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空天院城市陆表环境遥感团队首次提出工业热岛效应定义与定量化方法范式

近日,中国科学院空天信息创新研究院遥感卫星应用国家工程实验室孟庆岩研究员团队在工业热岛效应时空论证与度量方法方面取得进展。相关研究成果在线发表在环境科学领域顶刊《环境污染》(Environmental Pollution)。题目为“大型工业园区是否在城市内部产生子热岛效应?基于中国顶级钢铁工厂时空分析的新证据、定量方法及影响因素(Do industrial parks generate intra-heat island effects in cities? Newevidence, quantitative methods, and contributing factors from a spatiotemporalanalysis of top steel plants in China)”。

城市热岛效应是指在大量人为热排放、不透水面聚集等众多因素下造成的“高温化”,即城市区域温度高于其周边农村区域温度的现象。城市温度的上升加剧了空气污染,对居民生产生活与城市生态环境造成了一系列负面影响。因此,如何缓解城市热岛效应,已成为国内外学者所关注的热点环境问题。目前,很少有研究深入探讨聚集的工业设施(例如大型钢铁厂)是否会在城市建成区内部产生子热岛效应。工业热岛效应尚缺少明确的判定标准与时空论证,普适的度量方法有待突破,造成子热岛效应的成因不明。

本研究将工业园区从其他人工地表中独立出来,在原始的城市地表温度空间分布基础上,系统地构建了基于“地表温度廓线—热岛强度计算—热异常分级—热景观格局指数”的工业热岛效应定量化方法范式,通过时空论证为这种城市内部的子热岛效应提供了新的证据。据此,该项研究首次明确了工业热岛效应的遥感定义,并总结了其时空变化特征。

时空分析结果显示,工业园区地表温度廓线均显示出下降趋势,工业园区地表温度显著高于城市自然地表/人工地表/背景缓冲区的平均水平。工业热岛强度存在季节性变化:春夏季工业热岛效应强烈,秋季减弱,冬季最弱;而园区内部的热景观斑块破碎度呈现相反的季节变化特征。

Pearson相关系数结果表明,人为热排放加剧了工业热岛强度,工业生产活动中的能源消耗对区域地表温度具有显著影响。此外,研究基于地理探测器模型讨论了多因子对地表温度驱动作用的季节变化及不同空间尺度下的差异。相关研究成果为精细尺度下城市子热岛效应建模与评估提供了技术方法,对城市微气候研究与环境规划具有重要意义。

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图1  工业热岛效应定量化方法与时空变化特征研究流程

该研究得到中国科学院空天信息创新研究院重点部署项目“多尺度城市灰度对热力景观作用机理研究”、国家重点研发计划“构造活动卫星热红外信息提取与地震异常精细识别技术研究”、国家高分辨率对地观测重大科技专项“高分环境监测综合验证和应用示范”等项目资助支持。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.118383

论文信息:

Qingyan Meng, Die Hu*, Ying Zhang, Xu Chen, Linlin Zhang, Zian Wang, Doindustrial parks generate intra-heat island effects in cities? New evidence,quantitative methods, and contributing factors from a spatiotemporal analysisof top steel plants in China, Environmental Pollution, Volume 292, Part B,2022, 118383, ISSN 0269-7491.

以上内容由遥感卫星应用国家工程实验室孟庆岩、胡蝶提供。


 

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