CN110750896A - 不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法与系统 - Google Patents

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CN110750896A CN201910984611.7A CN201910984611A CN110750896A CN 110750896 A CN110750896 A CN 110750896A CN 201910984611 A CN201910984611 A CN 201910984611A CN 110750896 A CN110750896 A CN 110750896A
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Abstract

本发明公开了一种不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法及系统，涉及城市绿地降温评估技术领域，其基于干旱指数，将全球观测样点划分为干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区，结合实地观测与卫星遥感技术，在此基础上分析不同气候区内蒸散量与不同植被类型降温效应之间的关系、叶面积指数与不同植被类型降温效应之间的关系，全面构建了以蒸散量和/或叶面积指数为表征参数的草地类型、灌丛类型、乔木类型和乔灌草复合结构类型分别在干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区内的降温效应评估模型。

Description

不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法与系统
技术领域
本发明涉及城市绿地降温评估技术领域，具体涉及不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法与系统。
背景技术
中国城镇化快速发展，使得大量的人造建筑物取代了自然地表，彻底改变了自然的人类生存环境热格局，最终导致城镇气温明显高于郊区，形成所谓的“热岛效应”，国外研究学者发现，城市绿地植被能有效的缓解城市“热岛效应”。目前国内外的绿地降温研究，研究方法主要有三种：布点式实地观测、卫星遥感技术、绿地降温模型。布点式实地观测是目前最为准确的研究方法，但是由于受时空能力的限制，存在监测周期长、覆盖范围小、成本高、劳动强度大、数据采集慢等问题，一般只能针对一个城市或者某几个样地进行，因此得出的结论也只具有地方代表性。卫星遥感技术可以克服上述布点式实地观测的缺点，但是卫星遥感影像由于穿透能力不足，受上层树冠的遮挡，无法直接获取林下温度，这对于开展城市绿地的降温效应研究带来较大障碍，但是基于遥感技术获取植被指数、景观指数、生物量、植被覆盖度等则为绿地降温机理研究提供了新的技术手段。目前现有技术中的城市绿地降温效应评估技术方法依然受实地观测时空尺度的限制，不能很好反应实际城市绿地的降温情况。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明提供一种不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法和系统，其基于全球实地观测降温数据与相应的卫星遥感技术，分析不同气候区不同植被类型蒸散量、叶面积指数与其降温作用之间的定量关系，最终构建一套以植被蒸散量和叶面积指数为表征参数的不同气候区域不同植被类型的城市绿地降温效应定量评估方法和系统，全面快速评估不同区域城市绿地类型的降温效应。
为实现上述目的，本发明技术方案如下：
一种不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，其包括：
步骤1：获取待评估样地的月平均温度、归一化植被指数、年均降雨量、月均降雨量和月实际日照时数；
步骤2：根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数；
步骤3：根据植被干旱指数将全球划分为干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区四种气候区，并判断待评估样地所属的气候区；
步骤4：根据归一化植被指数计算获得叶面积指数，根据月均降雨量、月平均温度和月实际日照时数计算获得蒸散量；
步骤5：根据叶面积指数和/或蒸散量建立待评估样地的降温效应评估模型，通过降温效应评估模型获得待评估样地植被类型的降温效应量；
步骤6：当降温效应量大于或等于0℃，此处绿地植被对周围环境产生增温或无影响的效果；当降温效应量小于0℃，此处绿地植被对周围环境产生降温的效果。
如上所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，进一步地，所述干旱区、所述半干旱半湿润区、所述中度湿润区和所述极度湿润区的绿地植被均被划分为草地、灌丛、乔木、乔灌草复合结构四种植被类型。
如上所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，进一步地，根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数为：
AI＝Pa/PET
式中，Pa表示年均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，
潜在蒸散量为：
Figure BDA0002236297690000021
式中，T(℃)为月平均温度，S为月实际日照时数(小时)，
I为热量指数：
Figure BDA0002236297690000022
a为经验常数：
a＝(0.675×I3-77.1×I2+17920×I+492390)×10-6。
如上所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，进一步地，根据叶面积指数建立干旱区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
灌丛类型植被类型：
Figure BDA0002236297690000031
乔木植被类型：
Figure BDA0002236297690000032
乔灌草复合结构植被类型：
Figure BDA0002236297690000033
式中：LAI表示叶面积指数，
Figure BDA0002236297690000034
表示干旱区中草地类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000035
表示干旱区中灌丛类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000036
表示干旱区中乔木类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000037
表示干旱区中乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量和叶面积指数建立半干旱半湿润区不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA0002236297690000038
Figure BDA0002236297690000039
灌丛类型植被类型：
Figure BDA00022362976900000310
乔木植被类型：
Figure BDA00022362976900000311
乔灌草复合结构植被类型：
Figure BDA00022362976900000312
式中，LAI表示叶面积指数，ET表示蒸散量；LAI表示叶面积指数，ET表示蒸散量；
Figure BDA00022362976900000313
表示当温度T>30℃且蒸散量ET>697.4mm时，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900000314
表示其他状态下，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900000315
半干旱半湿润区内灌丛类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900000316
表示半干旱半湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure BDA00022362976900000317
半干旱半湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量和叶面积指数建立中度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA00022362976900000318
灌丛类型植被类型：
Figure BDA00022362976900000319
乔灌草复合结构植被类型：
Figure BDA00022362976900000320
式中，LAI表示叶面积指数；ET表示蒸散量；
Figure BDA0002236297690000041
表示中度湿润区内草地类型的降温效应；表示中度湿润区内灌丛类型的降温效应；表示中度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量建立极度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA0002236297690000044
乔木植被类型：
Figure BDA0002236297690000045
乔灌草复合结构植被类型：
式中，ET表示蒸散量；表示极度湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000048
表示极度湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure BDA0002236297690000049
表示极度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应。
如上所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，进一步地，根据月均降雨量 Pm、月平均温度和月实际日照时数计算获得蒸散量ET为：
Figure BDA00022362976900000410
其中，Pm为月均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，w为经验系数。
依据不同植被类型或林型，根据归一化植被指数计算获得叶面积指数分别为：
针叶林：LAI＝1.8×(NDVI+0.069)/(0.815-NDVI)
针阔叶混交林：LAI＝4.686×NDVI/(1.181-NDVI)
阔叶林：LAI＝7.813×NDVI+0.789
灌木：LAI＝8.547×NDVI-0.932
草地：LAI＝3.968×NDVI-1.202
式中，NDVI为归一化植被指数。
一种不同气候区下城市绿地降温效应定量评估系统，其包括：
遥感获取模块，用于通过遥感技术获取待评估样地的月平均温度、归一化植被指数；
气象信息获取模块，用于获取待评估样地的气象信息，所述气象信息包括年均降雨量、月均降雨量和月实际日照时数；
样地判定模块，用于根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数，根据植被干旱指数将全球划分为干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区，判定待评估样地所属的气候区；
数据分析处理模块，用于根据归一化植被指数计算获得叶面积指数，根据月均降雨量、月平均温度和月实际日照时数计算获得蒸散量，并根据叶面积指数和/或蒸散量建立待评估样地的降温效应评估模型，通过降温效应评估模型获得待评估样地植被类型的降温效应量；
评估分析模块，用于根据评估降温效应量的值判断待评估样地的绿地植被是否产生降温的效果。
如上所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估系统，进一步地，所述干旱区、所述半干旱半湿润区、所述中度湿润区和所述极度湿润区的绿地植被均被划分为草地、灌丛、乔木、乔灌草复合结构四种植被类型。
如上所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，进一步地，根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数为：
AI＝Pa/PET
式中，Pa表示年均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，
潜在蒸散量为：
Figure BDA0002236297690000051
式中，T(℃)为月平均温度，S为月实际日照时数(小时)，
I为热量指数：
a为经验常数：
a＝(0.675×I3-77.1×I2+17920×I+492390)×10-6。
如上所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估系统，进一步地，根据叶面积指数建立干旱区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
灌丛类型植被类型：
Figure BDA0002236297690000054
乔木植被类型：
Figure BDA0002236297690000061
乔灌草复合结构植被类型：
Figure BDA0002236297690000062
式中：LAI表示叶面积指数，
Figure BDA0002236297690000063
表示干旱区中草地类型的降温效应；表示干旱区中灌丛类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000065
表示干旱区中乔木类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000066
表示干旱区中乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量和叶面积指数建立半干旱半湿润区不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA0002236297690000067
Figure BDA0002236297690000068
灌丛类型植被类型：
乔木植被类型：
乔灌草复合结构植被类型：
Figure BDA00022362976900000611
式中，LAI表示叶面积指数，ET表示蒸散量；LAI表示叶面积指数，ET表示蒸散量；
Figure BDA00022362976900000612
表示当温度T>30℃且蒸散量ET>697.4mm时，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900000613
表示其他状态下，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900000614
半干旱半湿润区内灌丛类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900000615
表示半干旱半湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure BDA00022362976900000616
半干旱半湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量和叶面积指数建立中度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA00022362976900000617
灌丛类型植被类型：
Figure BDA00022362976900000618
乔灌草复合结构植被类型：
Figure BDA00022362976900000619
式中，LAI表示叶面积指数；ET表示蒸散量；
Figure BDA00022362976900000620
表示中度湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900000621
表示中度湿润区内灌丛类型的降温效应；表示中度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量建立极度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA0002236297690000071
乔木植被类型：
乔灌草复合结构植被类型：
Figure BDA0002236297690000073
式中，ET表示蒸散量；
Figure BDA0002236297690000074
表示极度湿润区内草地类型的降温效应；表示极度湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure BDA0002236297690000076
表示极度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应。
如上所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估系统，进一步地，根据月均降雨量 Pm、月平均温度和月实际日照时数计算获得蒸散量ET为：
Figure BDA0002236297690000077
其中，Pm为月均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，w为经验系数。
依据不同植被类型或林型，根据归一化植被指数计算获得叶面积指数分别为：
针叶林：LAI＝1.8×(NDVI+0.069)/(0.815-NDVI)
针阔叶混交林：LAI＝4.686×NDVI/(1.181-NDVI)
阔叶林：LAI＝7.813×NDVI+0.789
灌木：LAI＝8.547×NDVI-0.932
草地：LAI＝3.968×NDVI-1.202
式中，NDVI为归一化植被指数。
本发明与现有技术相比，其有益效果在于：本发明基于干旱指数，将全球实验观测样点划分为干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区，结合实地观测与卫星遥感技术，在此基础上分析不同气候区内蒸散量与不同植被类型降温效应之间的关系、叶面积指数与不同植被类型降温效应之间的关系，全面构建了以蒸散量和/或叶面积指数为表征参数的草地类型、灌丛类型、乔木类型和乔灌草复合结构类型分别在干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区内的降温效应评估模型，利用模型评估城市绿地是否对周围环境产生降温的效果。
附图说明
图1是本发明基于实地观测与卫星遥感技术的不同气候区域城市绿地不同植被类型降温效应评估方法的流程图；
图2是干旱区中不同植被类型叶面积指数与降温效应在统计分析软件SPSS里面进行相关性分析示意图；其中，图2(a)、(b)、(c)、(d)分别表示草地类型、灌丛类型、乔木类型和乔灌草复合型植被叶面积指数与降温效应相关性分析示意图；
图3是半干旱半湿润区中不同植被类型蒸散量、叶面积指数与降温效应在统计分析软件 SPSS里面进行相关性分析示意图；其中，图3(a)、(c)、(e)、(g)分别表示草地类型、灌丛类型、乔木类型和乔灌草复合型植被蒸散量与降温效应相关性分析示意图；图3(b)、(d)、(f)、(h)分别表示草地类型、灌丛类型、乔木类型和乔灌草复合型植被叶面积指数与降温效应相关性分析示意图；
图4是中度湿润区中不同植被类型蒸散量、叶面积指数与降温效应在统计分析软件SPSS 里面进行相关性分析示意图；其中，图4(a)、(c)、(e)分别表示草地类型、灌丛类型、和乔灌草复合型植被蒸散量与降温效应相关性分析示意图；图4(b)、(d)、(f)分别表示草地类型、灌丛类型和乔灌草复合型植被叶面积指数与降温效应相关性分析示意图；
图5是极度湿润区中不同植被类型蒸散量与降温效应在统计分析软件SPSS里面进行相关性分析示意图；其中，图5(a)、(b)、(c)分别表示草地类型、乔木类型和乔灌草复合型植被蒸散量与降温效应相关性分析示意图；
图6是基于四个气候区内不同城市绿地类型植被特征参数为表征的降温效应评估模型模拟结果与基于实地观测结果比较示意图；其中，图6(a)、(b)、(c)、(d)分别表示干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区中不同城市绿地类型的降温效应评估模型模拟结果与基于实地观测结果比较示意图；
图7为本发明不同气候区下城市绿地降温效应定量评估系统的结构图。
图中：10、气象信息获取模块；20、遥感获取模块；30、样地判定模块；40、数据分析处理模块；50、评估分析模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。
实施例：
参见图1至图6，不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，包括
步骤1：获取待评估样地的月平均温度、归一化植被指数、年均降雨量、月均降雨量和月实际日照时数。
步骤2：根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数。
根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数为：
AI＝Pa/PET
式中，Pa表示年均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，
潜在蒸散量为：
Figure BDA0002236297690000091
式中，T(℃)为月平均温度，S为月实际日照时数(小时)，
I为热量指数：
Figure BDA0002236297690000092
a为经验常数：
a＝(0.675×I3-77.1×I2+17920×I+492390)×10-6。
步骤3：根据植被干旱指数将全球划分为干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区四种气候区，并判断待评估样地所属的气候区。进一步地，所述干旱区、所述半干旱半湿润区、所述中度湿润区和所述极度湿润区的绿地植被均被划分为草地、灌丛、乔木、乔灌草复合结构四种植被类型。
表1为基于干旱指数等级划分的气候区类别，结合样地相应的年降雨量(P，mm)和潜在蒸散量(PET，mm)信息，将样地划分为干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区四大气候区，进一步结合样地的植被类型，将城市绿地划分为草地、灌丛、乔木、乔灌草复合结构四种植被类型。
表1
Figure BDA0002236297690000093
步骤4：根据归一化植被指数计算获得叶面积指数，根据月均降雨量和潜在蒸散量计算获得蒸散量。
根据月均降雨量Pm和潜在蒸散量PET计算获得蒸散量ET为：
Figure BDA0002236297690000101
其中，Pm为月均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，w为经验系数。
依据不同植被类型或林型，根据归一化植被指数计算获得叶面积指数分别为：
针叶林：LAI＝1.8×(NDVI+0.069)/(0.815-NDVI)
针阔叶混交林：LAI＝4.686×NDVI/(1.181-NDVI)
阔叶林：LAI＝7.813×NDVI+0.789
灌木：LAI＝8.547×NDVI-0.932
草地：LAI＝3.968×NDVI-1.202
式中，NDVI为归一化植被指数。由卫星遥感影像TM数据重新采样建立30m空间分辨率的数据集在ENVI平台下通过波段代数运算方法生成。
步骤5：根据叶面积指数和/或蒸散量建立待评估样地的降温效应评估模型，通过降温效应评估模型获得待评估样地植被类型的降温效应量。
其中，对于干旱区，将其不同植被类型样地的蒸散量(ET)和叶面积指数(LAI)与降温效应在SPSS里面进行相关性分析发现，降温效应在所有植被类型中均与蒸散量(ET)无显著的相关关系，参见图2，而与叶面积指数(LAI)呈现良好的相关关系，在0.01水平上显著相关。可见叶面积指数(LAI)是影响干旱区城市绿地降温的主要参数。本发明基于两者的相关关系，根据叶面积指数建立干旱区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA0002236297690000102
灌丛类型植被类型：
Figure BDA0002236297690000103
乔木植被类型：
乔灌草复合结构植被类型：
Figure BDA0002236297690000105
式中，LAI表示叶面积指数；
Figure BDA0002236297690000106
表示干旱区中草地类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000107
表示干旱区中灌丛类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000108
表示干旱区中乔木类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000109
表示干旱区中乔灌草复合结构类型的降温效应；
对于半干旱半湿润区，获取属于半干旱半湿润区的观测样点不同植被类型的降温效应 (ΔTsem)，将不同植被类型的蒸散量(ET)和叶面积指数(LAI)分别与相应的降温效应(ΔTsem) 在统计分析软件SPSS里面进行线性回归分析，其结果如图3及表2所示，其中，表2为基于线性回归分析的模型决定系数及其精度。
表2
Figure BDA0002236297690000111
本发明基于以上分析，根据蒸散量和叶面积指数建立半干旱半湿润区不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA0002236297690000121
Figure BDA0002236297690000122
灌丛类型植被类型：
Figure BDA0002236297690000123
乔木植被类型：
Figure BDA0002236297690000124
乔灌草复合结构植被类型：
Figure BDA0002236297690000125
式中，LAI表示叶面积指数，ET表示蒸散量；表示当温度T>30℃且蒸散量ET>697.4mm时，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000127
表示其他状态下，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000128
半干旱半湿润区内灌丛类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000129
表示半干旱半湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure BDA00022362976900001210
半干旱半湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
对于中度湿润区，获取属于中度湿润区的观测样点不同植被类型的降温效应(ΔTtem)，将不同植被类型的蒸散量(ET)和叶面积指数(LAI)分别与相应的降温效应(ΔTtem)在统计分析软件SPSS里面进行线性回归分析，如图4所示，草地类型和灌丛类型的蒸散量(ET)与降温效应呈现良好的相关关系，而乔灌草复合结构型的蒸散量(ET)和叶面积指数(LAI)均与降温效应呈现良好的相关关系，且都在0.001水平上呈显著相关。可见蒸散量(ET)和叶面积指数(LAI)是影响该气候区内乔灌草复合结构类型降温效应的主要参数；而蒸散量(ET) 是影响该气候区内草地类型和灌丛类型降温效应的主要参数。本发明基于以上相关关系，根据蒸散量和叶面积指数建立中度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA00022362976900001211
灌丛类型植被类型：
Figure BDA00022362976900001212
乔灌草复合结构植被类型：
Figure BDA00022362976900001213
式中，LAI表示叶面积指数；ET表示蒸散量；
Figure BDA00022362976900001214
表示中度湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900001215
表示中度湿润区内灌丛类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900001216
表示中度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
对于极度湿润区，获取属于极度湿润区的观测样点不同植被类型的降温效应(ΔText)，将不同植被类型的蒸散量(ET)分别与相应的降温效应(ΔText)在统计分析软件SPSS里面进行线性回归分析发现，如图5所示，不同植被类型蒸散量(ET)与降温效应呈现良好的相关关系，在0.001水平上呈显著相关。可见蒸散量(ET)是影响极度湿润区内不同植被类型降温效应的主要参数。本发明基于两者的相关关系，根据蒸散量建立极度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA0002236297690000131
乔木植被类型：
Figure BDA0002236297690000132
乔灌草复合结构植被类型：
式中，ET表示蒸散量；
Figure BDA0002236297690000134
表示极度湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000135
表示极度湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure BDA0002236297690000136
表示极度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应。
为验证模型的精度，本发明基于四个气候区(干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区)内不同植被类型(草地类型、灌丛类型、乔木类型和乔灌草复合结构类型)特征参数为表征的降温效应评估模型模拟结果与基于实地观测结果，在统计分析软件中进行分析比较，如图6所示，结果发现，模拟结果较好，决定系数R在干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区中分别为0.54、0.76、0.56和0.64，且都在0.001水平上显著相关，均方根误差RMSE在四个气候区中依次为1.06℃、1.12℃、1.11℃和0.76℃，而平均相对误差MRE依次为20.78％、20.86％、31.35％和35.34％。可见，本发明构建的干旱区不同植被类型降温效应评估模型、半干旱半湿润区不同植被类型降温效应评估模型、中度湿润区不同植被类型降温效应评估模型和极度湿润区不同植被类型降温效应评估模型精度良好。
步骤6：当降温效应量大于或等于0℃，此处绿地植被对周围环境产生增温或无影响的效果；当降温效应小于0℃，此处绿地植被对周围环境产生降温的效果。
判断全球不同区域不同城市绿地类型植被对“热岛效应”缓解起正作用、无作用或是反作用，以此评估此处城市绿地规划合理与否，并提出规划建议。
(1)当输出结果ΔT(℃)>＝0时，此处绿地植被对周围环境产生增温或无影响的效果，对缓解城市“热岛效应”起到反作用或不起作用，规划不合理，需改进。进入预测模式，所获取参数再次进入处理计算模式，模拟计算出其他城市绿地类型植被降温效应。输出结果ΔT <0，且结果值最小则为最优植被类型，最终提出规划建议。
(2)当输出结果ΔT(℃)<0时，此处绿地植被对周围缓解产生降温的效果，对缓解城市“热岛效应”起正作用，规划合理，无需改进。
参见图7，不同气候区下城市绿地降温效应定量评估系统，其包括：遥感获取模块20，用于通过遥感技术获取待评估样地的月平均温度、归一化植被指数；气象信息获取模块10，用于获取待评估样地的气象信息，所述气象信息包括年均降雨量、月均降雨量和月实际日照时数；样地判定模块30，用于根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数，根据植被干旱指数将全球划分为干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区，并判断待评估样地所属气候区；数据分析处理模块40，用于根据归一化植被指数计算获得叶面积指数，根据月均降雨量计算获得蒸散量，并根据归一化植被指数计算获得叶面积指数，根据月均降雨量、月平均温度和月实际日照时数计算获得蒸散量；评估分析模块50，用于根据评估降温效应量的值判断待评估样地的绿地植被是否产生降温的效果。
进一步地，根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数为：
AI＝Pa/PET
式中，Pa表示年均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，
潜在蒸散量为：
Figure BDA0002236297690000141
式中，T(℃)为月平均温度，S为月实际日照时数(小时)，
I为热量指数：
Figure BDA0002236297690000142
a为经验常数：
a＝(0.675×I3-77.1×I2+17920×I+492390)×10-6。
进一步地，根据叶面积指数建立干旱区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA0002236297690000143
灌丛类型植被类型：
Figure BDA0002236297690000144
乔木植被类型：
Figure BDA0002236297690000151
乔灌草复合结构植被类型：
式中：LAI表示叶面积指数，表示干旱区中草地类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000154
表示干旱区中灌丛类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000155
表示干旱区中乔木类型的降温效应；表示干旱区中乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量和叶面积指数建立半干旱半湿润区不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA0002236297690000157
灌丛类型植被类型：
乔木植被类型：
乔灌草复合结构植被类型：
Figure BDA00022362976900001511
式中，LAI表示叶面积指数，ET表示蒸散量；LAI表示叶面积指数，ET表示蒸散量；
Figure BDA00022362976900001512
表示当温度T>30℃且蒸散量ET>697.4mm时，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900001513
表示其他状态下，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900001514
半干旱半湿润区内灌丛类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900001515
表示半干旱半湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure BDA00022362976900001516
半干旱半湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量和叶面积指数建立中度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
灌丛类型植被类型：
Figure BDA00022362976900001518
乔灌草复合结构植被类型：
式中，LAI表示叶面积指数；ET表示蒸散量；
Figure BDA00022362976900001520
表示中度湿润区内草地类型的降温效应；表示中度湿润区内灌丛类型的降温效应；
Figure BDA00022362976900001522
表示中度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量建立极度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure BDA0002236297690000161
乔木植被类型：
Figure BDA0002236297690000162
乔灌草复合结构植被类型：
式中，ET表示蒸散量；
Figure BDA0002236297690000164
表示极度湿润区内草地类型的降温效应；
Figure BDA0002236297690000165
表示极度湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure BDA0002236297690000166
表示极度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应。
进一步地，根据月均降雨量Pm计算获得蒸散量ET为：
Figure BDA0002236297690000167
其中，Pm为月均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，w为经验系数。
依据不同植被类型或林型，根据归一化植被指数计算获得叶面积指数分别为：
针叶林：LAI＝1.8×(NDVI+0.069)/(0.815-NDVI)
针阔叶混交林：LAI＝4.686×NDVI/(1.181-NDVI)
阔叶林：LAI＝7.813×NDVI+0.789
灌木：LAI＝8.547×NDVI-0.932
草地：LAI＝3.968×NDVI-1.202
式中，NDVI为归一化植被指数。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，其特征在于，包括：
步骤1：获取待评估样地的月平均温度、归一化植被指数、年均降雨量、月均降雨量和月实际日照时数；
步骤2：根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数；
步骤3：根据植被干旱指数将全球划分为干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区四种气候区，并判断待评估样地所属的气候区；
步骤4：根据归一化植被指数计算获得叶面积指数，根据月均降雨量、月平均温度和月实际日照时数计算获得蒸散量；
步骤5：根据叶面积指数和/或蒸散量建立待评估样地的降温效应评估模型，通过降温效应评估模型获得待评估样地植被类型的降温效应量；
步骤6：当降温效应量大于或等于0℃，此处绿地植被对周围环境产生增温或无影响的效果；当降温效应量小于0℃，此处绿地植被对周围环境产生降温的效果。
2.根据权利要求1所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，其特征在于，所述干旱区、所述半干旱半湿润区、所述中度湿润区和所述极度湿润区的绿地植被均被划分为草地、灌丛、乔木、乔灌草复合结构四种植被类型。
3.根据权利要求1所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，其特征在于，根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数为：
AI＝＝Pa/PET
式中，Pa表示年均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，
潜在蒸散量为：
Figure FDA0002236297680000011
式中，T(℃)为月平均温度，S为月实际日照时数(小时)，
I为热量指数：
Figure FDA0002236297680000012
a为经验常数：
a＝(0.675×I3-77.1×I2+17920×I+492390)×10-6。
4.根据权利要求1所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，其特征在于，根据叶面积指数建立干旱区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
灌丛类型植被类型：
乔木植被类型：
Figure FDA0002236297680000023
乔灌草复合结构植被类型：
Figure FDA0002236297680000024
式中：LAI表示叶面积指数，
Figure FDA0002236297680000025
表示干旱区中草地类型的降温效应；表示干旱区中灌丛类型的降温效应；
Figure FDA0002236297680000027
表示干旱区中乔木类型的降温效应；
Figure FDA0002236297680000028
表示干旱区中乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量和叶面积指数建立半干旱半湿润区不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure FDA0002236297680000029
Figure FDA00022362976800000210
灌丛类型植被类型：
Figure FDA00022362976800000211
乔木植被类型：
Figure FDA00022362976800000212
乔灌草复合结构植被类型：
Figure FDA00022362976800000213
式中，LAI表示叶面积指数，ET表示蒸散量；LAI表示叶面积指数，ET表示蒸散量；
Figure FDA00022362976800000214
表示当温度T＞30℃且蒸散量ET＞697.4mm时，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；表示其他状态下，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；
Figure FDA00022362976800000216
半干旱半湿润区内灌丛类型的降温效应；
Figure FDA00022362976800000217
表示半干旱半湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure FDA00022362976800000218
半干旱半湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量和叶面积指数建立中度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure FDA00022362976800000219
灌丛类型植被类型：
乔灌草复合结构植被类型：
Figure FDA0002236297680000032
式中，LAI表示叶面积指数；ET表示蒸散量；
Figure FDA0002236297680000033
表示中度湿润区内草地类型的降温效应；
Figure FDA0002236297680000034
表示中度湿润区内灌丛类型的降温效应；
Figure FDA0002236297680000035
表示中度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量建立极度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure FDA0002236297680000036
乔木植被类型：
Figure FDA0002236297680000037
乔灌草复合结构植被类型：
Figure FDA0002236297680000038
式中，ET表示蒸散量；
Figure FDA0002236297680000039
表示极度湿润区内草地类型的降温效应；表示极度湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure FDA00022362976800000311
表示极度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应。
5.根据权利要求1所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估方法，其特征在于，根据月均降雨量Pm、月平均温度和月实际日照时数计算获得蒸散量ET为：
Figure FDA00022362976800000312
其中，Pm为月均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，w为经验系数；
依据不同植被类型或林型，根据归一化植被指数计算获得叶面积指数分别为：
针叶林：LAI＝1.8×(NDVI+0.069)/(0.815-NDVI)
针阔叶混交林：LAI＝4.686×NDVI/(1.181-NDVI)
阔叶林：LAI＝7.813×NDVI+0.789
灌木：LAI＝8.547×NDVI-0.932
草地：LAI＝3.968×NDVI-1.202
式中，NDVI为归一化植被指数。
6.一种不同气候区下城市绿地降温效应定量评估系统，其特征在于，包括：
遥感获取模块，用于通过遥感技术获取待评估样地的月平均温度、归一化植被指数；
气象信息获取模块，用于获取待评估样地的气象信息，所述气象信息包括年均降雨量、月均降雨量和月实际日照时数；
样地判定模块，用于根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数，根据植被干旱指数将全球划分为干旱区、半干旱半湿润区、中度湿润区和极度湿润区，判定待评估样地所属的气候区；
数据分析处理模块，根据归一化植被指数计算获得叶面积指数，根据月均降雨量、月平均温度和月实际日照时数计算获得蒸散量，并根据叶面积指数和/或蒸散量建立待评估样地的降温效应评估模型，通过降温效应评估模型获得待评估样地植被类型的降温效应量；
评估分析模块，用于根据评估降温效应量的值判断待评估样地的绿地植被是否产生降温的效果。
7.根据权利要求6所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估系统，其特征在于，所述干旱区、所述半干旱半湿润区、所述中度湿润区和所述极度湿润区的绿地植被均被划分为草地、灌丛、乔木、乔灌草复合结构四种植被类型。
8.根据权利要求6所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估系统，其特征在于，根据年均降雨量、月实际日照时数和月平均温度计算获得植被干旱指数为：
AI＝Pa/PET
式中，Pa表示年均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，
潜在蒸散量为：
Figure FDA0002236297680000041
式中，T(℃)为月平均温度，S为月实际日照时数(小时)，
I为热量指数：
Figure FDA0002236297680000042
a为经验常数：
a＝(0.675×I3-77.1×I2+17920×I+492390)×10-6。
9.根据权利要求6所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估系统，其特征在于，根据叶面积指数建立干旱区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
灌丛类型植被类型：
Figure FDA0002236297680000051
乔木植被类型：
乔灌草复合结构植被类型：
Figure FDA0002236297680000053
式中：LAI表示叶面积指数，
Figure FDA0002236297680000054
表示干旱区中草地类型的降温效应；
Figure FDA0002236297680000055
表示干旱区中灌丛类型的降温效应；
Figure FDA0002236297680000056
表示干旱区中乔木类型的降温效应；
Figure FDA0002236297680000057
表示干旱区中乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量和叶面积指数建立半干旱半湿润区不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure FDA0002236297680000058
Figure FDA0002236297680000059
灌丛类型植被类型：
Figure FDA00022362976800000510
乔木植被类型：
Figure FDA00022362976800000511
乔灌草复合结构植被类型：
Figure FDA00022362976800000512
式中，LAI表示叶面积指数，ET表示蒸散量；LAI表示叶面积指数，ET表示蒸散量；
Figure FDA00022362976800000513
表示当温度T＞30℃且蒸散量ET＞697.4mm时，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；
Figure FDA00022362976800000514
表示其他状态下，半干旱半湿润区内草地类型的降温效应；
Figure FDA00022362976800000515
半干旱半湿润区内灌丛类型的降温效应；
Figure FDA00022362976800000516
表示半干旱半湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure FDA00022362976800000517
半干旱半湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量和叶面积指数建立中度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure FDA00022362976800000518
灌丛类型植被类型：
Figure FDA00022362976800000519
乔灌草复合结构植被类型：
式中，LAI表示叶面积指数；ET表示蒸散量；
Figure FDA0002236297680000062
表示中度湿润区内草地类型的降温效应；
Figure FDA0002236297680000063
表示中度湿润区内灌丛类型的降温效应；
Figure FDA0002236297680000064
表示中度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应；
根据蒸散量建立极度湿润区内不同植被类型的降温效应评估模型为：
草地植被类型：
Figure FDA0002236297680000065
乔木植被类型：
Figure FDA0002236297680000066
乔灌草复合结构植被类型：
Figure FDA0002236297680000067
式中，ET表示蒸散量；
Figure FDA0002236297680000068
表示极度湿润区内草地类型的降温效应；
Figure FDA0002236297680000069
表示极度湿润区内乔木类型的降温效应，
Figure FDA00022362976800000610
表示极度湿润区内乔灌草复合结构类型的降温效应。
10.根据权利要求6所述的不同气候区下城市绿地降温效应定量评估系统，其特征在于，根据月均降雨量Pm、月平均温度和月实际日照时数计算获得蒸散量ET为：
Figure FDA00022362976800000611
其中，Pm为月均降雨量(mm)，PET表示潜在蒸散量(mm)，w为经验系数。
依据不同植被类型或林型，根据归一化植被指数计算获得叶面积指数分别为：
针叶林：LAI＝1.8×(NDVI+0.069)/(0.815-NDVI)
针阔叶混交林：LAI＝4.686×NDVI/(1.181-NDVI)
阔叶林：LAI＝7.813×NDVI+0.789
灌木：LAI＝8.547×NDVI-0.932
草地：LAI＝3.968×NDVI-1.202
式中，NDVI为归一化植被指数。
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CN111797493A (zh) * 2020-05-11 2020-10-20 广州地理研究所 具有生物物理意义的森林种植水资源效应评估方法及系统

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CN102565777A (zh) * 2012-01-17 2012-07-11 复旦大学 一种城市绿地群落结构信息获取与评价方法
CN106952174A (zh) * 2017-03-17 2017-07-14 中国林业科学研究院森林生态环境与保护研究所 一种基于土壤水分植被承载力的水源涵养林密度配置方法

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