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在半干旱地区，城市面临着水稀缺和热应激等挑战，研究人员以伊朗克尔曼沙阿市为对象，利用 Landsat 8 数据开展城市土地利用 / 土地覆盖（LULC）和地表温度（LST）研究。结果发现热岛（HIs）显著增加，强调可持续城市规划的重要性。
在全球城市化进程加速的今天，城市环境问题愈发凸显。尤其是在半干旱地区的城市，水稀缺和热应激就像两座大山，严重阻碍着城市的可持续发展。城市热岛（Urban Heat Islands，UHIs）和城市冷岛（Urban Cool Islands，UCIs）现象，不仅影响着城市的局部气候，还与居民的生活质量、能源消耗以及公共健康息息相关。然而，目前对于这些现象在半干旱城市中的时空变化规律，以及它们与土地利用 / 土地覆盖（Land Use/Land Cover，LULC）之间的复杂关系，人们的了解还十分有限。为了填补这一知识空白，来自国外的研究人员以伊朗克尔曼沙阿市为研究对象，展开了深入探究。该研究成果发表在《Environmental Challenges》上，为城市规划和可持续发展提供了重要依据。
研究人员运用了多种关键技术方法。首先，获取了 2013 年和 2023 年夏季的 Landsat 8 OLI/TIRS 卫星图像，通过大气校正和 IHS（Intensity-Hue-Saturation）全色锐化处理，提高了图像分辨率。接着，进行 LULC 分类，通过实地考察、参考高分辨率谷歌地球图像等方式获取训练样本，利用多种机器学习分类模型进行分类，最终选择性能最优的 TreeNET 模型。然后，采用单窗算法（Mono-Window Algorithm，MWA）计算地表温度（Land Surface Temperature，LST），并运用 Getis-Ord Gi 分析来识别热岛和冷岛区域。此外，还利用景观指标和卡帕指数（Kappa index）分析热岛和冷岛的时空变化，通过多种模型研究 LST 变化及其影响因素。
研究结果
- LULC 分类：TreeNET 模型在 LULC 分类中表现出色，2013 年和 2023 年的分类精度较高，AUC 值均达到 99.0。2013 - 2023 年，克尔曼沙阿市面积增加，城市绿地显著扩张，城市周边区域变化明显，有较多新的开发建设。
- LST、热岛和时空变化：2013 - 2023 年，克尔曼沙阿市 LST 分布发生变化，2023 年多个区域温度升高，热岛在城市周边扩张，冷岛在北部增长。卡帕指数显示热岛和冷岛空间位置有一定一致性，景观指标表明冷岛数量减少、景观更碎片化。不同 LULC 类型在热岛和冷岛中的参与面积有所变化，如城市绿地在冷岛中的面积增加，而交通基础设施在热岛中的面积略有下降。
- LST 变化：TreeNET 模型在 LST 变化建模中性能较好。通过分析发现，数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）、归一化建筑指数（Normalized Difference Built-up Index，NDBI）、绿地密度、空地密度等因素对 LST 变化影响显著。如海拔与 LST 变化呈负相关，空地密度与 LST 变化关系复杂，NDBI 变化与 LST 变化呈反相关。
研究结论与讨论
研究表明，克尔曼沙阿市在过去十年中，城市扩张和 LULC 变化导致地表温度上升，热岛效应加剧。虽然城市绿地有所增加，但由于城市发展带来的其他因素影响，其降温效果有限。城市地形、建筑密度、土地利用类型等因素相互作用，共同影响着热岛和冷岛的形成与变化。
该研究意义重大。它为半干旱地区城市热岛和冷岛现象的研究提供了新的视角和方法，有助于深入理解城市热环境的时空变化规律。研究结果为城市规划者提供了科学依据，提示在城市规划中应优先考虑绿色基础设施建设和可持续设计策略，以减轻热岛效应、降低能源消耗、提高城市宜居性。同时，也为后续研究指明了方向，未来可进一步研究建筑高度、城市绿地扩张等因素对热岛的影响，以及不同季节热岛和冷岛的变化规律。总之，这项研究为应对半干旱城市环境挑战、实现城市可持续发展奠定了坚实基础。
