郑州市热岛效应、植被变化与林业发展对策研究

邱尧荣孙伟韬赵 磊

（1国家林业局华东林业调查规划设计院 浙江杭州 310019；2海军92303部队 山东胶南 266400）

郑州市热岛效应、植被变化与林业发展对策研究

邱尧荣1孙伟韬1赵 磊2

（1国家林业局华东林业调查规划设计院 浙江杭州 310019；2海军92303部队 山东胶南 266400）

利用郑州市TM卫星影像相并波段数据，研究郑州市的地表亮温和NDVI植被指数与植被盖度情况，发现该市相对亮温等级以弱热岛和中等热岛为主，绿岛面积仅占16.44%,且主要分布在郑州市防风固沙林面积较多的东部区域、森林面积较多的西南山地及沿黄河湿地地带，进而提出科学合理布局城市林业，防止并减缓“热岛效应” 的林业发展对策。

热岛效应；植被指数；植被盖度；城市森林

城市热岛效应是城市景观中既影响气候又影响生态的城市环境问题，也是目前被研究最多的气候现象。我国是目前世界上城市化进程最快的地区之一，随着城市化进程的加快，城市热岛问题正变得愈发突出，尤其在夏季，已经严重影响到了城市居民的生活与健康。从全球变化的趋势上看，由于全球CO2浓度的增高导致温室效应的加剧，城市热岛效应的影响更为严重，尤其对城市居民生活质量影响更为明显。

为研究郑州市的热场与植被的变化情况，现依据郑州市2007年5月13日的TM卫星影像，主要利用其第3、第4和第6波段数据，分别分析郑州市的地表亮温、热岛效应和NDVI植被指数与植被盖度情况，以便对郑州城市森林建设与发展提供决策依据。

1 郑州市热场空间分布特征

城市热岛效应是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。在近地面温度图上，郊区气温变化很小，而城区则是一个高温区，就象突出海面的岛屿，由于这种岛屿代表高温的城市区域，所以就被形象地称为城市热岛。

由于地面亮温是地面每一像元的温度值，对于热岛的宏观空间布局情况的掌握非常有用，通过分析，绘制了郑州市域亮温分布图（略）。从亮温分布图中可以明显看出，郑州市城市热岛空间分布特点为:1、城市热岛主要集中分布在郑州市的城市建成区；2、城市热岛还呈东西向分布在巩义市回郭镇、大坞沟至荥阳市贾裕镇沿线地带的工业及人居集中区。

为进一步进行详细的区域量化分析，现根据亮温分布图的数据，利用ArcGIS进行相对亮温面积分级分布分析。分析结果见表1。

表1 郑州市热岛情况分析 单位:公顷、%

从表1可以看出，就全市而言:1、郑州市相对亮温等级以弱热岛和中等热岛为主，绿岛面积仅占16.44%；2、强热岛面积较大，占24.47%；3、绿岛与弱热岛主要分布在郑州市防风固沙林面积较多的东部区域、森林面积较多的西南山地及沿黄河湿地地带。

2 郑州市域植被情况分析

2.1 植被指数的市域总体特征

植被指数是利用卫星不同波段探测数据组合而成的，该指数随生物量的增加而迅速增大，能反映植物生长状况的指数。比值植被指数又称为绿度，为二通道反射率之比，能较好地反映植被覆盖度和生长状况的差异，特别适用于植被生长旺盛、具有高覆盖度的植被监测。对于TM卫星影像而言，它的具体计算方式如下:

其中:BAND4表示TM影像中反映植被反射中近红外光谱信息的第四波段，BAND3表示TM影像中反映植被反射红光光谱信息的第三波段。

利用上式计算的郑州市域的植被指数绘制了郑州市域NDVI分布图（略）。进而根据该图数据利用arcGIS进行植被指数面积分级分布统计，结果见表2。

表2 郑州市植被指数面积情况 单位:公顷、%

植被指数负值表示地面覆盖为云、水、雪等，对可见光高反射；0表示有岩石或裸土等，NIR和R近似相等；正值，表示有植被覆盖，且随覆盖度增大而增大。按照郑州市植被盖度的区域差异，将植被指数划分为5个等级:（1）极低，植被指数-0.098～-0.06；（2）较低，植被指数-0.06～0.15；（3）一般，植被指数0.15～0.30；（4）较高，植被指数0.30～0.40；（4）高，植被指数0.40～0.70。

由表2可以看出，植被指数的区域分布差异较大。除水域外，这一分布格局与前述相对亮温的分布格局是一致的。其中植被指数高及较高的区域面积为2607.77公顷，占郑州市国土面积的35.02%。

2.2 植被盖度的总体变化

植被盖度是指一定区域内植被的垂直投影面积所占地表面积的百分比。它既是刻画地表植被覆盖的一个重要参数，也是指示生态环境变化的重要指标之一。这里我们利用基于像元二分法的植被盖度遥感测定模型来计算不同年代郑州市的植被盖度。其计算公式如下: FC=（NDVI－NDVImin）/（NDVImax－NDVImin）

式中:FC为植被盖度，NDVI为像元的植被指数，NDVImax和NDVImin分别为研究区域内最大的NDVI值和最小的NDVI值。

按照郑州市植被盖度的区域差异，将植被盖度划分为5个等级:（1）极低覆盖度，主要是裸露地表或水体等，植被盖度0-20%；（2）低覆盖度，植被盖度20%-40%；（3）中覆盖度，植被盖度为40%-60%；（4）较高覆盖度，植被盖度 60%-80%；（4）高覆盖度，植被盖度为80%-100%。据此绘制郑州市植被盖度分布情况图（略）。进而利用arcGIS统计各植被盖度等级情况:首先是高覆盖度面积占一定比例（为16.71%），加上较高覆盖度的面积，其比例更可达57.59%以上；其次，全市低覆盖度等级以下的植被面积比例很小，其面积比例在42.41%（其中极低的仅为4.20%）。这一结果表明郑州市域的生态状况尚可。

3 郑州城市热岛的成因分析

（1）郑州热场受城市下垫面特性的影响。热岛区域内有大量的人工构筑物，如混凝土、柏油路面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热力属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面。

（2）郑州热场受人工热源的影响。如工厂生产、交通运输以及居民生活都需要燃烧各种燃料，每天都在向外排放大量的热量，表现为人工热源较多区域的亮温值较高。

（3）郑州热场分布与绿地、水体的存在呈负相关关系。即热岛区域与其它区域相比，其绿地、水体较少。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热岛效应的能力被削弱。

（4）城市中的大气污染产生温室效应。城市中的机动车、工业生产以及居民生活，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳和粉尘等排放物。这些物质会吸收下垫面热辐射，产生温室效应，从而引起大气进一步升温。

4 防止并减缓“热岛效应” ，建设城市森林的对策

郑州热场分析对森林城市建设的启示在于:如何科学合理地布局，以防止并减缓“热岛效应”。

（1）要保护并增大城区这一热岛区域的绿地、水体面积，并选择高效美观的绿化形式。包括街心公园、屋顶绿化和墙壁垂直绿化及水景设置，可有效地降低热岛效应，获得清新宜人的室内外环境。有研究表明:城市绿化覆盖率与热岛强度成反比，绿化覆盖率越高，则热岛强度越低，当覆盖率大于30%后，热岛效应得到明显的削弱；覆盖率大于50%，绿地对热岛的削减作用极其明显。规模大于3公顷且绿化覆盖率达到60%以上的集中绿地，基本上与郊区自然下垫面的温度相当，即消除了热岛现象，在城市中形成了以绿地为中心的低温区域，成为人们户外游憩活动的优良环境。

（2）在城市发展时要尽可能少占郊区的林地和水体，并控制人口与建筑物密度。居住区的绿化管理要建立绿化与环境相结合的管理机制并且制订相关的地方性行政法规，以保证绿化用地，努力提高郑州市域的林木绿化率和绿地率。

（3）营造绿色通风系统减缓“热岛效应”。郑州盛行南、北转换的风向。夜间多偏北风，白天多偏南风。因此，城市森林建设应结合城市建设，统筹规划公路、高空走廊和街道这些温室气体排放较为密集的地区的绿化，营造绿色通风系统，把市外新鲜空气引进市内，以改善小气候。适当增加南北走向森林廊道的数量、宽度与质量，并建设若干条骨干林荫大道，使其构成城区的带状绿色通道，逐步形成以绿色为隔离带的城区组团布局，以加强城市通风，减弱热岛效应。

（4）通过建设城市森林，努力减少裸地和空气尘埃。应把消除裸地、消灭扬尘作为城市管理的重要内容。除建筑物、硬路面外，全部地表应为绿化所覆盖，甚至在树冠投影处草坪难以生长的地方，也应用植物材料加以遮蔽。

[1] 静文.由“热岛效应”想到“绿岛效应” .城市开发，1994，12.

[2] 窦建奇.关于城市“热岛效应”的思考.土木工程与管理学报，2001，Z1.

[3] 冉桂平等.济南市城市热岛效应分析.气象科技，2010，S1.

The brightness temperature data,whose reliability is verified by the observed air temperature,and NDVI data of Zhengzhou urban was acquired from TM image.The result shows that the city's most area is in weak heat island and medium heat island. The total land area of 16.44% is green island,which is mainly distributed in the eastern region of Zhengzhou City .There are a large number of forests and Hanghe revier wetlands in the eastern region. The article provides the construction of city forest plan to reduce heat island countermeasures.

heat island; NDVI; vegetation fractional coverage ; city forest

S731.1

A

1004-7743（2012）03-0056-03

2012-04-15