基于遥感与GIS的重庆市区城市扩展与城市热环境时空变化研究

重庆市自然科学基金计划项目立项申请书项目名称：基于遥感与GIS的重庆市区城市扩展与城市热环境时空变化研究所属专项：其它申请者：周启刚申报单位：重庆工商大学（签章）联系电话：[phone]申请日期：2006年7月3日重庆市科学技术委员会二ΟΟ五年四月制1填写说明1、凡申报重庆市自然科学基金计划的项目须填写此立项申请书。2、立项申请书由项目的主承担者填写，经项目主承担者工作单位审查同意后，一般项目一式三份、重点项目一式七份并附申报软盘一张报送重庆市科委。3、填写申请书前，请先查阅《重庆市自然科学基金计划项目管理办法》及有关规定，其中重点项目应围绕当年“项目指南”内容撰写。4、立项申请书所列内容都要据实填写，表达应明确、完整、严谨、扼要（外文名词要同时用中文表达）。5、项目组主要成员本人应在申请书上亲自签名以示同意合作。6、立项申请书一律要求用A4纸张打印，否则不予受理。7、所有申报材料恕不退还，请注意留底。2一、基本信息项目名称基于遥感与GIS的重庆市区城市扩展与城市热环境时空变化研究所属专项一般项目承担单位重庆工商大学组织部门科研处单位地址重庆市南岸区（县、市）邮编单位性质11.高等院校2.科研院所3.企业4.其它工商注册登记类型11.国有2.集体3.股份合作4.联营企业5.有限责任公司6.股份有限公司7.私营企业8.港澳台商投资企业9.外资企业10.其它企业单位法定代表姓名王崇举联系电话[phone]手机[phone]单位传真[phone]项目负责人姓名周启刚联系电话[phone]手机[e-mail]项目主要合作单位计划类别11.自然科学基金2.院士专项项目主要服务行业101.农业2.制造业3.电子信息4.医药化工5.交通、能源6.建筑建材7.冶金8.轻工纺织9.社会事业10.其它项目所属技术领域41.电子信息2.生物医药3.现代农业4.环境保护5.新材料6.光机电7.交通8.能源资源9.社会事业10.其它项目研究所属主要学科一级学科代码及名称二级学科代码及名称三级学科代码及名称代码：420名称：测绘科学技术代码：420.20名称：摄影测量与遥感技术起止时间2006年7月至2007年7月总投资8万元申请资助4万元主要研究内容(限100字)利用1992年、1995年、2000年和2005年遥感影像提取重庆市区城市扩展信息和城市土地利用/覆被变化信息，分析重庆市区1992-2005年城市扩展过程和土地利用/覆被变化时空间变化；并利用遥感影像热红外波段反演四个年份地表温度时空分布状况，揭示城市扩展和城市土地利用/覆被变化对城市热环境变化的影响关系，并提出改善对策。预期成果形式或达到的目标(限100字)成果分为两部分：图件成果和文字报告。图件成果包括四个年期城市扩展分布图、土地利用/覆被分布图，地表温度遥感反演分布图，地表温度与土地利用、城市扩展空间分布关系图；文字报告主要分析重庆市区1992-2005年城市扩展、城市土地利用和城市热环境的时空变化过程，揭示城市扩展和城市土地利用/覆被变化对城市热环境变化的影响关系，并提出城市热环境改善对策。成果至少发表1篇EI（或SCI、ISTP），两篇中文核心文章。注：此简表的选择项均为单选项。学科代码及名称按国家标准（可在市科委网站上查询）至少填至二级学科。3二、项目组主要成员（含项目负责人）编号姓名出生年月学历专业技术职称工作单位联系电话从事专业项目中的分工每年工作时间(月)签字1周启刚1976.1博士研究生副教授重庆工商大学13635462137遥感与地理信息系统项目负责人102赵小鲁1957.7本科副教授重庆工商大学023-72769617城市规划数据分析63周万村1943.10本科研究员中国科学院成都山地灾害与环境研究所028-85229765遥感与地理信息系统遥感分析54周介铭1956.5本科教授四川师范大学028-84760566土地利用数据分析55骆东奇1972.9博士研究生副教授重庆工商大学023-40900855城市规划遥感解译106罗光莲1975.6硕士研究生讲师重庆工商大学13608390987地理信息系统数据分析107邱继勤1976.6博士研究生副教授重庆工商大学13648332155生态规划数据分析108马泽忠1972.10博士研究生高级工程师重庆市国土规划勘测设计研究院13896829668遥感与地理信息系统数据处理109邱枫1978.10硕士研究生讲师重庆工商大学023-66132470土地利用数据分析10三、经费预算（单位:万元）经费来源预算经费支出预算科目预算数科目预算数其中市科技计划拨款部分1、市科技计划拨款41、小型仪器设备费0.502、国家部委拨款2、能源材料费323、行业主管部门拨款3、试验外协费2.514、区县科委拨款4、科研业务费1.515、单位自筹45、管理费006、其他资金6、其他费用0.50来源预算合计支出预算合计市科技计划预算拨款年度2006年2007年2008年合计经费4004注：1、市科技计划资助强度为：一般项目2-4万元，重点项目20-40万元。2、一般项目不得提取管理费。四、申请书正文参照以下提纲撰写，要求内容翔实、清晰，层次分明，主题突出。（一）立项依据与研究内容1、项目的立项依据（重点项目须附主要参考文献详细目录）1.1、项目的立项理论依据自美国发表开展全球变化研究战略报告至今的10多年时间里，全球变化研究得到逐步深入和发展，己经成为带动地球科学及相关学科研究的学科前沿论题(IGBP,IHDP,WCRP,1995)。己有研究表明，地球系统是一个由物理、化学、生物和人类要素共同作用组成的自组织行为系统，人类活动能够引起地球系统巨大的变化，并导致地球环境及生境的严重后果(陈6百明，1996；周万村，1990)。过去150年来，土地覆被变化所引起的向大气层排放的二氧化碳量，与工业发展过程中化石燃料使用的结果相当(TurnerIIB.L.etc,1995)。在人类改造地表的土地开发过程中，区域土地利用积累性的变化通过陆地自然生态系统和地表的变化，影响了生物地球化学循环，改变了大气中的化学性质与过程，进而对局地、区域乃至全球气候都产生了广泛而深刻的影响(史培军等，1999)。在此背景下，国际地圈-生物圈计划(IGBP)和全球环境变化中的人文领域计划(IHDP)于1995年联合提出了“土地利用和土地覆被变化”研究计划，力图通过对人类驱动力-土地利用/覆被-全球变化-环境反馈间相互作用机制的认识，建立能够用来预测未来土地利用/覆被变化的、评价其生态环境后果并提供决策支持的土地利用/覆被模型。当今世界，尤其是发展中国家，正经历着一场前所未有的城市化浪潮。大规模的城市用地开发己经成为了人类活动改造自然环境的主要方式之一(陈述彭，1997)。城市化所伴生的各种自然、社会和环境变化，从城市、区域乃至全球的尺度上影响着地球表层原始的自然现象和生态过程，人类活动的生态环境效应正成为世界各国、各地区高度关注的紧迫问题。从微观尺度上来看，城市空间格局的演变产生了环境污染、交通拥挤及居住环境恶化等一系列城市问题，从宏观尺度上分析，由于城市土地利用把以自然为主的土地利用景观变成了以工厂和住宅为主的人工土地利用景观，往往导致对各种自然过程如径流过程、蒸散过程和生态过程的改变，而带来复杂的生态环境后果，影响区域和全球的可持续发展(赵振家等,1996)。我国城市化虽然起步很晚，但特大城市地域扩展的速度很快，预计到2020年，沿海各大城市城市化水平将达到60%以上(周廷刚等，2004)。城市土地利用空间格局正处于急剧的重组过程中，大规模的城市扩展与大规模的内城更新改造齐头并进，与此过程相伴而生的有限耕地资源减少所产生的粮食安全问题，农村人口向城市大规模迁移带来的社会问题，城市扩展建设中的“大城市病”问题，以及可能的区域和全球尺度的生态环境影响等问题，无疑将会对中国的现代化进程产生各种难以预料的复杂影响(张浩等，2003；丁金才等，2002；周红妹等，2002；张锐波等，2004)。虽然理论学界也曾借鉴前苏联和西方发达国家的城市土地利用研究理论，但我们所面对的并不是同样的物质环境和文化背景，不仅技术条件与经济基础大不一样，而且我国当前特大城市所面临的资源、环境、人口和空间压力都远比西方国家为甚，城市空间格局演化的机制也有很大的不同，这些差异充分体现了具有中国特色的城市土地利用景观信息特征。因此，十分有必要从人地系统互动的角度出发，依据格局、过程、机制和模拟这一研究思路，综合集成。目前利用遥感手段监测土地利用/覆被变化和环境变化主要手段之一。利用遥感技术能够方便和快捷地获取土地利用/覆被变化和环境变化数据。而全球定位系统(GPS)的精确定位使7数据的验证更为方便。地理信息系统(GIS)的应用，又为多种来源的海量时空数据综合处理、动态存取、集成管理及建模和模拟提供了主要手段。因此，利用3S技术的结合与集成获取和分析土地利用/覆被变化和环境变化越来越受到重视。1.2、项目的立项现实意义重庆市作为西南地区政治、经济和文化中心之一，改革开放以来（特别是成立直辖市以来），经济快速增长。伴随着区域经济的发展，重庆市中心城区面积快速扩大，城区内部土地利用结构也随之发生很大的变化。城市的扩展与土地利用结构的变化必然会侵占城区附一近的耕地和林地等，同时城市化进程还带来了一系列的环境问题。由于重庆市的特殊的地理环境，在这些环境问题中，城市热环境的时空变化直接关系到城市的长远发展和可持续建设，使得对重庆市区土地利用变化和热环境变化的研究具有必要性和紧迫性。传统方法对城市热环境的监测主要依赖监测点的建立，对其空间变化规律取决于监测点的多少，遥感技术以其实时、动态、快速、周期性的特点能够满足变化监测的要求，能很好地应用于对城市化进程及环境变化的动态监测上；地理信息系统具有强大的空间分析功能，通过建立城市热环境、城市土地利用变化数据库，能够快速、科学地分析它们间的相互关系，揭示城市土地利用变化与热环境时空变化的内在机理，为城市的可持续发展提供决策信息。作为先进技术手段的遥感和地理信息系统的应用，为重庆市土地利用变化与城市热环境时空变化研究提供了技术保障，使之更具可行性。2、项目的研究内容、研究目标、以及拟解决的关键问题2.1项目的研究内容主要利用1992年、1995年、2000年和2005年美国陆地卫星(LandsatTM)遥感影像,经过几何校正、图像增加、波段结合后，采用人工解译与计算机自动分类相结合的方法，提取重庆市区城市扩展信息和城市土地利用/覆被变化信息，经过GPS野外验证和在GIS下进行编辑和检查的基础上建立重庆市城市扩展数据库和土地利用/覆被变化数据库，分析重庆市区1992-2005年城市扩展过程和土地利用/覆被变化时空间变化；利用LandsatTM遥感影像的热红外波段反演1992年、1995年、2000年和2005年重庆市区地表温度时空分布状况，利用各时相的4、3波段提取重庆市植被覆盖指数，并提取地表湿度指数，建立地表温度时空分布数据库和植被覆盖数据库和地表温度数据库。利用GIS的空间分计和地统计分析功能，对城市扩展数据库、土地利用/覆被数据库、地表温度数据库、植被覆盖数据和地表湿度数据库进行空间分析和统计，揭示城市扩展和城市土地利用/覆被变化对城市热环境变化的影响关系，8并提出重庆市城市热环境的改善对策。2.2研究目标本研究主要目标包括以下几个方面：（1）揭示重庆市区城市扩展过程。利用遥感影像提取重庆市城区1992-2005年城市扩展信息，并借助地理信息系统对城区扩展时空变化过程进行较为全面的分析；（2）揭示重庆市区土地利用/覆被时空变化过程。利用LandsatTM4、3、2波段组合形成假彩色遥感影像，采用自动分类与人工判读方法对城区遥感影像进行土地利用/覆被分类，并建立1992年、1995年、2000年和2005年土地利用/覆被数据库。在些基础上，对重庆市城区土地利用/覆被变