大连旅顺区土地利用及地表温度时空分异研究

刘红波

（大连市市政设计研究院有限责任公司，辽宁 大连 116000）

0 引言

伴随城市化脚步加快，城市空间逐渐向外扩张，在一定程度上满足了居民日常居住和生活需求。同时，在追求经济增长过程中，难免会引发生态环境恶化等一系列问题。近年来，城市不透水层逐渐增加、绿地减少、CO2排放增加，导致城市气温逐渐升高[1，2]。城市热环境问题日益显著，阻碍城市健康发展。因此，研究城市增长与热环境空间特征，对城市规划管理、结构优化具有重要意义，逐渐引起众多学者的关注，已成为研究的热点话题。

城市热岛（UHI）一般是指市区温度高于郊区的现象，Manley[3]在1958 年首次提出。地表温度作为城市热环境研究重要手段，通过遥感影像反演地表温度技术日渐成熟，能快速、有效地反映热环境问题。当前，城市热环境研究集中在数据、算法、因素、模拟等方面[4，5]。如覃志豪[6]以TM 数据为基础，通过计算地表辐射率、大气透射率等，进行温度反演；岳文泽[7]以上海为例，采用SPOT 遥感影像，研究各类型用地景观特征与地表温度的联系；杨俊[8]以大连市城区为例，分析城市绿地时空特征，并探讨其与热环境的差异。同时，为便于分析城市热岛，Oke 等[9]通过对下垫面和建筑高度进行不同组合，将其划分为17 种类型，即局部气候分区（Local Climate Zone, LCZ）。局部气候分区为城市热环境研究提供了便利，打破传统对于城市热岛城乡边界划分模糊的问题[10]。因此，通过研究城市用地与热环境对合理规划城市空间有着重要意义。鉴于此，本文以大连旅顺区为例，以两期土地利用及遥感影像为基础，采用GIS 空间统计方法，探讨土地利用与城市热环境的时空分异规律。

1 数据来源与方法

1.1 数据来源与处理

本文以旅顺区2005 年和2016 年两期土地利用及遥感影像为基础，对数据进行预处理工作，如几何纠正、大气校正、投影变换等。其中，根据《土地利用现状分类》（GB/T 21010-2017）将土地利用划分为耕地、建设用地、林地和草地（林草用地）、园地、水域及水利设施用地（水域）、其他用地6 种类型[11]。Landsat 遥感影像数据来源于地理空间数据云（http://www.gscloud.cn/），影像日期为9 月份，云量少于10%。

1.2 研究方法

1.2.1 土地利用转移矩阵。土地利用转移矩阵是分析各用地类型间相互进行转化的重要方法，广泛应用于分析土地利用变化[11]。具体公式表达如下：

式中，S 表示面积；n 表示用地类型；i、j 分别表示初期和末期的用地类型。

1.2.2 地表温度反演。目前，通过热红外遥感反演地表温度主要集中于普朗克黑体辐射定律、维恩位移定律及辐射传输方程和大气校正等方法。本文选用单窗算法，采用Band 6（Landsat 5）和Band 10（Landsat 8）进行地表温度反演[12]。

2 结果分析

2.1 土地利用演变特征

旅顺区用地类型主要以建设用地和林草用地为主，耕地和园地次之，水域和其它用地面积最少。其中，建设用地在空间分布上呈零散状态；林草用地在空间分布上呈集聚状态，主要集中分布在西南和东南地区，如龙王塘村、黄泥川村、镇全寺村及柏岚子村等。2005 年建设用地和林草用地面积分别为133.89 km2、233.67 km2；到2016 年，建设用地和林草用地面积分别为143.40 km2、219.46 km2，建设用地和林草用地分别增加和减少了9.51 km2、14.27 km2。

由表1 可知，2005-2016 年旅顺区各类型用地间进行了一定转化。2005-2016 年，建设用地增加了9.51 km2，其中，耕地、林草、园地分别向建设用地转移了12.33 km2、13.99 km2、6.87 km2。 林 草 用 地 减 少14.27 km2，分别向耕地、建设用地、园地转移了9.57 km2、13.99 km2、7.48 km2。耕地面积减少了4.5 km2，主要转化为建设用地、林草用地及园地，分别转移了12.33 km2、6.62 km2、5.06 km2。水域及水利设施用地面积增加了13.19 km2，其中其他用地向其转移6.25 km2。

表1 2005-2016 年土地利用转移矩阵

2.2 地表温度时空分异

旅顺区地表温度高值区主要集中分布在中部和西南地区，包含水师营村、小南村、西沟村、付家甸村及韩家村等。低值区主要包含白岚子村、袁家沟村、大石坎子村及镇全寺村等。2005-2016 年，地表温度高值区的面积逐渐增加，由中部地区向周围扩散。

2.3 各用地类型与地表温度特征

本文采用GIS 空间统计方法，统计各用地的地表温度最大值、最小值和平均值（图1）。由图1 可知，各类型用地的地表温度存着一定差异。其中，建设用地和耕地地表温度值最高，园地和其他用地次之，水域和林草用地值最低。在2005 年，建设用地最高值为34.38℃，平均值为27.32℃；到2016 年，建设用地的最高值为40.34℃，增加了5.96℃；平均值为28.68℃，增加1.36℃。11 年间，耕地平均温度提高了1.26℃，其他类型用地提高2.22℃。

图1 各用地类型地表温度统计（a. 2005 年，b. 2016 年）

3 结论与讨论

本研究以旅顺区为例，以两期土地利用和遥感影像为基础，采用单窗算法对地表温度反演，探讨土地利用和地表温度时空分异，并分析各类型用地地表温度。结果表明：

（1）旅顺区2005-2016 年，土地利用发生了较大转变。建设用地、水域和园地分别增加了9.51 km2、13.19 km2、3.36 km2；耕地、林草地及其他用地面积呈减少状态，面积分别减少了4.50 km2、14.21 km2、7.32 km2。

（2）2005-2016 年，旅顺区地表温度呈增加状态。地表温度高值区主要分布在研究区的中部，低值区主要分布在研究区的西南、西北及东南地区，即多分布在研究区的边缘地带。各用地类型的地表温度有较大差异，建设用地和其他用地地表温度较高，耕地和园地次之，林草和水域最低。