空间格局的角度，分配各区域土地类型配置任务，构建区域热环境调控策略。
附图说明
图1为研究区域组成示意；
图2为2015年土地利用类型的分布示意；
图3为WRF气象情景模拟示意；
图4为2000-2015年区域内土地利用类型的空间分布变化示意；
图5为2000-2015年区域内各土地利用类型的面积变化及比例示意；
图6为土地利用类型变化对京津冀区域年均气温影响的空间分布示意。
具体实施方式
下面通过附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。本发明的实施例是为了更好地使本领域的技术人员更好地理解本发明，并不对本发明作任何的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
首先,研究区网格设置。如图1所示，WRF的模拟区域范围覆盖京津冀城市群。采取通用兰伯特正形圆锥(LCC)投影，大地基准面为WGS-84，中心点经纬度(116.21342°E，39.584055°N)，标准纬线分别为35°N和45°N。模拟区域东西方向距离747km，共249个格点，南北方向距离1525km，共169个格点，网格间距9km。
其次是土地利用类型的类型划分。总共划分了11种土地利用类型，其中有主要土地利用类型——耕地，其次是草地、湿地、常绿针叶林、落叶针叶林、落叶阔叶林、混交林、郁闭灌丛、城市建设用地、裸地和水域。
利用ArcGIS对网格化的土地利用数据做简要转换和提取。将不同类型的土地利用综合在一张图中展示出来，更直接地显现城市群地区不同土地利用类型的占比和分布方式，见图2。
然后，WRF气象情景模拟。如图3所示，为了更准确地获取京津冀城市群的气象特征，WRF模式采用三重嵌套方案，外层网格为domain01，内层网格为domain02，domain01为domain02提供边界条件。domain02覆盖模拟区域，中心点经纬度为(116.21342°E，39.584055°N)。三重网格空间分辨率由内到外分别为3km、9km和27km，水平网格数分别为249×169、111×75和166×112。
第四步是对比两个不同时期的土地利用类型的变化。图4为土地利用类型空间分布变化示意图。
第五步是分析土地利用变化最显著的类型为耕地和城市建设用地。从2000年到2015年这15年间，耕地面积由1.21×105km2，缩减到1.19×105km2。城市建设用地的面积显著增加了3.03×103km2，其他的土地利用的面积几乎没有改变。
最后是分析土地利用变化对温度产生的影响。从2000年到2015年这15年间，设计了两种方案，其中方案B采取2015年的土地利用数据，而方案C采取2000年的土地利用的数据，将两个方案进行对比，即得到土地利用类型的变化对温度的影响，见图6。结果表明耕地变成城市建设用地使得气温上升0.96℃，湿地变成城市建设用地使得气温上升0.84℃，水域变成城市建设用地使得气温上升0.70℃。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.土地利用变化与城市热环境之间机制的研究方法,其特征在于,包括如下步骤:
1)研究主要采用中尺度天气预报模式模拟气温变化过程；
2)应用遥感、GIS及数学方法定量化来分析京津冀城市群的土地利用变化与城市热环境之间的形成机制与发展规律：自然要素和人为要素对区域热环境变化过程的影响程度；
3)通过WRF模式，设计不同情景，控制土地利用变量，实现土地利用对区域热环境影响的分离。
2.根据权利要求1所述的土地利用变化与城市热环境之间机制的研究方法，该方法具体步骤如下：
1)根据所研究区域，设置WRF模型模拟区域范围；
2)运用WRF模型模拟区域的气象条件；
3)将气象监测数据、土地利用数据、卫星遥感数据导入ArcGIS；
4)综合各个土地利用类型的变化图，以及研究范围的温度变化图；
5)根据上一步的结果来分析前者对后者的影响。
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