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城镇化建设对地表湿热环境的影响

2019-07-08 16:04 来源:城镇化建设论文 人参与在线咨询

摘要:在我国新型城市化建设进程快速推进的背景下,出现大量建设用地急剧膨胀、绿地面积大幅减少现象,最终对城市地表热环境造成负面影响。以重庆市快速发展地区为例,探讨重庆市不同于其他平原地区的山地高密度城市化建设特点,分析城市热岛效应、NDVI平均数值和城市建成区面积三者间的关系。研究表明,重庆中部发达地区相对郊区热岛效应具有广泛性分布和斑块化特点,NDVI数值和地表亮温呈反比关系。结果表明,城镇化建设所引发的绿地减少、向周边郊区扩张现象,是导致重庆市地表热环境变化的重要因素。

关键词:城镇化建设;热岛效应;地表热环境;影响因素;重庆市

一、引言

城市地表热环境是现阶段城市环境、气候研究领域的热点性话题。对于重庆市山多水多的特点而言,城市化建设进程中存在局部土地开发利用率过高、土地资源紧缺、地块容积率较高等特点,其地表热环境被此类高强度开发影响,其地表温度普遍高于郊区地区,热效应也更为明显。

二、重庆市山地高密度城市化建设地表热环境研究综述

(一)重庆市山地高密度城市化建设特点

不同城市根据其差异性的建设规模、建筑密度可分为低密度城市与高密度城市。重庆是我国新型城市化建设的过程中的标志性地区,无疑属于高密度城市。同时,重庆市以其山多河多,地势连绵起伏的特点又被归纳于山地城市中。山地城市与其他平原城市差异较大,类属特殊城市形态,用地结构、空间结构、道路结构以及街道尺寸、建筑形式、绿地格局均和平原城市具有明显区别。重庆市受其地貌地形和外部自然条件限制,呈现出建筑高密度聚集的中心紧凑式城市形态。此类人口、建筑密度极高的区域正为重庆市经济、文化、商业等活动行为的核心地区,与其相类似的我国城市还有香港。此外,此类高密度地区还具有地块容积率高、开发力度大等特点。

(二)重庆山地高密度城市化热环境概述

受地理环境制约,重庆城市化建设进程中存在局部土地开发利用率过高、土地资源紧缺、地块容积率较高等特点,其地表热环境被此类高强度开发影响,其地表温度普遍高于郊区地区,热效应也更为明显。一方面,重庆市与平原城市存在显著差异,起伏连绵的山地地形和大面积的河流导致重庆市形成了与其相符合的特殊性气候。复杂的地理条件成为城市建设的一道道屏障,城市格局被自然性的划分为多个部分,进而衍生出一种以山水环境为根本的城市化建设总体格局。并且,微气候环境随着重庆市这种山水环境格局展现出地区差异。另一方面,重庆市在城市化建设过程中的大规模突击开发,造成城市空间承载过大,交通、娱乐、教育、经济、居住、办公等各种城市功能的混合,吸入了更多的人口。进而出现大规模、高强度的社会生活活动、生产活动等,导致城市空间产出相对平原城市更多的热量,且不容易扩散,形成严重的热岛效应,这也是重庆长期以来被称为中国火炉的原因之一。

三、城镇化建设对地表热环境的影响因素分析

(一)城镇化建设对地表热环境的影响因素分析

城市地表热环境的主要原因是由于下垫面和人为热量释放所致,同时还受到不同地区、气候、季节和天气的影响,本文针对下垫面情况展开分析。下垫面作为城市地表热环境产生的关键因素,人类活动的影响最先是通过对下垫面性质的转化而实现的。重庆市由于人口密度高、人口集中现象明显、生产过度密集等特点,在城市化建设的过程中,必然涉及到大量的扩建建筑物、改建街道、新建楼宇等工作,进而导致城市建设持续从中心向郊区、地下、半空扩散。过去是森林、草场、牧场、农场、水池的生态环境,被沥青、砖头、钢筋和混凝土等非透水地貌代替。这种不透水的地貌组织与过去空旷荒地、水域或者被植被覆盖的稀松土地相比,非透水组织全方位、多角度改变了城市区下垫面的动力学和热力学特点,其表象在于城市对太阳热量辐射的返回率相对郊区大幅降低,热容总量、热量传导率等方面均比郊区更高,并且储热能力也远远超出郊区地区。然而,由于城市化建设所导致的植被面积大幅下降、植被覆盖率低、不透水规模大等因素,储存水体能力相对郊区明显不足,水分蒸发幅度相对郊区更低,下垫面粗糙程度也比郊区更大,受市区大量中高层建筑影响,其风速也更小,对地表热量的散发极其不利。重庆市高层建筑极多,甚至部分可以用高耸入天来形容,其蓝天可见度低,导致地表长波辐射热损损失明显降低,进而在水分平衡方面和能量平衡方面,城市与郊区相比具有显著差异。通过下垫面和城市上空底层大气压的辐射、传导、乱流以及对流等物理环节进行物质交换、能量交换,对城市湿度、温度以及气流产生影响,最终导致形成与周围郊区环境不同的城市化地表热环境。通过对三个时间段的热岛效应分布图对比发现,研究区域热岛效应在2010年1月份最明显,2000年10月份相对较少,2002年12月份热岛效应对地表热环境的影响十分轻微。重庆南部地区的地表热环境情况和其地形特征之间具有紧密关系,通过对卫星图像的分析得出,由南向北,以东环立交桥、黄角湾立交桥、茶园路、海峡路、华村立交桥、大庆村立交桥、北环立交桥再到东环立交桥的环形连线为分界线,主城区和郊区的地表热环境具有较为明显的差异。城市内部为集生活、生产、经济与一体的高度城市化区域,交通网密集、建筑和人口密度极高,导致内部热岛效应广泛分布,热岛斑块具有强度高和碎片化特点,呈现出杂乱无序的大致格局。通过深入分析不难发现,热岛效应明显的地区均为建筑密集和人口密集的区域。内部地区以其强大的经济实力将大部分街区建设成具有一定规模的城市化区域,这也就是导致内部热岛效应极为强烈的最终原因和根本因素。

(二)城市绿地系统对地表热环境的影响分析

绿地系统在城市化建设中扮演着重要角色,是城市人口居住环境的关键组成部分,既可以为城市提供绿色自然的空间,也能对城市的美观产生正面影响,优化城市空气质量,大幅降低城市地表温度,是极多种功能于一体的生态环境改善工具。与此同时,植被覆盖面积和覆盖率的减小,是造成重庆市热岛效应变化和具体分布的影响因素,利用随机采样的分析方式和线性回归的分析方式对地表亮温和NDVI值之间的关系进行定量。根据刘焱序,彭建,王仰麟等人在其发表的学术论文《城市热岛效应与景观格局的关联》中指出,以2015年数据为例,对研究区域进行随机采样(不包括水体区域),得到500个样点,分析和样点坐标位置相应的NDVI数值和地表亮温。上述采样地区的地表亮温数值范围是12.33摄氏度到18.75摄氏度,与其相对应的NDVI数值范围在-0.299到0.577之间。通过刘焱序,彭建,王仰麟等人的对样本的线性分析可知,亮温(x)与NDVI数值(y)基本符合下列关系,即x=-13.22y+17.16。公式中二者显现出明显的反比关系,所以NDVI数值越小,那么温度就越高。根据易佳,田永中,高阳华,朱莉芬,钟燕林等人在对重庆市热岛效应进行分析时,收集2010年3月到2018年3月平均NDVI数值和平均热岛效应面积数值,并采取对比,导出研究区域热岛面积平均数值、NDVI平均数值和城市建成区面积三者之间的具体变化关系。

四、结语

综上所述,城市热环境除人为因素外,对其影响最深的应是下垫面。然而,下垫面虽然相对复杂性较高,但是其决定性因素取决于城市化建设程度。城市化建成区域、绿地系统占比对城市热岛效应的分布构成直接影响。重庆中部地区由于其山地城市化建设特征,中部热岛效应更加明显,斑块化热岛效应明显,城镇化建设所引发的绿地减少、向周边郊区扩张现象,是导致重庆市地表热环境变化的重要因素。因此,为改善重庆市现有居住环境,建议加大绿地系统开发力度,致力于可持续发展、生态发展的城市化建设。

【参考文献】

[1]刘焱序,彭建,王仰麟.城市热岛效应与景观格局的关联:从城市规模、景观组分到空间构型[J].生态学报,2017,37(23):7769-7780.

[2]谢苗苗,王仰麟,李贵才,常青,吴健生,曾祥坤.不同城市化阶段景观演变的热环境效应动态——以深圳西部地区为例[J].地理研究,2009,28(4):1085-1094.

[3]彭翀,邹祖钰,洪亮平,潘起胜.旧城区风热环境模拟及其局部性更新策略研究——以武汉大智门地区为例[J].城市规划,2016,40(8):16-24.

[4]易佳,田永中,高阳华,朱莉芬,钟燕林.基于RS的山地城市热岛效应及其与土地覆被变化关系研究——以重庆市主城区为例[J].云南师范大学学报(自然科学版),2018(6):62-69.

作者:刘娜娜 周洋 王雪琴 单位:重庆房地产职业学院

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