干旱区典型绿洲景观格局的冷岛效应

doi:10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00013

摘要/Abstract

摘要：

绿洲冷岛效应对保障绿洲地区人类健康安全及宜居性具有重要意义。本文针对干旱区四大典型绿洲（阿克苏、和田、武威、张掖），运用Landsat影像反演地表温度，结合地面气候数据验证精度，分析各绿洲冷岛效应强度及其时空变化，结合土地覆被数据与景观格局指数，探讨土地覆被及景观格局对冷岛效应的影响。结果表明：（1）2000—2020年，研究区绿洲分布不断外扩，阿克苏绿洲冷岛面积显著增加，而武威绿洲冷岛面积呈缩小态势，但各绿洲综合冷岛效应（OICE）指数均有所增长，冷岛效应增强。（2）各绿洲耕地、林地和建设用地扩展，裸地减少。阿克苏绿洲耕地扩张增强冷岛效应；和田绿洲耕地扩张扩大冷岛范围；武威绿洲建设用地扩张削弱冷岛效应；张掖绿洲土地覆盖结构优化增强冷岛效应。（3）冷岛效应驱动机制差异显著。阿克苏、和田绿洲主要受斑块面积百分比（PLAND）驱动，土地覆被集中性增强冷岛效应；武威绿洲由PLAND、边缘密度（ED）和平均形状指标（SHAPE_MN）共同驱动，ED在边缘区域贡献显著；张掖绿洲以SHAPE_MN为主导，PLAND则表现为抑制作用。

关键词: 绿洲冷岛效应, 景观格局, 干旱区绿洲, 土地覆被, 时空变化

Abstract:

The oasis cool island effect plays a significant role in ensuring human health， safety， and livability in oasis areas. This study focuses on four typical oases in arid regions （Aksu， Hotan， Wuwei， and Zhangye）， using Landsat imagery to retrieve land surface temperature， and validating the results with ground climate data. The analysis explores the intensity and spatiotemporal variations of the cool island effect in these oases， while investigating the impact of land cover and landscape patterns on the cool island effect by combining land cover data and landscape pattern indices. The results indicate that：（1） During 2000-2020 the oasis areas in the study region expanded， with a significant increase in the cool island area of Aksu Oasis， while the cool island area of Wuwei Oasis decreased. However， the overall cool island effect （OICE） index of all oases increased， indicating a strengthened cool island effect. （2） In all oases， cultivated land， forest land， and built-up areas expanded， while barren land decreased. The expansion of cultivated land in Aksu Oasis enhanced the cool island effect； the expansion of cultivated land in Hotan Oasis extended the cool island range； the expansion of built-up areas in Wuwei Oasis weakened the cool island effect； and the optimization of land cover structure in Zhangye Oasis enhanced the cool island effect. （3） The driving mechanisms of OCIE varied across oases. In Aksu and Hotan， OCIE was mainly driven by patch area percentage （PLAND）， with higher land cover concentration enhancing the effect. In Wuwei， OCIE was influenced by PLAND， edge density （ED）， and mean shape index （SHAPE_MN）， with ED making significant contributions in peripheral regions. In Zhangye， SHAPE_MN was the primary driver， while PLAND showed a suppressive effect.

Key words: oasis cold island effect, landscape pattern, arid zone oasis, land cover, temporal and spatial variation

中图分类号:

P941.73

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图/表 14

图1 研究区概况图注：该图基于自然资源部标准地图服务网站下载的审图号为GS（2021）5448号的标准地图制作，底图边界无修改。下同

Fig.1 Overview of the study area

图2 精度验证结果

Fig.2 Results of accuracy verification

表1 绿洲综合冷岛效应（OCIE）分类标准和分类方法

Table 1 Classification standard and classification method of OCIE

指数	分类标准	分类方法
OCIE	无绿洲冷岛效应	LST_o≥LST_d
	弱绿洲冷岛效应	LST_d-2.5 ℃≤LST_o<LST_d
	中绿洲冷岛效应	LST_d-5 ℃≤LST_o<LST_d-2.5 ℃
	强绿洲冷岛效应	LST_o<LST_d-5 ℃

表2 景观格局指数及生态学含义

Table 2 Landscape pattern index and its ecological implications

指数名称	缩写	生态学含义
斑块面积百分比	PLAND	某一类型斑块占景观总面积百分比，反映景观类型的相对重要性和覆盖程度
最大斑块指数	LPI	衡量景观中最大斑块的相对重要性和占主导地位的程度
斑块密度	PD	单位面积内景观斑块的数量，反映景观的破碎程度
边缘密度	ED	斑块的周长总和与景观总面积的比值，反映斑块形状及边缘效应
平均斑块面积	AREA_MN	反映景观中斑块的平均大小，影响生态过程的规模和强度
平均形状指标	SHAPE_MN	描述斑块的平均形状复杂度，形状越复杂，形状指数越高
斑块内聚力指数	COHESION	描述斑块的空间结构，值越高，斑块内部越连贯

图3 各绿洲剖面地表温度趋势和土地覆被

Fig.3 Land surface temperature trends and land cover in each oasis profile

图4 各绿洲冷岛效应强度分类

Fig.4 Classification of the intensity of cold islands in each oasis

图5 各绿洲冷岛效应面积占比

Fig.5 Proportion of cold island effect area in each oasis

图6 各绿洲的绿洲冷岛效应强度和绿洲综合冷岛效应变化

Fig.6 Oasis cold island effect intensity and comprehensive cold island effect variation of each oasis

图7 各绿洲2000—2020年土地覆被类型地表温度

Fig.7 Land surface temperature by land cover type in each oasis during 2000-2020

图8 2000—2020年各绿洲土地覆被类型变化分布

Fig.8 Change distribution of land cover types in various oases during 2000-2020

图9 冷岛效应面积及综合冷岛效应指数与景观格局指数相关性

Fig.9 Correlation between cold island area， comprehensive cold island index and landscape index

表3 景观格局指数与OCIE相关性及双变量空间自相关分析

Table 3 Correlation analysis and bivariate spatial autocorrelation between landscape index and OCIE

绿洲	参数	PLAND	LPI	PD	ED	AREA_MN	SHAPE_MN	COHESION
阿克苏	Moran's I	-0.340^**	-0.028^**	0.101^**	0.094^**	0.055^**	-0.139^**	-0.032^**
阿克苏	相关系数	-0.054^*	-0.047^*	0.127^**	0.125^**	0.060^**	-0.184^**	-0.049^*
和田	Moran's I	0.268^**	0.248^**	-0.194^**	-0.385^**	0.343^**	-0.301^**	0.048^**
和田	相关系数	0.362^**	0.344^**	-0.241^**	-0.468^**	0.412^**	-0.372^**	0.239^**
武威	Moran's I	0.332^**	0.324^**	-0.180^**	-0.410^**	0.397^**	-0.339^**	0.225^**
武威	相关系数	0.375^**	0.364^**	-0.159^**	-0.461^**	0.439^**	-0.415^**	0.236^**
张掖	Molan's I	0.195^**	0.207^**	-0.048^**	-0.175^**	0.255^**	-0.299^**	0.144^**
张掖	相关系数	0.202^**	0.216^**	-0.004^**	-0.176^**	0.278^**	-0.389^**	0.142^**

表4 各绿洲景观格局指数的显著性对比

Table 4 Comparison of the significance of landscape indices of each oasis

绿洲	PLAND	LPI	PD	ED	AREA_MN	SHAPE_MN	COHESION
阿克苏	显著	显著	不显著	显著	显著	显著	不显著
和田	显著	不显著	显著	显著	不显著	显著	显著
武威	显著	显著	显著	显著	显著	显著	不显著
张掖	显著	显著	显著	显著	显著	显著	显著

图10 OCIE与斑块面积百分比（PLAND）、边缘密度（ED）、平均形状指标（SHAPE_MN）回归系数分布

Fig.10 Distribution of regression coefficients between （OCIE） and patch area percentage （PLAND）， edge density （ED） and average shape indexes （SHAPE_MN）

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