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城市发展过程中,往往伴随着人类活动增强、地表覆盖变化以及能源消耗增加等现象,引起城市内部热环境的变化,形成众所周知的城市热岛（Urban Heat Island,UHI）效应。UHI效应会对城市中的生物物候、土壤特性、水文循环以及空气质量等方面产生影响,甚至会威胁到居民的生命健康。随着全球人口的增加和经济的发展,城市化进程会进一步加快,特别是“一带一路”沿途的欠发达国家和地区,将迎来城市发展与建设的高峰。因此,准确把握城市热环境的时空变化规律和内在影响因素,制定针对UHI效应的缓解和适应措施,对于全球城市的可持续发展具有重要意义。传统城市热环境研究主要依赖于地面站点观测的空气温度数据,研究的内容和结论往往受限于地面站点的数量和分布。随着热红外遥感技术的发展,通过卫星影像获取的空间连续分布的地表温度（Land Surface Temperature,LST）数据为了解城市热环境提供了新的视角。遥感LST反映的是城市地表热环境的分布情况,相对应的城市热岛被称为城市地表热岛（Surface UHI,SUHI）。目前已有众多研究利用遥感LST数据对城市地表热环境进行了分析,然而现有研究仍存在不足之处。首先,在城市地表热环境的空间分布特征方面,现有研究进行了较为详细的刻画,但仍缺乏对其影响因素（如不透水面比例、树木覆盖率和景观格局等）的多城市、大范围（如全球或国家尺度）的系统研究;其次,在城市地表热环境的时间变化趋势方面,现有研究大多关注城市地表热岛强度（SUHI Intensity,SUHII,即城郊温度差值）的变化,缺少对城市地表热岛足迹（SUHI Footprint,简称FP,即SUHI影响的空间范围）变化趋势的综合分析。因此,本文基于多源遥感数据产品、利用多种分析方法,在全球和全国尺度上,对城市地表热环境的时空变化及其影响因素进行了较为全面的分析,主要内容和结论如下:（1）城市地表温度与不透水面比例的关系。不透水面（Impervious Surface,IS）作为城市的典型地物,其比例（IS Fraction,ISF）是对城市化程度的综合反映,了解LST与ISF的关系是城市地表热环境研究的重要内容之一。本文利用遥感数据在全球682个城市中系统地分析了LST与ISF之间的关系。结果表明,在全球绝大部分城市中（90%以上）,LST会随着ISF的增加而呈现上升趋势。全球平均而言,城市中ISF每增加1%,会伴随着日间和夜间年均LST分别升高约0.0219℃和0.0168℃。更重要的是,LST和ISF的关系与城市所处的气候区联系紧密。例如,位于热带和温带气候区城市中的日间LST会随着ISF的增加而快速上升,但在位于干旱气候区的城市中,日间LST在ISF梯度上增速较小甚至有所下降。在季节变化上,LST随ISF的变化速率在温暖季节要高于寒冷季节,尤其是对于温带和寒带气候区的城市。此外,相关因素分析发现,城市中的植被和地表反照率分别是影响日间和夜间LST与ISF关系的主要因素,这意味着在城市中以改善植被条件为主的措施有利于缓解日间热岛效应,而以提升地表反照率为主的手段对于抑制夜间热岛效应则更为有效。（2）城市树木降温效率的全球评估。树木是影响城市地表热环境空间分布的重要地物之一,增加树木覆盖率（Tree Cover Fraction,TCF）一直被认为是缓解城市热岛效应的有效手段,但对于城市树木降温效率（Cooling Efficiency,CE,即每1%TCF的增加所引起的LST减少量）目前还缺少基于遥感数据的全球尺度定量分析。因此,本文利用遥感观测数据,在全球510个城市中对树木降温效率的时空分布特征进行了综合分析。结果表明,城市中日间LST会随着TCF的增加而快速降低,全球平均日间CE为0.063℃%-1;但在夜间,树木的降温效率很弱,甚至会出现微弱的升温效应,全球平均夜间CE仅为0.007℃%-1。此外,CE有着明显的空间变化特征,在位于中国西北部、美国西南部以及中东和非洲等地区的高温干旱城市中,CE一般较高,说明在这些城市中,增加TCF能够取得更高的降温收益。进一步的分析表明,CE的空间分布与城市气象因素（温度和湿度等）紧密相关,温度的升高和湿度的下降会增强树木叶片的饱和水汽压差,促进蒸腾作用,进而引起城市中树木降温效率的提升。从季节变化来看,CE表现为夏季强、冬季弱的规律,这与树木自身生长状态的季节变化模式相契合。（3）城市热岛强度与景观格局的关系。城市地表热环境的空间分布不仅会受到城市组成成分（如不透水面和树木比例等）的影响,还与城市空间构型（如形状、密度以及聚集度等）有关。城市的组成成分和空间构型是城市景观格局的两个主要方面,深入了解它们对于城市热岛效应的影响,能够为从城市规划角度改善热环境提供科学指导。本文基于多源遥感观测数据,利用典型的景观指数,在中国332个城市中系统地分析了城市地表热岛强度（SUHII）与城郊景观格局差异的关系。结果表明,SUHII与城郊建成区面积百分比差值具有显著（p<0.05）正相关关系,与城郊建成区斑块密度差值、聚集度指数差值以及平均形状指数差值多表现为负相关关系。除建成区以外,林地、草地和耕地等植被的城郊景观格局差异也会对SUHII产生重要影响,但具体情况与植被类型、气候条件以及昼夜和季节等因素密切相关。此外,SUHII与城郊景观多样性指数差值多表现为显著负相关关系,而与城郊蔓延度指数差值一般具有正相关关系,说明提高城区内部地表覆盖类型的多样性以及增加不同地物之间空间分布的混合程度,能够起到缓解城市热岛效应的作用。（4）城市热岛足迹的变化趋势及其影响因素。城市的动态变化会对地表热环境产生影响,集中表现为热岛强度（SUHII）和热岛足迹（FP）的改变。然而,现有研究多关注于SUHII的变化规律,缺少对FP变化趋势的系统分析。本文基于多时序遥感观测数据,在中国302个城市中对FP的变化趋势及其影响因素进行了较为全面的研究。结果表明,全国大部分城市中的FP在研究时间段内（2003-2016年）出现了上升趋势,日间和夜间年均FP出现上升趋势的城市分别占全国城市的85%和75%以上,并且该上升趋势在约半数城市中具有统计学意义（p<0.05）。此外,夏季FP出现显著上升趋势的城市数量要远高于冬季。全国平均而言,日间和夜间年均FP在研究时段内分别以每年4.4%和2.5%的速度增长,造成城市中受到热岛效应影响的人口数量的显著增加。此外,相关因素分析结果表明,城市中FP的年际变化与夜间灯光强度一般呈正相关关系,而与植被指数和地表反照率多表现为负相关关系,说明城市化过程中人为热源的增加、植被的减少和地表反照率的下降,都会引起城市中热岛效应影响范围的扩张。