Relationships between Urban Landscape Pattern and Land Surface Temperature: A Case Study of Shenzhen

doi:10.13209/j.0479-8023.2017.021

Abstract

Abstract:

Using the Landsat TM imagery and land use data of Shenzhen in Oct. 2009, this paper studied the relationship between land use structure and spatial differentiation of thermal environment, by land surface temperature (LST) retrieval, temperature zoning and overlay mapping. Besides, investigation of plots in three temperature partitions and analysis of landscape metrics were also used to study the relationship between landscape characteristics and LST. The results showed that, 1) there were significant variation in both land use structure and spatial pattern of different temperature partition. The landscape of mid-temperature partition was highly fragmented and patch shape was most complex. In cooling-island partition, heterogeneity of landscape was low and patch shape were relatively simple with an aggregated structure. 2) relationships between spatial pattern and LST also differed among the three partitions. The landscape-level configuration metrics were all significantly negatively correlated to LST in heat-island partition , however, they displayed a positive relationship in cool-island partition. 3) In greenspace and water area, several patch-level landscape metrics displayed an inconsistent relationship among three partitions, suggested there existed a threshold character in cooling effect of ecological land uses. Research on relationship between urban landscape pattern and LST can help us understand the influence of the land use pattern on surface thermal environment, and it also provide support for studies about optimization of landscape pattern to ease heat island effect.

Key words: land surface temperature, land use, landscape pattern, Shenzhen city

摘要：

利用深圳市2009年10月的TM影像和土地利用数据, 通过地表温度反演、温度差异分区和叠图分析方法, 研究土地利用类型和结构与地表热环境分异特征之间的关系, 同时使用不同温度分区样地调查与景观格局分析方法, 探讨城市景观格局与地表热环境之间的关系。结果表明: 1) 不同温度分区的土地利用结构差异显著, 景观格局特征分异明显, 中温区景观的破碎化程度最高、形状最复杂, 冷岛区景观的异质性最低、形状简单聚集程度高; 2) 不同温度分区的景观格局特征与温度的相关关系也截然不同, 热岛区的景观整体格局指数与地表温度呈负相关, 在冷岛区为正相关关系; 3) 绿地、水域等土地利用类型的面积百分比及格局指数在冷、热岛区域与地表温度的相关关系差异显著, 并且对地表的降温效应显示明显的阈值特征。研究城市景观格局与地表温度的关系, 有助于深入理解土地利用格局对城市地表热环境的影响, 可以为城市景观格局优化、缓解热岛效应提供基础研究支持。

关键词: 地表温度, 土地利用, 景观格局, 深圳市

Jing ZOU, Hui ZENG. Relationships between Urban Landscape Pattern and Land Surface Temperature: A Case Study of Shenzhen[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2017, 53(3): 436-444.

邹婧, 曾辉. 城市地表热环境与景观格局的关系—— 以深圳市为例[J]. 北京大学学报自然科学版, 2017, 53(3): 436-444.

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URL: https://xbna.pku.edu.cn/EN/10.13209/j.0479-8023.2017.021

https://xbna.pku.edu.cn/EN/Y2017/V53/I3/436

Figures/Tables 8

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土地利用类型	土地调查数据一级分类	包含内容
绿地	耕地	水田、水浇地、旱地
	园地	果园、茶园、其他园地
	林地	有林地、灌木林地、其他林地
	草地	天然牧草地、人工牧草地、其他草地
	公共管理与公共服务用地	公园与绿地、风景名胜设施用地
工矿仓储用地	工矿仓储用地	工业用地、采矿用地、仓储用地
居住用地	住宅用地	城镇住宅用地、农村宅基地
公共设施用地	公共管理与公共服务用地	机关团体用地、新闻出版用地、科教用地、医卫慈善用地、文体娱乐用地、公共设施用地
公共设施用地	商服用地	批发零售用地、住宿餐饮用地、商务金融用地、其他商服用地
交通运输用地	交通运输用地	铁路用地、公路用地、街巷用地、农村道路、机场用地、港口码头用地、管道运输用地
水域及水利设施用地	水域及水利设施用地	河流水面、湖泊水面、水库水面、坑塘水面、沿海滩涂、内陆滩涂、沟渠、水工建筑用地、冰川及永久积雪
其他用地	特殊用地	军事设施用地、使领馆用地、监教场所用地、宗教场地、殡葬用地
其他用地	其他土地	空闲地、设施农用地、田坎、盐碱地、沼泽地、沙地、裸地

土地利用类型	土地调查数据一级分类	包含内容
绿地	耕地	水田、水浇地、旱地
	园地	果园、茶园、其他园地
	林地	有林地、灌木林地、其他林地
	草地	天然牧草地、人工牧草地、其他草地
	公共管理与公共服务用地	公园与绿地、风景名胜设施用地
工矿仓储用地	工矿仓储用地	工业用地、采矿用地、仓储用地
居住用地	住宅用地	城镇住宅用地、农村宅基地
公共设施用地	公共管理与公共服务用地	机关团体用地、新闻出版用地、科教用地、医卫慈善用地、文体娱乐用地、公共设施用地
公共设施用地	商服用地	批发零售用地、住宿餐饮用地、商务金融用地、其他商服用地
交通运输用地	交通运输用地	铁路用地、公路用地、街巷用地、农村道路、机场用地、港口码头用地、管道运输用地
水域及水利设施用地	水域及水利设施用地	河流水面、湖泊水面、水库水面、坑塘水面、沿海滩涂、内陆滩涂、沟渠、水工建筑用地、冰川及永久积雪
其他用地	特殊用地	军事设施用地、使领馆用地、监教场所用地、宗教场地、殡葬用地
其他用地	其他土地	空闲地、设施农用地、田坎、盐碱地、沼泽地、沙地、裸地

土地利用	景观格局指数	冷岛区	中温区	热岛区
	PLAND	-0.03	-0.77^**	-0.50^*
	PD	0.24	0.05	-0.35
绿地	ED	0.41*	-0.47^**	-0.53^*
	LSI	0.36	-0.23	-0.23
	FRAC_AM	0.42*	-0.41^*	0.21
	PLAND	-0.78^**	-0.33	-0.51^*
	PD	0.53^*	-0.04	-0.49^*
水域及水利设施用地	ED	0.55^*	-0.40^*	-0.46
	LSI	0.51^*	-0.24	0.04
	FRAC_AM	0.53^*	-0.16	0.43
	PLAND	0.17	0.54^**	-0.01
	PD	-0.16	0.18	-0.08
居住用地	ED	-0.17	-0.42^**	-0.02
	LSI	-0.21	-0.38^*	-0.03
	FRAC_AM	0.02	0.03	0.11
	PLAND	0.15	0.44^*	-0.05
	PD	0.01	0.31	-0.21
公共设施用地	ED	0.22	-0.66^**	-0.26
	LSI	0.11	-0.41	-0.28
	FRAC_AM	0.06	-0.06	-0.17
	PLAND		0.19	0.40^*
	PD		0.09	-0.33
工矿仓储用地	ED		0.17	-0.27^*
	LSI		0.16	-0.14
	FRAC_AM		0.08	-0.26
	PLAND	0.09	0.65^**	0.44^*
	PD	-0.01	-0.20	-0.03
交通运输用地	ED	-0.21	0.38	-0.23
	LSI	-0.08	-0.36	-0.29
	FRAC_AM	0.02	-0.40^*	-0.39^*
	PLAND	-0.38	0.15	0.05
	PD	-0.27	0.01	-0.27
其他用地	ED	-0.34	0.09	-0.16
	LSI	-0.30	-0.02	0.29
	FRAC_AM	0.20	-0.16	-0.10
	PD	0.56^**	-0.01	-0.47^**
	ED	0.55^**	0.10	-0.48^**
景观格局水平	LSI	0.55^**	0.09	-0.45^*
	FRAC_AM	0.59^**	-0.35	-0.49^**
	SHDI	0.52^**	0.56^**	-0.72^**

土地利用	景观格局指数	冷岛区	中温区	热岛区
	PLAND	-0.03	-0.77^**	-0.50^*
	PD	0.24	0.05	-0.35
绿地	ED	0.41*	-0.47^**	-0.53^*
	LSI	0.36	-0.23	-0.23
	FRAC_AM	0.42*	-0.41^*	0.21
	PLAND	-0.78^**	-0.33	-0.51^*
	PD	0.53^*	-0.04	-0.49^*
水域及水利设施用地	ED	0.55^*	-0.40^*	-0.46
	LSI	0.51^*	-0.24	0.04
	FRAC_AM	0.53^*	-0.16	0.43
	PLAND	0.17	0.54^**	-0.01
	PD	-0.16	0.18	-0.08
居住用地	ED	-0.17	-0.42^**	-0.02
	LSI	-0.21	-0.38^*	-0.03
	FRAC_AM	0.02	0.03	0.11
	PLAND	0.15	0.44^*	-0.05
	PD	0.01	0.31	-0.21
公共设施用地	ED	0.22	-0.66^**	-0.26
	LSI	0.11	-0.41	-0.28
	FRAC_AM	0.06	-0.06	-0.17
	PLAND		0.19	0.40^*
	PD		0.09	-0.33
工矿仓储用地	ED		0.17	-0.27^*
	LSI		0.16	-0.14
	FRAC_AM		0.08	-0.26
	PLAND	0.09	0.65^**	0.44^*
	PD	-0.01	-0.20	-0.03
交通运输用地	ED	-0.21	0.38	-0.23
	LSI	-0.08	-0.36	-0.29
	FRAC_AM	0.02	-0.40^*	-0.39^*
	PLAND	-0.38	0.15	0.05
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其他用地	ED	-0.34	0.09	-0.16
	LSI	-0.30	-0.02	0.29
	FRAC_AM	0.20	-0.16	-0.10
	PD	0.56^**	-0.01	-0.47^**
	ED	0.55^**	0.10	-0.48^**
景观格局水平	LSI	0.55^**	0.09	-0.45^*
	FRAC_AM	0.59^**	-0.35	-0.49^**
	SHDI	0.52^**	0.56^**	-0.72^**