近年来，随着城市化进程的发展，区域大城市的人口集聚效应日益显著，基础设施建设随之增加，以城区热岛效应为代表的居住环境呈现恶化趋势。目前在城市热岛研究中，对不同温区空间分布规律分析偏向宏观，且研究对象多集中在东部发达地区，特别是人地矛盾较为突出的工业城市、省会城市[1]。以哈密为代表的西北地区受到特殊气候条件影响，居民对于城区气候变化更为敏感，但针对性研究较少。哈密作为新疆重要的门户城市，具有海拔高、日照强、水资源缺乏等特征，城市周边为广袤的戈壁，地理气候条件与平原地区迥异[2]。伊州区是哈密城区所在地，哈密河从中纵穿而过，所形成的生态湿地对于城区热气候的调节效应显著。因此，本研究以哈密城市建成区为研究对象，聚焦于哈密河生态湿地及周边的热岛空间格局，从生态区位、土地功能利用的差异对其进行分析，为哈密市城区规划提供参考。1哈密市伊州区自然概况哈密市位于新疆东部，地跨天山南北，未被利用的戈壁、沙漠、高山约占总面积的70.65%，属于温带大陆性干旱气候，干燥少雨，年平均气温为10.04 ℃（1953—2014年），年降水量38.2 mm，年蒸发量3 300 mm，年均日照3 358 h[3]。截至2018年，城市建成区面积约52.25 km2，哈密河自北向南流经城区中心，沿河分布有自然湿地，是城区重要的生态廊道。区域内乡镇边界因地理条件限制，行政区域划分不规则。本文以哈密市中心为几何中心，选取东西长40 km、南北宽30 km的矩形区域作为研究范围，涵盖了哈密城市主要建成区及周边环境。2研究方法及数据来源2.1研究方法地表温度分布格局是城市热岛系数的重要指标，遥感技术是地表温度检测的重要方法。常用的基于Landsat遥感影像温度反演方法有基于辐射传输方程的算法（RTE）、单窗算法（MWA）、劈窗算法（SWA_D和SWA_G）、普适性单通道算法（GSCA）及实用单通道算法（PSCA）等。其中基于辐射传输方程的算法适用范围广、精度良好，优势显著[4]，本文选用这一算法在ENVI5.3中处理遥感影像进行地表温度反演（LST）。通过将LST图像呈现的哈密城区地表温度空间分布特征与其下垫面性质相关性进行分析，可以明确影响地表温度变化，为城市规划和发展提供参考。2.2数据来源研究采用的数据包括遥感影像及气象数据。遥感影像来自USGS官网，选取2023年8月20日4：31卫星采集的Landsat 9 L1TP影像。3地表温度反演3.1数据预处理前期采集的遥感图像无法直接用于计算，需要进行辐射定标及大气校正操作。使用Radiometric Calibration工具将遥感图像多光谱数据的DN值转换为辐射亮度值，得到辐射亮度图像；使用QUAC工具排除大气辐射对影像数据的干扰，获取准确的地表辐射参数；使用ROI工具裁剪出研究区域图像，完成数据预处理。3.2计算地表比辐射率3.2.1地表比辐射率计算方法地表比辐射率使用Sovrino提出的NDVI（归一化植被指数）阈值法计算[5]。NDVI0.2时，地表比辐射率取0.973；NDVI0.5时，地表比辐射率取0.986；0.2≤NDVI≤0.5时，地表比辐射率为0.004×植被覆盖度+0.986。3.2.2生成NDVI及FVC图像XNVDI=(XNIR-XRED)/(XNIR+XRED) （1）式中：XNVDI——归一化植被指数值；XNIR——近红外波段反射率；XRED——红色波段反射率。XFVC=(XNDVI-XNDVIs)/(XNDVIv+XNDVIs) （2）式中：XNDVIs——无植被覆盖区域的NDVI值，本图中取信值为0.035；XNDVIv——植被覆盖区域的NDVI值，本图中取信值为0.831。3.2.3生成地表比辐射率图像将NDVI与FVC数据代入地表比辐射率公式。3.3计算黑体辐射亮度3.3.1获取大气剖面参数在NASA网站输入成像时间，即2023年8月20日4：31。研究区域中心经纬度为北纬42.78°，东经93.44°。大气剖面参数大气透射率τ=0.92，大气向上辐射强度Lu=0.66，大气向下辐射强度Ld=1.18。3.3.2获取Band10辐射亮度图像使用Radiometric Calibration工具单独对Band10波段辐射定标，ROI工具裁剪出研究范围内的Band10图像。3.3.3生成黑体辐射亮度图像同温度下的黑体辐射亮度图像表达式[6]：B1=(b2-Lu-τ×(1-b1)×Ld)/τb1 （3）式中：b2——Band10辐射亮度；b1——地表比辐射率。将大气剖面参数代入公式后band math为：(b2-0.66-0.92×(1-b1)×1.18)/0.92b1 （4）3.4生成地表温度分布图像地表温度图像表达式：T=K2/ln(K1/b1+1)-273.15 （5）式中：b1——黑体辐射亮度；K1、K2——常数，可在遥感影像MTL文件中查询Band10相关数据得到。本研究中，K1=799.028 4，K2=1 329.240 5。研究区域内地表温度位于31.7~55.0 ℃区间，高温区位于研究范围西南部，中温区位于研究范围东北部靠近天山的广袤戈壁及中部城区，低温区沿东西向散布于城区外围及城区核心地带。反演地表温度分布如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.010.F001图1反演地表温度分布4下垫面属性提取区域内以哈密河为代表的水域面积及流量较小，不符合适用MNDWI（改进归一化水体指数）分析的条件[7]。综合考虑城市下垫面对气温影响水平及地理条件，划分为不透水层、植被、未利用地（戈壁、荒地等）3类。4.1不透水层范围不透水层范围通过NDBI（归一化建筑指数）算法[8]获取。XNDBI=(XMIR-XNIR)/(XMIR+XNIR) （6）式中：XMIR——中红外波段反射率。当NDBI0，场地为建设用地；NDBI≤0，场地为非建设用地。通过波段计算将NDBI图像二元分类，提取得到建筑、硬质铺装等不透水层的范围。4.2植被覆盖度级别为了进一步明确城市绿化程度，将FVC（植被覆盖度）划分为5个级别，分别表示低覆盖度、较低覆盖度、中覆盖度、较高覆盖度和高覆盖度[9]。植被覆盖度等级划分以及对应地表景观如表1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.010.T001表1植被覆盖度等级划分以及对应地表景观分级植被覆盖度/%地表景观表现高覆盖度（Ⅴ）≥70农田、林地等较高覆盖度（Ⅳ）50~70疏林地、草地中等覆盖度（Ⅲ）30~50低产草地较低覆盖度（Ⅱ）10~30戈壁、荒地等未利用地低覆盖度（Ⅰ）10建筑、道路等不透水层4.3下垫面土地利用现状将FVC与NDBI计算图像叠加，相互印证得到不透水层、未利用地及植被覆盖度信息的城区下垫面土地利用分类图。建筑、道路等不透水层集中于中部城区，农田、林地散布于城区外侧的郊区地带，疏林地间杂在农田、林地与不透水层之间，研究范围外侧为广袤的戈壁、荒地等未利用地围绕。下垫面土地利用分类如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2024.03.010.F002图2下垫面土地利用分类5地表温度空间分布特征5.1圈层分布根据地表温度反演结果，哈密市城区不透水层分布密集的核心区温度最高。由内向外，随着植被覆盖度的提高，地表温度降低，构成一个环城市低温圈。结合卫星图像及土地利用分类图，城市核心区具有一条明显的南北向低温带为哈密河湿地公园，由于其绿化和水体的综合作用，对城区表现出明显的降温效果。哈密城市建成区地表温度的圈层分布，哈密河到郊区温度呈“低温—高温—低温—高温”高低起伏。植被覆盖对于城市小气候有明显的降温效果，不透水层密度的提高使城市小气候温度升高，城区整体内热外冷。城市核心区的哈密河湿地公园为改善城市热岛效应提供了积极作用，生态效应显著。由于特殊的地理位置，哈密市周边被戈壁等未利用地环绕，形成一个外围高温圈。5.2南北温度分异哈密城区周边温度具有明显的南高北低渐变分布特征，在ENVI中将研究区域的DEM图像与地表温度进行关联度分析，城市南侧高温区海拔在600~700 m区间，北侧低温区海拔在800 m。城市南北温度差异与海拔高度具有强关联性，呈现海拔越高、温度趋低的特点。6结语本文从宏观尺度总结了哈密城市建成区地表温度空间分布特征，梳理了地表温度格局与城市下垫面属性的关系。城区中部的集中建设区与城市外部的未利用区温度双高，核心地带的哈密河湿地区域与郊区的农田、林地区温度趋低，整体温度空间格局具有高低起伏的特点。地表温度与植被覆盖度指数呈负相关，与不透水材料密度呈正相关。按照土地利用类型分类进行温度统计，各土地利用类型的平均温度为不透水层未利用地植被覆盖区。哈密市位于天山山脉南坡，整体地势北高南低，城区南北两端海拔高差在100 m以上，是影响城市南北温度差异的重要因素。哈密周边为大面积的戈壁等未利用地，不同于广袤农田、林地环绕的平原地区城市。在此背景下，发展城市绿化、改善居住区小气候具有一定的意义。