地理资源所揭示城市地表热环境生态调控机制

　　在国家自然科学基金项目(41371408)等资助下，中国科学院地理科学与资源研究所基于红外测温仪、红外热像仪观测的地表温度、地表辐射热通量观测数据和同步观测验证的Landsat TM定量遥感反演数据，揭示了等级尺度城市地表结构热环境生态调控机制，研究成果发表在国际期刊《地球物理学研究杂志》。研究揭示了城市功能区及不透水地表、绿地覆盖对地表热通量调节机制，发现了“旧城区改造降温效应”和“城市地表热环境生态调控阈值”。解答了城市规划管理和生态环境要素之间如何衔接，城市绿地在空间上如何合理布局，北京城市相对高温区主要分布在何处等规划部门和社会公众关心的问题。

　　遥感地面同步观测数据解决遥感定量模型参数本地化和不确定性。在城市地表辐射能量平衡中，显热、潜热分量是影响城市地表热环境重要的参数。地理资源所匡文慧研究组通过遥感地面同步观测资料和收集相关单位观测数据，解决PACAC模型中潜热和显热参数分割问题，应用实测的植被覆盖度（VFC）、地表温度（LST）以及波文比（Bowen ratio)值，结合极干点（水泥地测量的均值=39.5°C）和极湿点（水体测量的平均值=16°C）确定模型参数，拟合R2为0.896。解决PCACA模型的干边、湿边的理论定位，提高整体影像的定量遥感反演的精度，以更客观地表征科学事实。

　　城市与乡村之间、城市功能区以及不透水地表和绿地覆盖差异引起潜热、显热通量时空差异作用机制。研究表明城市商业中心、国际机场、城市广场、高层住宅、低层住宅、绿地、水域功能区不透水地表、绿地和水域面积比例覆盖状态的不同导致潜热、显热通量的差异，从而表现出不同等级强度的城市热岛效应。城市中心商业区、居住区以及飞机场不透水比例均高于70%，热岛效应相对较强；而城市公共绿地、水域以及郊区不透水比例均低于5%，热岛效应相对较弱。

　　合理绿地布局的旧城市区改造会起到城市热岛降温作用。现代高层住宅区比传统的低层住宅区有着相对较高的绿地覆盖度和较低的波文比值。北京城区南部城市热岛强度整体高于城区北部。研究发现北京城市近10年来沿着5环到6环公路之间地区绿化隔离带建设、奥林匹克公园建设等一系列森林绿化工程建设对于减缓北京城市热岛起到了积极的作用。这会引发我们重新思考旧城区改造对于城市局地气候改善的作用。

　　城市地表热环境不透水地表比例生态调控阈值。其他研究也认为城市不透水表面覆盖和地表温度存在正相关关系。然而，研究人员发现，树冠的热耗散强度，其计算公式为LE/VFC，随着地表植被盖度（VFC）的下降，热耗散强度呈指数增加，换言之，密度越低的植被覆盖或高密度建筑区零星树木和草坪，则表现出越高的单位覆盖面积的LE强度。微观尺度在密集建成区的绿地被发现表现出非常高的潜热植被蒸腾作用产生的热耗散可能在城市热调节中发挥重要作用。植物的热耗散强度（LE/VFC）随着地表植被盖度（VFC）的下降呈指数增加。在集中建成区，其植被覆盖度VFC小于10%，植被的热耗散强度可能会超过两倍的平均热耗散强度。在城市规划和楼盘建设中，城市功能区和不透水地表比例是可控因素。这一发现在城市规划中具有重要的参考价值。