随着城市化快速推进，以热岛效应为代表的城市生态问题严重影响城市人居环境质量，引起了各国学者的广泛关注。自从1818年Lake Howard提出 "城市热岛"概念以来，生态、环境、地理、气象等众多学科的学者针对城市热岛形成、空间分布、演变机制等问题陆续开展了大量研究工作(苏伟钟等，2005; 方圣辉等，2005; 江樟焰等，2006; 贾宝全，2007; 裴欢等，2008; Zhanng et al.，2011)。也有学者利用遥感技术对城市热岛空间分布与城市区域下垫面类型之间关系进行了重点研究(Voogt，2003; 陈锋等，2008)。缓解热岛效应的研究对于改善城市生态环境、提高居民生活质量、促进城市可持续发展具有重要意义，成为目前城市热岛效应研究的热点。

以树木为主体的城市森林是改善城市生活品质、解决城市环境问题至关重要的生态资源(Fullerl et al.，2009; Dallimer et al.，2011)，在维护城市生态平衡、改善环境、维护生态安全等方面具有其他城市基础设施不可替代的作用。城市林木是城市森林的基本构成元素，对城市林木树冠覆盖进行量化研究能够客观、准确地评价城市森林建设的质量。在城市森林发展较早的欧美国家，树冠覆盖一直是评价、监测、规划城市森林的重要指标。在我国城市化进程加快、生态问题频出的今天，测度城市林木树冠覆盖率对于热岛效应、大气污染、物种多样性等各种环境问题多发的城市具有重要的理论和实践意义。

厦门市是我国最早实行对外开放的4个经济特区之一，也是我国城市化发展最快的地区之一，在城市快速扩张的过程中，产生的生态环境问题在我国的城市中也极具典型性和代表性。厦门本岛是厦门市的核心区域，城市化程度高，人口聚集，城市化进程加速带来的城市热岛效应尤其显著。本文以厦门本岛为研究对象，分析城市热岛分布和变化特征，及不同城市树冠覆盖类型与城市相对亮温、绝对温度的关系，为城市森林在更精确的尺度上进行景观格局优化研究提供科学依据。

厦门市地处118°04'04″ E，24°26'46″ N，属亚热带海洋性季风气候。年平均气温21 ℃左右，年平均降雨量在1 200 mm左右，5—8月雨量最多。地带性植被属南亚热带季风常绿阔叶林。研究范围为厦门市主城区——厦门本岛，包括厦门市思明区、湖里区和鼓浪屿，面积约128.47 km²。主要的地形地貌为山地和平原。

6—8月是厦门市气温最高的3个月，这3个月的高温导致的城市热岛效应对市民生活影响尤其严重。根据这几个月的卫星影像开展热岛效应研究工作，卫星影像反映更清晰，可以提出更有针对性的热岛效应缓解措施。

本研究选择轨道号为119/43的1993年6月26日和2009年6月6日的L and sat TM卫星影像作为信息源，首先对影像进行空间校正和大气校正，之后在ARCGIS的空间分析模块中利用其第6波段数据反演得到热场分布图(岳文泽等，2006; 李彪等，2008)。根据公式(1)将地面亮温转变成相对亮温，便于对研究区域的热岛效应从时间和空间上进行对比分析。

基于相对亮温与陆地表面温度之间的关系将热场强度划分为5个等级标准: TR≤0，绿岛; 0＜TR≤0.1，弱热岛; 0.1＜TR≤0.2，中热岛; 0.2＜TR≤0.4，强热岛; TR≥0.4，极强热岛(贾海峰等，2006)。

以2009年7月获取的QuickBird影像为树冠覆盖提取数据源，选择的影像成像时间是植被生长较好的季节。分析前遥感影像经过精校正和配准。在Arcgis支持下，根据解译标志人工提取树冠覆盖斑块，形成厦门市中心区树冠覆盖矢量图，进而对相应的景观类型赋予属性值，生成各景观类型的空间数据库及属性数据库。

我国城市森林研究时间较短，还没有形成统一的分类系统(刘滨谊等，2006)。本研究根据城市林木树冠覆盖率概念内涵，参照美国部分城市森林树冠覆盖分类方法，将研究区土地覆盖分为城市森林树冠覆盖、草地、无植被覆盖等3大类型组，再结合树冠覆盖所在场所的用地属性，从功能管理角度将其进一步划分为公园树冠覆盖、道路树冠覆盖、居住区树冠覆盖、草地、无植被覆盖等5个类型，以便与现状城市中常用绿化指标进行比较。

本研究的QuickBird卫星影像信息源分辨率为0.61 m，判读时很难区分乔木树冠与灌木树冠，为了减少研究误差，本研究的树冠覆盖包含乔木树冠与灌木树冠。

从2009年相对亮温分布图(图 1)和表 1可知，厦门本岛分布有大面积的热岛，热岛效应显著，在研究区12 847 hm²范围内，具有明显热岛效应的区域总面积(包括中等热岛、强热岛、极强热岛)占研究区面积的35.52%。热岛分布有较强的地域性，主要集中连片分布在本岛中心正北-西北的城市商业、居住中心区域，表现出越靠近商业中心，热岛效应越严重的特征。厦门本岛主要热场类型以中等热岛和强热岛为主，弱热岛和绿岛集中分布在岛内南部-东北区域。城市北部的工业区中分布有少量的极强热岛，虽然面积只有1.88 hm²，但因其强度高，危害较大。

	图 1 2009年厦门本岛城市相对亮温分布 Fig. 1 Distribution of relatively brightness temperature in Xiamen Island in 2009

表 1 厦门本岛相对亮温等级面积变化 Tab.1 Change of area with different grade in relatively brightness temperature in Xiamen Island

表 1 厦门本岛相对亮温等级面积变化 Tab.1 Change of area with different grade in relatively brightness temperature in Xiamen Island 亮温等级 Relatively brightness temperature grade 1993 2009 变化 Change(1993—2009) 面积 Area/hm2 比例 Ratio(%) 面积 Area/hm2 比例 Ratio(%) 面积 Area/hm2 比例 Ratio(%) 绿岛 Green island 2 462.78 19.17 3 738.95 29.10 1 276.17 51.82 弱热岛 Weak heat island 7 793.62 60.66 4 545.76 35.38 -3 247.86 -41.67 中等热岛 Middle heat island 2 510.32 19.54 3 862.29 30.07 1 351.97 53.86 强热岛 Strong heat island 80.89 0.63 698.73 5.44 617.84 763.80 极强热岛 Powerful heat island 0.00 1.88 0.01 1.88 100

1993—2009年间，厦门本岛热场强度普遍提高。热岛效应明显区域的面积从占研究区总面积的20.17%增加到了35.52%，增加了1 971.69 hm²。其中强热岛面积的增幅达到763.80%(表 1)，中等热岛的增幅也达到53.86%。中等热岛和强热岛从1993年的散点状分布发展到2009年在厦门本岛北部区域大规模集结成片分布。从1993—2009年厦门本岛还增加了极强热岛，虽然面积不大，但说明厦门本岛热岛效应在不断增强，其潜在发展趋势应该引起重视。

厦门本岛相对亮温中绿岛的分布有2个区域非常稳定: 一是狐尾山-仙岳山和筼筜湖一带，二是本岛南部的万石植物园区域，这2个区域山体植被状况好，具有较强的降温效果。中等热岛在中华街道办-梧村街道办一线，其他区域都有很明显的热岛变化。从1993和2009年的比较来看，厦门本岛山地区域的绿岛扩展迅速。这是因为1993年时山地区域有大面积的裸露山体，植被状况很差，自1997年厦门开始进行裸露山体整治以来，山地植被有了很大程度的恢复。虽然厦门本岛绿岛面积增加的不少，达到了1 276.17 hm²，但强热岛和极强热岛的增加在一定程度上抵消了绿岛增加所带来的降温效应。

根据逆向转移概率矩阵分析厦门本岛2009年热力景观斑块来源情况来看，中等热岛和强热岛景观斑块主要来源于弱热岛，分别占转入来源的63.21%和59.66%，极强热岛来源于弱热岛的面积也高达60.77%，另有34.03%来源于绿岛。从弱热岛、绿岛发展到强热岛和极强热岛，说明如果不加以有效的控制管理，热岛会发生跳跃式的变化。

将2009年厦门本岛城市相对亮温图与地表覆盖类型图对比分析(图 2)可知，厦门本岛地表覆盖类型与城市相对亮温分布区域呈现显著的相关性。岛内南部的园林植物园、万石植物园和西部的狐尾山、仙岳山一带地表覆盖类型以公园树冠覆盖为主，相对亮温图上的相应区域显示为绿岛集中分布，反映出集中分布的公园树冠覆盖具有较强的减缓热岛效应作用。

	图 2 2009年厦门本岛城市地表覆盖类型 Fig. 2 Type of land cover in Xiamen Island in 2009

为了分析树冠覆盖与相对亮温和绝对温度的空间相关性，利用Arcgis的空间统计功能，统计出表 2，3。由表 2可知，公园树冠覆盖77.86%的面积分布在岛上相对亮温中的绿岛区域，19.04%的面积分布在弱热岛区，仅占公园树冠覆盖面积3.10%的小型公园树冠覆盖分散分布在中等热岛和强热岛区域。道路和居住区树冠覆盖主要分布在弱热岛和中等热岛区，绿岛区中仅与17.05%，17.14%的道路和居住区树冠覆盖呈散点状分布。草地则在绿岛、弱热岛和中等热岛区有较均匀分布。

表 2 相对亮温与地表覆盖统计 Tab.2 Relatively brightness temperature and land cover in Xiamen Island

表 2 相对亮温与地表覆盖统计 Tab.2 Relatively brightness temperature and land cover in Xiamen Island 地表覆盖类型Land cover type 绿岛Green island 弱热岛Weak heat island 中等热岛Middle heat island 强热岛Strong heat island 极强热岛Powerful heat island 面积Area/hm2 比例Ratio(%) 面积Area/hm2 比例Ratio(%) 面积Area/hm2 比例Ratio(%) 面积Area/hm2 比例Ratio(%) 面积Area/hm2 比例Ratio(%) 无植被覆盖Non-cover 1 131.51 12.31 4 074.49 44.32 3 357.6 36.52 627.58 6.83 1.96 0.02 草地Grass land 112.44 38.75 59.02 20.34 87.01 29.98 31.72 10.93 0.00 0.00 道路树冠Roadside trees 99.42 17.05 291.13 49.93 167.55 28.74 24.83 4.26 0.09 0.02 居住区树冠Residential forest 115.5 17.14 363.76 53.99 180.82 26.84 13.69 2.03 0.00 0.00 公园树冠Park forest 1 640.36 77.86 401.18 19.04 61.83 2.93 3.57 0.17 0.00 0.00

根据李延明等(2004)对北京市绿化与热岛效应研究，只有斑块体面积大于3 hm²的集中绿地才能够在城市中形成以绿地为中心的低温谷地，发挥较好的减缓城市热岛效应功能。厦门本岛公园树冠覆盖连续集中分布，破碎化程度较低，斑块体较大，单个面积3 hm²以上的斑块体总面积达到1 978.8 hm²，平均斑块体面积为23.41 hm²，能够形成降温效果较好的、以公园绿地为中心的绿岛。而道路、居住区树冠覆盖和草地的斑块体都比较小，而且破碎性比较高，连续性较差，单个面积3 hm²以上的斑块体仅有5个，单个面积1 hm²以上的斑块体总面积分别为67.82，63.93 hm²，平均面积不足2 hm²，不能够形成降温效果较好的低温谷地。也说明了3 hm²以上的集中绿地才能够有效减缓热岛效应。极强热岛只出现在道路树冠覆盖和无植被覆盖中，进一步说明厦门本岛道路树冠覆盖的破碎化程度高，斑块体小，造成区域的植被盖度低，不能明显减缓热岛效应。

对照表 3可见，公园树冠覆盖对应区域的最高温度和平均温度是5种地表覆盖中最低的。道路树冠覆盖、居住区树冠覆盖和草地的最高温度及平均温度都显著高于公园树冠覆盖区域。但草地的最高温度和平均温度较道路树冠覆盖、居住区树冠覆盖低，这与厦门岛降雨量较大、草地有较高的植被盖度，而道路和居住区树冠覆盖连续面积小、树冠覆盖度不高有关。说明植被覆盖率高、斑块体大的城市森林才能对热岛效应产生明显的削弱作用。

表 3 绝对温度与地表覆盖统计 Tab.3 Temperature and land cover in Xiamen Island

表 3 绝对温度与地表覆盖统计 Tab.3 Temperature and land cover in Xiamen Island 类型Type 最低温度Min/℃ 最高温度Max/℃ 幅度Range(%) 平均温度Mean/℃ 植被覆盖Non-cover 22.94 39.92 16.99 30.44 草地Grass land 24.69 37.17 12.47 29.74 道路树冠Roadside trees 23.82 39.53 15.71 29.98 居住区树冠Residential forest 23.82 38.75 14.93 29.81 公园树冠Park forest 23.38 36.77 13.39 27.21

1)表 3显示，无植被覆盖中有12.31%的面积在绿岛区域分布，通过相对亮温与卫星影像对比，发现这是由于城市中有大量水体存在，使得厦门岛的无植被覆盖与相对亮温的空间关系不同于其他城市。厦门岛城市相对亮温图中的无植被覆盖绿岛区域与卫星影像上大面积的湖泊水体地理空间位置相对应(图 3)，城市中的水体起到了较强的减缓城市热岛效应的作用。由于本研究主要考虑植被缓解热岛效应的功能，对于厦门岛水体的调节温度作用还需要进一步的定量研究。

	图 3 卫星影像的水体与相对亮温的绿岛区域空间对应 Fig. 3 Water on image space corresponding to Green Island of relatively brightness temperature

2)厦门本岛地表覆盖类型与城市热岛效应分布区域具有对应的关系。公园树冠覆盖因斑块体大、集中连片分布，公园内植被盖度高，形成了较好的以公园绿地为中心的低温谷底，道路、居住区树冠覆盖及草地因斑块体小而破碎，造成区域植被盖度低，其在降温作用显著的绿岛区域较少分布。尽管所有的植物都具有降温增湿、减缓热岛效应的生态功能，但规模小、破碎化程度高、植被盖度低的绿地缓解城市热岛效应的作用有限。只有绿化斑块体达到3 hm²以上的规模才能形成降温效果较好的低温区域，这在今后的城市森林建设应该引起足够的重视。

3)不同地表覆盖的下垫面对地表与大气间的能量交换产生不同影响(Turner et al.，1993; Reid et al.，2000)。城市中通过各种途径增加的绿地，可以改善城市下垫面的特性及构成，绿地中的植物能够从环境中大量吸收热量，降低周围环境的温度。加强绿化、合理增加绿地面积，改善城市下垫面的热属性是缓解城市热岛效应的有效措施。

4)缓解城市热岛效应的主要措施包括减少人为热排放、增加城市绿地和水体等(Xiao et al.，2005; Rizwan et al.，2008; Heidt et al.，2008)。城市绿化能为市民提供生态和休闲功能，美化城市，加大城市绿化力度，充分发挥城市绿地的降温作用是缓解城市热岛效应的最佳途径。

5)厦门市城市生态用地较为紧张，在当前热岛效应严重影响人民生产生活质量的情况下，应结合旧城改造，在城市中心和北部区域适当规划建设较大面积的城市森林斑块，在热岛效应显著的老城区建造具一定规模的集中绿地，提高绿地分布的均匀度，控制热岛区域的集中连片分布，同时，努力提高城市森林植被盖度及质量，较好地发挥城市森林减缓热岛效应的功能，为市民提供舒适的户外活动环境。