2000—2012年乌鲁木齐市城市热岛效应变化卫星遥感监测分析

李悦+王国江+张青+陈鹏

摘要：通过MODIS地表温度产品数据MOD11C3月数据对乌鲁木齐地区2000-2013年1、4、7、10四个月的地温变化进行分析，结合Aqua的土地覆被产品MCD12Q1数据对乌鲁木齐地区同时间段植被覆盖情况的分析，乌鲁木齐地区地表覆盖分布基本符合地温分布。位于市中心的沙区、天山区、高新区三个区，每个月多年变化趋势比较稳定，增幅和减幅均很小。水磨沟区与头屯河区辖区内，大部分为草地覆盖，有部分城建用地、农田和林地，两个区地温均呈微弱的上升趋势。达坂城区荒漠化面积大幅增加，体现在地温上为每个月份的温度趋势都呈上升走势。乌鲁木齐县林地面积、农田面积减小多转化为草地，所以地表温度有微弱的上升趋势。米东区的荒漠化面积大大减小转为草地，但是可能是工厂自行种植的人工草地，所以地温并没有呈现出大幅降温的趋势。

关键词：城市热岛；地表溫度；土地覆盖

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）25-0224-03

城市热岛是由城市大量人工发热、道路和建筑物等高蓄热体及绿地面积减少等原因造成的。热岛效应增加了城市高温天气出现的频率并不断带来高温灾害，每年都会带来巨大的经济损失。伴随着我国经济的飞速发展，我国城市化进程也在快速推进，高密度的人口分布和不断增加的汽车保有量，导致温室气体排放程直线增加，不断拓宽的城市水泥和沥青道路以及不断新建的城市高架道路，必然会加剧城市热岛效应。城市热岛效应将会严重影响居民的生生产、生活和其他各类活动。虽然英国人Howard早在19世纪初就发现了城市热岛的存在，其后很多科学家们也不断对这种现象进行模拟和研究，并取得众多重要的研究成果，但Arnfield在对他的二十世纪最后二十年的城市气候特征研究进行总结时还是将城市热岛效应单独列了出来，由此可见城市热岛效应仍是大气科学研究中的热点问题。乌鲁木齐是新疆自治区的首府，是我国西北地区重要的经济文化中心和对外交流中心，市域面积为14216.3平方公里，辖7区、1县，2014年末常住人口为355万人，2016年底汽车保有量为93万辆，基本以每年10万辆的速度增长。人口和汽车保有量的不断增加在不断改变着城市原有的下垫面特征以及近地层大气结构，城市热岛效应影响逐年增加。

1 研究区概况

乌鲁木齐地处欧亚大陆腹地，属于中温带半干旱气候，昼夜温差大，冬夏变化剧烈，降水很少，并且随高度变化垂直递增；冬季漫长而寒冷，四季明显分配不均，冬季伴有逆温层出现。1月平均气温在15摄氏度 ，7月平均气温在24摄氏度 ，年平均气温在7.3摄氏度 ，年均降水量在271.4毫米，年均蒸发量在2164.2毫米，年均日照2775小时，年均无霜期105～168天。

乌鲁木齐市三面环山，地形起伏较大，山地面积占城市总面积的50%以上，城市东部有博格达山、东山、喀拉塔格山；城市西部有西山、喀拉扎山；城市南部有土格达坂塔格、伊连哈比尔尕山东段（天格尔山）等。辖区地势从东南向西北逐渐降低，大题可分为3个梯级：第一级主要为山地，海拔在2500～3000米或更高；第二级主要为山间盆地和丘陵，海拔在1000～2000米；第三级主要为平原，海拔在600米以下。乌鲁木齐市城区平均海拔在800米左右。

乌鲁木齐南北方向最宽处约153千米，东西方向最长约190千米，全市总面积有12000多平米，地理坐标为42°45'32″～44°08′00″N，86°37′33″～88°58′24″E。乌鲁木齐行政区划为：沙依巴克区、天山区、水磨沟区、新市区、达坂城区、头屯河区、乌鲁木齐县、东山区。目前，乌鲁木齐市辖区内分布有4个气象观测站点，分布区域为：乌鲁木齐市气象站，隶属天山区；达坂城区气象站，隶属达坂城区；大西沟气象站与小渠子气象站，隶属乌鲁木齐县。从海拔高度来看，达坂城气象站与乌鲁木齐市气象站属于平原地带气象站；大西沟气象站归属于高山带气象站；小渠子气象站归属于中山带气象站。

2 乌市城市热岛效应分析

利用MODIS地表温度产品数据MOD11C3月数据对乌鲁木齐地区2000-2013年1、4、7、10四个月的地温变化进行分析。由图1可知，在每个月，乌市每个行政区的温度变化趋势基本相同。一月份最冷年份为2011年，米东区比其他地区温度低，温度为-23.0℃；一月份最热年份为2009年，达坂城区温度最高，温度为-4.8℃。四月份最冷年份为2010年，最冷地区为乌鲁木齐县，温度为12.4℃；四月份最热年份为2012年，米东区温度最高，温度为31.0℃。七月份最冷年份为2003年，最冷地区为乌鲁木齐县，温度为22.8℃；七月份最热年份为2008年，最热地区为米东区，温度为46.0℃。十月份最冷年份为2007年，地区为乌鲁木齐县，温度为12.2℃；十月份最热年份为2009年，最热地区为米东区，温度为24.5℃。分区来看，米东区呈现出特殊的趋势，冬季比其他区冷，夏季比其他区热。乌鲁木齐县和达坂城区相比其他区，在四个月中均呈现温度较低。其他几个区的地表温度都介于米东区和乌鲁木齐县、达坂城区之间。位于市中心地带的沙区和天山区的地表温度变化曲线基本重叠。

将2013年与2000年地表数据做差值发现：一月份，乌鲁木齐县、沙区、天山区和水磨沟区均出现一定程度的温度增加，米东区南部和达坂城中部出现温度降低趋势。四月份，乌鲁木齐县、沙区、天山区和达坂城区部分地区温度增加，米东区温度降低。七月份，乌鲁木齐县中部、达坂城区北部与东部、米东区南部温度降低，乌鲁木齐县南部、达坂城区南部、头屯河区等部分温度增加。十月份，米东区北部、乌鲁木齐县西南部、达坂城区西北部温度降低，乌鲁木齐县东北部、天山区、水磨沟区、沙区温度增加。其中，14年来温度增幅最大为十月，增加的温度为10.58℃，温度降幅最大为七月，减小的温度为6.58℃。

3 乌市地表特征变化分析endprint

运用MODIS/Terra + Aqua的土地覆被产品MCD12Q1数据，根据UMD分类体系对乌市的土地利用类型进行分类统计，将其中14个地表覆盖类别归为水体、林地、草地、荒漠、农田、城建用地等6个类别进行分析。

由图3可知：乌鲁木齐市水体主要集中在达坂城区，在东南部的柴窝堡达坂城谷地坐落着乌鲁木齐仅有的两个湖泊盐湖和柴窝堡湖；林地主要分布在乌鲁木齐县以及水磨沟区的东南部；草地覆盖面积最广，所有城区都有草地覆盖；农田主要集中在高新区和头屯河区的北部以及米东区的西南角；高新区、沙依巴克区、天山区位于市中心，故城建用地大部分集中在这三个区；荒漠主要分布在达坂城区以及米东区的北部。将2012年与2001年地表覆盖数据进行对比分析发现，乌鲁木齐市这12年水体、草地、农田面积呈减少趋势，水体面积减少1.28km2，草地面积减少361.27 km2，农田面积减少144.26 km2。荒漠和林地面积增加明显，荒漠面积增加235.05 km2，林地增加308.25 km2。位于市中心的城建面積几乎没有发生变化。达坂城区和乌鲁木齐县东南角大部分草地在12年来已逐步变成了荒漠，但是米东区北部荒漠已大部分被草地所取代。2001年乌鲁木齐县以及水磨沟区的东南部都有部分农田覆盖，而2012年大部分农田变迁为林地。

4 结论

结合多年乌市地温数据和地表变化数据来看，地表覆盖分布基本符合地温分布。位于市中心的沙区、天山区、高新区三个区，每个月多年变化趋势比较稳定，增幅和减幅均很小。水磨沟区与头屯河区辖区内，大部分为草地覆盖，有部分城建用地、农田和林地，两个区地温均呈微弱的上升趋势。达坂城区荒漠化面积大幅增加，体现在地温上为每个月份的温度趋势都呈上升走势。乌鲁木齐县林地面积、农田面积减小多转化为与草地，所以地表温度有微弱的上升趋势。米东区的荒漠化面积大大减小转为草地，但是可能是工厂自行种植的人工草地，所以地温并没有呈现出大幅降温的趋势。

参考文献：

[1] 王珊珊，艾里西尔·库尔班，郭宇宏，等.乌鲁木齐地区气温变化和城市热岛效应分析[J].干旱区地理，2009，26（3）：433-435.

[2] 贡璐，吕光辉.近20年乌鲁木齐城市化进程与城市热岛效应变化的互动分析[C].Proceedings of 2010 international conference on remote sensing，2010.59-62.

[3] 贡璐，吕光辉.基于景观的干旱区城市热岛效应变化研究[J].中国沙漠，2009，29（5）：982-985.

[4] 马勇刚，塔西甫拉提·特依拜，黄粤等。城市景观格局变化对城市热岛效应的影响——以乌鲁木齐为例[J].干旱区研究，2006，23（1）：172-174.

[5] 吕光辉，贡璐.MODIS热红外数据在乌鲁木齐市热岛研究中的应用[J].干旱区研究，2007，24（5）：698-700.

[6] 哈尚辰.三维视角下的干旱区绿洲城市可持续发展研究[D].新疆.新疆师范大学，2016.

[7] 哈尚辰，阿里木江·卡斯木.基于土地集约利用水平的城市热岛效应影响因子分析[J].冰川冻土，2016，38（5）：270-278.endprint