阮惠華，許劍輝，張菲菲

1.廣東省氣象探測(cè)數(shù)據(jù)中心，廣東 廣州 510080；2.廣東省科學(xué)院廣州地理研究所/廣東省遙感與地理信息應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣東省地理時(shí)空大數(shù)據(jù)工程實(shí)驗(yàn)室/廣東省地理空間信息技術(shù)與應(yīng)用公共實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510070；3.廣東第二師范學(xué)院計(jì)算機(jī)學(xué)院，廣東 廣州 510310

人類活動(dòng)對(duì)全球生態(tài)環(huán)境的影響日益強(qiáng)烈（Mahmoud et al.，2018；Chaplin-Kramer et al.，2019），主要是通過(guò)改變自然地表覆被從而影響生態(tài)環(huán)境，而城市化是造成地表覆被變化的重要原因之一（Liu et al.，2019a；王淵等，2020）。快速城市化會(huì)帶來(lái)城市熱島、植被減少等典型問(wèn)題（Bren d’Amour et al.，2017；Yao et al.，2017a），進(jìn)一步破壞生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。因此，全面研究城市化對(duì)植被和熱環(huán)境的影響程度、時(shí)間變化趨勢(shì)及其相互關(guān)系，對(duì)城市的規(guī)劃和可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

遙感技術(shù)具有大面積同步觀測(cè)的特點(diǎn)，能夠較好地獲取地表參數(shù)的時(shí)空分布，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于城市化、生態(tài)水文、農(nóng)業(yè)、城市熱島和災(zāi)害監(jiān)測(cè)等多個(gè)研究領(lǐng)域（Xu et al.，2018；Liu et al.，2019b；王一帆等，2020；閆章美等，2021）。相關(guān)學(xué)者利用遙感數(shù)據(jù)研究了城市化對(duì)植被和熱環(huán)境的影響（Peng et al.，2018；Zullo et al.，2019；何全軍，2019；馮嫻慧等，2022；王思等，2022）。陳丹等（2006）利用多時(shí)相MODIS13數(shù)據(jù)產(chǎn)品研究了廣東省、珠三角以及廣州市2000—2005年植被指數(shù)NDVI及其時(shí)空分布特征。結(jié)果表明，不同空間尺度的植被指數(shù)具有很強(qiáng)的夏高冬低季節(jié)規(guī)律特征，存在顯著的地區(qū)差異。Liu et al.（2015）利用1981—2010年歸一化植被指數(shù)（Normalized Difference Vegetation Index，NDVI）數(shù)據(jù)分析全球50個(gè)城市城市化對(duì)植被退化的影響，結(jié)果表明，城市化并不一定導(dǎo)致NDVI減少，但城鄉(xiāng)間的NDVI差異有所下降。鄧玉嬌等（2021）也指出2000—2018年廣東省NDVI總體呈上升趨勢(shì)。Yao et al.（2017b）利用2001—2016年MODIS的地表溫度和增強(qiáng)型植被指數(shù)（Enhanced Vegetation Index，EVI）分析長(zhǎng)江流域城市化對(duì)植被和地表城市熱島的影響。結(jié)果表明，城市化對(duì)植被和熱島的作用越來(lái)越顯著，城鄉(xiāng)間的EVI差異顯著減少，城鄉(xiāng)間的白天和夜間地表溫度差異顯著增加。Quan et al.（2016）利用2000—2012年MODIS夜間地表溫度數(shù)據(jù)研究了北京地區(qū)夜間地表溫度的時(shí)間變化趨勢(shì)及其與NDVI、氣候參數(shù)的關(guān)系，結(jié)果表明，城市夜間地表溫度的時(shí)間變化趨勢(shì)與 NDVI呈顯著負(fù)相關(guān)，而在農(nóng)村地區(qū)相關(guān)性不顯著。2000—2020年期間，中國(guó)經(jīng)歷了快速城市化的轉(zhuǎn)型（2000—2010年）和升級(jí)（2010—2020年）階段，處于城鄉(xiāng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵階段。在不同的城市化階段，城市的植被、地表溫度和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)不同的變化特征，尤其是高度城市化的地區(qū)，如粵港澳大灣區(qū)。相比城市化轉(zhuǎn)型階段，廣州市在城市化升級(jí)階段不透水面面積顯著增加，導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)加大，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量退化（Xu et al.，2021）。

粵港澳大灣區(qū)城市化水平高，土地?cái)U(kuò)張明顯，建設(shè)用地面積增加顯著，人口高度集中，交通路網(wǎng)密集，城市地表引起的小氣候變化在這一區(qū)域形成了明顯的城市熱島效應(yīng)（楊智威等，2018），進(jìn)而降低了大灣區(qū)整體的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量（王淵等，2020）。中共中央國(guó)務(wù)院于2019年2月印發(fā)實(shí)施的《粵港澳大灣區(qū)發(fā)展規(guī)劃綱要》提出，大力推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，建設(shè)宜居宜業(yè)宜游的優(yōu)質(zhì)生活圈，為居民提供良好生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)大灣區(qū)可持續(xù)發(fā)展。因此，在全球氣候變暖背景下，研究粵港澳大灣區(qū)植被和地表溫度等在不同城市化發(fā)展階段的時(shí)空變化趨勢(shì)具有重要的意義，可以為進(jìn)一步提升大灣區(qū)城市群區(qū)域發(fā)展質(zhì)量提供技術(shù)支撐。本研究綜合利用2001—2020年MODIS EVI和地表溫度數(shù)據(jù)，估算2001—2020年大灣區(qū)EVI和地表溫度的20年不同時(shí)間尺度的平均值，通過(guò)計(jì)算時(shí)間變化趨勢(shì)率進(jìn)一步分析大灣區(qū)及各城市EVI和地表溫度的變化趨勢(shì)，分析地表溫度與EVI的關(guān)系。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)

粵港澳大灣區(qū)（111°21″—115°24″E；21°24″—24°23″N）位于華南地區(qū)，由香港、澳門兩個(gè)特別行政區(qū)和廣東省的廣州市、深圳市、珠海市、佛山市、惠州市、東莞市、中山市、江門市、肇慶市九個(gè)珠三角城市組成（圖1），總面積約5.6×104km2，2020年底，大灣區(qū)常住人口約 7000×104，經(jīng)濟(jì)總量達(dá)11.5萬(wàn)億元（人民幣），是中國(guó)開放程度最高、經(jīng)濟(jì)活力最強(qiáng)的區(qū)域之一。大灣區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，常年多云多雨，夏長(zhǎng)冬短，年均降水量1500 mm以上，年平均氣溫 22 ℃，降雨主要集中在4—9月。大灣區(qū)大部分區(qū)域海拔200 m以下，中部為珠江三角洲平原，三面以丘陵、山地為主，南部臨大海，城市擴(kuò)張以中部珠江三角洲平原為主。圖1的地表溫度數(shù)據(jù)為利用2001—2002年MOD11A2地表溫度數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算得到的白天年平均地表溫度。

圖1 研究區(qū)域Figure 1 Study area

1.2 MODIS地表溫度與EVI數(shù)據(jù)

地表溫度數(shù)據(jù)是由美國(guó)航空航天局提供的MODIS Terra衛(wèi)星V6版的MOD11A2全球地表溫度/發(fā)射率8 d合成產(chǎn)品，空間分辨率為1 km，時(shí)間分辨率為8 d。MOD11A2地表溫度產(chǎn)品包括當(dāng)?shù)貢r(shí)間 10:30（白天）和22:30（夜間）兩個(gè)時(shí)刻產(chǎn)品，產(chǎn)品精度在±1 K以內(nèi)，已被廣泛應(yīng)用于生態(tài)環(huán)境、熱島監(jiān)測(cè)分析、氣候變化等相關(guān)領(lǐng)域。本研究獲取粵港澳大灣區(qū)2001—2020年的時(shí)間序列地表溫度數(shù)據(jù)集，并根據(jù)研究區(qū)域范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)裁剪和處理。

相關(guān)研究表明，相比 NDVI，EVI指數(shù)更適合于城市區(qū)域的植被動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。本研究采用美國(guó)航空航天局提供的MODIS Terra衛(wèi)星 V6版的MOD13A2的EVI產(chǎn)品分析高度城市化的粵港澳大灣區(qū)植被變化特征。MOD13A2的EVI指數(shù)產(chǎn)品空間分辨率為1 km，時(shí)間分辨率為16 d。本研究獲取粵港澳大灣區(qū)2001—2020年的時(shí)間序列EVI數(shù)據(jù)集，并根據(jù)研究區(qū)域范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)裁剪和處理。

1.3 研究方法

由于天氣條件、水體等因素影響，MODIS地表溫度和EVI指數(shù)產(chǎn)品存在缺失或較大的不確定性問(wèn)題，本研究先對(duì)無(wú)效值的像元進(jìn)行掩模處理，確保地表溫度和EVI指數(shù)產(chǎn)品的可靠性。鑒于Google Earth Engine（GEE）的強(qiáng)大云計(jì)算能力，本研究利用GEE對(duì)MODIS的EVI和地表溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。由于廣東地區(qū)夏季和冬季分別具有最大、最小的NDVI值和地表溫度（鄧玉嬌等，2021），具有明顯的時(shí)間變化特征，因此，選擇夏季和冬季的EVI和地表溫度進(jìn)行研究。按照不同時(shí)間尺度通過(guò)均值合成法對(duì)8 d的MOD11A2白天和夜間地表溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，分別得到全年、夏季（6—8月）和冬季（12至次年2月）的序列地表溫度數(shù)據(jù)集，并統(tǒng)計(jì)20年大灣區(qū)及各城市年、夏季和冬季白天、夜間地表溫度平均值。采用相同的方法對(duì) 16 d的MOD13A2 EVI產(chǎn)品進(jìn)行處理，分別得到全年、夏季和冬季的序列EVI數(shù)據(jù)集，并統(tǒng)計(jì)20年大灣區(qū)及各城市年、夏季和冬季EVI平均值。

此外，利用時(shí)間序列線性回歸分析方法對(duì)粵港澳大灣區(qū)及各城市EVI和地表溫度的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。

式中：

ti——年份；

yti——第ti年粵港澳大灣區(qū)或各城市不同時(shí)間尺度（年、夏季和冬季）的平均EVI和地表溫度。

a和b——回歸系數(shù)，采用最小二乘進(jìn)行估算?；貧w系數(shù)b為回歸模型斜率，可以用于表示粵港澳大灣區(qū)或各城市平均EVI和地表溫度增加或降低的變化趨勢(shì)，系數(shù)b＞0表示EVI或地表溫度隨時(shí)間呈增加趨勢(shì)；系數(shù)b＜0表示EVI或地表溫度隨時(shí)間呈降低趨勢(shì)。

2 結(jié)果

2.1 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)植被與地表溫度的統(tǒng)計(jì)分析

圖2顯示了2001—2020年粵港澳大灣區(qū)年、夏季和冬季的平均EVI空間分布。從圖2可知，大灣區(qū)夏季平均EVI最大值達(dá)到了0.743，大于年與冬季的EVI最大值；年、冬季平均EVI最大值均小于0.569?；浉郯拇鬄硡^(qū)中心區(qū)域主要由不透水面覆蓋，EVI值相對(duì)較低；中心區(qū)域外郊主要由植被覆蓋，EVI相對(duì)較高。中心區(qū)域的EVI小于外郊的EVI。此外，從圖2也可知，夏季中心區(qū)域與外郊的EVI差異大于冬季中心區(qū)域與外郊的EVI差異。

圖2 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)年、夏季和冬季平均EVI空間分布Figure 2 Spatial distribution of annual,summer and winter averaged EVI for GBA,China in 2001-2020

表1顯示了大灣區(qū)及各城市2001—2020年EVI植被指數(shù)年、季節(jié)平均統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從表1可知，大灣區(qū)近20年EVI均值達(dá)到了0.358，夏季和冬季均值相差比較大，差值達(dá)到了0.138。3個(gè)城市的EVI年均值大于大灣區(qū)，主要包括惠州市、江門市和肇慶市；其他8個(gè)城市的EVI年均值小于大灣區(qū)。其中，肇慶市的EVI植被指數(shù)最大，夏季EVI均值接近0.5，遠(yuǎn)大于其他城市的EVI植被指數(shù)；惠州市緊跟其后，其EVI均值略小于肇慶市的EVI均值。這也反映出肇慶市的植被生長(zhǎng)狀況整體更好，地表植被覆蓋度更高。澳門的年、夏季和冬季EVI均值是最小的，最小的冬季EVI植被指數(shù)均值僅為0.121。這表明澳門的地表植被覆蓋度相對(duì)其他城市低很多。此外，東莞市、佛山市、深圳市和珠海市的EVI年均值都小于0.3。從表1也可知，大灣區(qū)及各城市的夏季EVI均值整體上大于冬季EVI均值，最大的差異達(dá)到了57%。

表1 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)及各城市平均植被指數(shù)統(tǒng)計(jì)情況Table 1 Statistical results of the averaged enhanced vegetation index (EVI) from 2001 to 2020 in Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area (GBA),China

圖3和圖4顯示了20年粵港澳大灣區(qū)年、夏季和冬季白天、夜間平均地表溫度空間分布。從圖3和圖4可知，大灣區(qū)夏季白天地表溫度在38.105—24.276 ℃之間，夜間地表溫度最多降低了約10 ℃。冬季夜間最大地表溫度為17.577 ℃，最低地表溫度低于5.5 ℃。從圖3和圖4也可知，大灣區(qū)年、夏季和冬季白天最大與最小地表溫度差大于夜間最大與最小地表溫度差，白天地表溫度差達(dá)到了13 ℃，夜間地表溫度差約 10 ℃。高溫區(qū)主要集中在大灣區(qū)中心區(qū)域，相對(duì)低溫區(qū)分布在中心區(qū)域外郊。

圖3 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)年、夏季和冬季白天平均地表溫度空間分布Figure 3 Spatial distribution of annual,summer and winter daytime averaged LST for GBA,China in 2001-2020

圖4 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)年、夏季和冬季夜間平均地表溫度空間分布Figure 4 Spatial distribution of annual,summer and winter nighttime averaged LST for GBA,China in 2001-2020

大灣區(qū)及各城市2001—2020年白天和夜間年、季節(jié)地表溫度的統(tǒng)計(jì)情況如表2所示。整體上，整個(gè)大灣區(qū)白天年平均地表溫度為24.980 ℃，夏季白天平均地表溫度超過(guò)30 ℃。在大灣區(qū)11個(gè)城市中，東莞市具有最高的白天地表溫度，夏季白天平均地表溫度超過(guò)了33 ℃，冬季白天平均地表溫度也達(dá)到了20.895 ℃；肇慶市具有最低的白天年和冬季平均地表溫度，分別低于24 ℃和17.5 ℃。7個(gè)城市的夏季白天平均地表溫度超過(guò)30 ℃，包括東莞、佛山、廣州、澳門、深圳、中山和珠海；此外，3個(gè)城市的冬季白天平均地表溫度超過(guò)20 ℃，包括東莞、深圳和中山，其他城市的冬季白天平均地表溫度都在19 ℃左右。11個(gè)城市中，有10個(gè)城市的夏季白天地表溫度與冬季白天地表溫度之間的差比（(夏天地表溫度-冬季地表溫度)/冬季地表溫度）超過(guò)50%，只有香港的夏季與冬季白天地表溫度的差比小于50%，為45.28%。

表2 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)及各城市平均地表溫度統(tǒng)計(jì)情況Table 2 Statistical results of the averaged land surface temperature (LST) from 2001 to 2020 in GBA,China

整個(gè)大灣區(qū)及其他城市夜間年平均地表溫度都低于20 ℃，夏季夜間平均地表溫度超過(guò)23 ℃；但冬季夜間最大平均地表溫度為13.697 ℃（香港），最低平均地表溫度低于11 ℃，僅為10.604 ℃（肇慶）。11個(gè)城市夏季夜間地表溫度與冬季夜間地表溫度之間的差比超過(guò)70%，其中4個(gè)城市的夏季與冬季夜間地表溫度差比超過(guò)了100%，包括佛山、廣州、惠州和肇慶。由此可知，在夜間，粵港澳大灣區(qū)及各城市夏天和冬天存在顯著的溫度差異。

對(duì)于夏季，各城市的白天地表溫度與夜間地表溫度的差比（(白天地表溫度-夜間地表溫度)/夜間地表溫度）都大于20%；差比大于30%的只有2個(gè)城市，為東莞和深圳。對(duì)于冬季，各城市的白天地表溫度與夜間地表溫度的差比更大，最小的地表溫度差比為40%（澳門），最大的地表溫度差比達(dá)到了66%（惠州）。由此可知，夏季城市白天和夜間的地表溫度差異要小于冬季白天和夜間的地表溫度差異，即冬季城市的降溫效率高于夏季城市的降溫效率。

結(jié)合表1和表2，本研究進(jìn)一步分析不同時(shí)間尺度下EVI植被指數(shù)與地表溫度之間的相關(guān)性。從表3可知，EVI植被指數(shù)與地面溫度呈現(xiàn)出顯著的負(fù)相關(guān)（P＜0.01），夏季EVI植被指數(shù)與地表溫度的相關(guān)性大于冬季。年平均EVI植被指數(shù)與白天地表溫度的相關(guān)性大于夏季和冬季EVI植被指數(shù)與白天地表溫度的相關(guān)性。EVI植被指數(shù)與夜間地表溫度的相關(guān)性顯著大于EVI植被指數(shù)與白天地表溫度的相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值超過(guò)了0.812，最大的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了-0.933（P＜0.01）。這是因?yàn)榘滋烊祟惢顒?dòng)明顯，遙感反演的白天地表溫度同時(shí)受到植被和人類活動(dòng)的影響；在夜間，人類活動(dòng)顯著減少，夜間地表溫度主要受植被的影響。

表3 大灣區(qū)城市地表溫度與EVI指數(shù)的相關(guān)分析結(jié)果Table 3 Correlation coefficients between EVI and land surface temperature

2.2 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)植被的時(shí)間變化趨勢(shì)

圖5為2001—2020年粵港澳大灣區(qū)平均EVI的時(shí)間變化趨勢(shì)；年、夏季和冬季的EVI分別以0.004 a-1（P＜0.01）、0.005 a-1（P＜0.01）和0.004 a-1（P＜0.01）的速率顯著增長(zhǎng)?？傮w上，EVI均呈顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，夏季和冬季EVI的增長(zhǎng)速率大于年度EVI的增長(zhǎng)速率。大灣區(qū)夏季的EVI在2001—2013年之間都處于一個(gè)增長(zhǎng)階段，2014年出現(xiàn)降低趨勢(shì)，到2017年進(jìn)入增長(zhǎng)趨勢(shì)，之后就呈現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。整體上，大灣區(qū)夏季年度EVI變化的波動(dòng)比較大，特別是2013年之后。冬季的EVI呈現(xiàn)出與夏季不一樣的趨勢(shì)，2001—2005年EVI顯示下降趨勢(shì)，2006年開始，到2017年呈現(xiàn)顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，進(jìn)入2018年后也出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

圖5 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)EVI時(shí)間變化趨勢(shì)Figure 5 Temporal trends of averaged EVI for GBA,China in 2001-2020

表4顯示了整個(gè)研究期間粵港澳大灣區(qū)各城市EVI的時(shí)間變化趨勢(shì)。大多數(shù)城市的年度、夏季和冬季EVI顯著增長(zhǎng)，澳門的夏季EVI增長(zhǎng)趨勢(shì)不顯著，不滿足P＜0.05的顯著性（Adj.r2=0.198，Adjusted r-square校正決定系數(shù)）。增長(zhǎng)趨勢(shì)在冬季最為明顯，從東莞的0.002 a-1（P＜0.01）到肇慶的0.006 a-1（P＜0.01）。年、夏季和冬季EVI的增長(zhǎng)速率大于等于0.004 a-1的城市分別有3個(gè)、7個(gè)和5個(gè)。夏季EVI增長(zhǎng)速率大于冬季EVI增長(zhǎng)速率的城市有5個(gè)，包括東莞、佛山、廣州、深圳和中山；夏季EVI增長(zhǎng)速率小于冬季EVI增長(zhǎng)速率的城市有2個(gè)，包括香港和珠海；惠州、江門和肇慶夏季和冬季EVI的增長(zhǎng)速率一致，分為0.004、0.005和0.006 a-1。從表4也可知，大灣區(qū)大多數(shù)城市的夏季EVI增長(zhǎng)速率大于冬季EVI增長(zhǎng)速率。

表4 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)各城市植被（EVI）時(shí)間變化趨勢(shì)Table 4 Temporal trends of EVI for 11 cities in GBA,China in 2001-2020

2.3 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)地表溫度的時(shí)間變化趨勢(shì)

由于冬季白天和夜間地表溫度在2001—2010年與2011—2020年兩個(gè)階段呈現(xiàn)顯著的時(shí)間變化趨勢(shì)，因此，本研究對(duì)冬季白天、夜間地表溫度的時(shí)間變化趨勢(shì)分2001—2010年與2011—2020年兩個(gè)階段進(jìn)行分析。

圖6顯示了整個(gè)研究期間粵港澳大灣區(qū)白天地表溫度的時(shí)間變化趨勢(shì)。年和夏季白天地表溫度在整個(gè)研究期間沒(méi)有顯著的上升或下降趨勢(shì)，總體上呈現(xiàn)比較平穩(wěn)的趨勢(shì)。大灣區(qū)冬季白天地表溫度時(shí)間變化比較明顯，呈現(xiàn)出兩個(gè)顯著不同的變化趨勢(shì)。2001—2010年期間，大灣區(qū)冬季白天地表溫度沒(méi)有明顯的時(shí)間變化趨勢(shì)；2011—2020年期間，大灣區(qū)冬季白天地表溫度呈現(xiàn)顯著上升趨勢(shì)，以0.286 ℃·a-1（P＜0.01）的速率顯著增加。

圖6 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)白天地表溫度時(shí)間變化趨勢(shì)Figure 6 The temporal trends of averaged daytime land surface temperature for GBA,China in 2001-2020

表5為2001—2020年粵港澳大灣區(qū)各城市白天地表溫度的時(shí)間變化趨勢(shì)，其中冬季白天地表溫度時(shí)間變化趨勢(shì)分為2001—2010年和2011—2020年兩個(gè)階段進(jìn)行分析。大多數(shù)城市（年度8個(gè)城市和夏季7個(gè)城市）的年和夏季白天地表溫度的時(shí)間變化趨勢(shì)相對(duì)平穩(wěn)，沒(méi)有明顯的增加或減少。年和夏季白天地表溫度僅在東莞、佛山和中山3個(gè)城市都有增加的趨勢(shì)，白天地表溫度增加速率最大的是中山的夏季，達(dá)到0.121 ℃·a-1（P＜0.01）。深圳夏季白天地表溫度也呈現(xiàn)出一定程度的增溫趨勢(shì)，其增加速率為0.052 ℃·a-1（P＜0.05）。2001—2010年期間，大灣區(qū)所有城市的冬季白天地表溫度都沒(méi)有明顯的時(shí)間變化趨勢(shì)（表5）。然而，2011—2020年期間，大灣區(qū)所有城市的冬季白天地表溫度呈現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)。增加趨勢(shì)最高和最低的城市為東莞和香港，分別以 0.359 ℃·a-1（P＜0.01）和0.2051 ℃·a-1（P＜0.01）的速率增加；佛山和中山冬季白天地表溫度增幅類似，約0.340 ℃·a-1；廣州、澳門和珠海具有類似的冬季白天地表溫度增幅，增加速率約0.310 ℃·a-1。從表5也可知，大灣區(qū)各城市冬季的白天地表溫度從2011年開始整體上逐漸上升，冬季和夏季的白天地表溫度差異逐漸縮小。

表5 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)各城市白天地表溫度時(shí)間變化趨勢(shì)Table 5 Temporal trends of daytime LST for 11 cities in GBA,China in 2001-2020

粵港澳大灣區(qū) 2001—2020年夜間地表溫度的時(shí)間變化趨勢(shì)如圖7所示。大灣區(qū)年、夏季和冬季夜間地表溫度顯示了完全不同的時(shí)間變化趨勢(shì)。圖7顯示年夜間地表溫度有0.041 ℃·a-1（P＞0.05）的增加趨勢(shì)，但是不滿足P＜0.05的顯著性檢驗(yàn)，因此，大灣區(qū)在整個(gè)研究期間年夜間地表溫度的變化相對(duì)平穩(wěn)。大灣區(qū)夜間地表溫度在夏季整體上呈增加趨勢(shì)，增加速率達(dá)到了0.046 ℃·a-1（P＜0.01）；換言之，與2001年相比，2020年大灣區(qū)夏季夜間地表溫度整體上增加了約0.9 ℃。在冬季，大灣區(qū)夜間地表溫度具有與白天地表溫度相似的時(shí)間變化趨勢(shì)，分為2001—2010年無(wú)顯著增加或降低趨勢(shì)和2011—2020年顯著增加趨勢(shì)兩個(gè)時(shí)期。盡管大灣區(qū)2001—2010年冬季夜間地表溫度整體趨勢(shì)不明顯，但是此時(shí)期夜間地表溫度的波動(dòng)較大，經(jīng)歷降低—上升—降低—上升的過(guò)程。2011—2020年期間，大灣區(qū)2001—2010年冬季夜間地表溫度顯著增加，增加速率達(dá)到了0.3350 ℃·a-1（P＜0.01）。按照0.335 ℃·a-1的速度，2020年冬季夜間地表溫度比2011年冬季夜間地表溫度增加了3.35 ℃（圖7）。

圖7 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)夜間地表溫度時(shí)間變化趨勢(shì)Figure 7 The temporal trends of averaged nighttime land surface temperature for GBA,China in 2001-2020

各城市年、夏季和冬季平均夜間地表溫度的變化趨勢(shì)如表6所示。從表6可知，7個(gè)城市的年夜間地表溫度沒(méi)有明顯變化趨勢(shì)；只有香港和澳門兩個(gè)城市的夏季夜間地表溫度沒(méi)有明顯變化趨勢(shì)，其余 9個(gè)城市的夏季夜間地表溫度都呈現(xiàn)出增加趨勢(shì)，增加速率范圍從肇慶的0.032 ℃·a-1到深圳的0.065 ℃·a-1。所有城市 2001—2010年冬季夜間地表溫度的時(shí)間變化趨勢(shì)均不顯著，然而，在2011—2020年期間冬季夜間地表溫度呈現(xiàn)顯著的增溫趨勢(shì)，增溫最快的東莞和廣州，增溫速率分別達(dá)到了0.370 ℃·a-1和0.376 ℃·a-1；增溫速率最低的也有0.246 ℃·a-1（香港）。換言之，在這10年期間，粵港澳大灣區(qū)冬季夜間地表溫度最低增加了2.4 ℃，最高增加了3.7 ℃。從表6也可知，冬季夜間地表溫度增溫速度明顯高于夏季夜間地表溫度增溫速度。此外，2011—2020年期間，冬季白天和夜間的地表溫度都具有相似的上升趨勢(shì)（表5和表6）

表6 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)各城市夜間地表溫度時(shí)間變化趨勢(shì)Table 6 Temporal trends of nighttime LST for 11 cities in GBA,China in 2001-2020

3 討論

為了進(jìn)一步分析大灣區(qū)不同時(shí)間尺度氣溫與地表溫度的關(guān)系，本研究利用2011—2020年大灣區(qū)9個(gè)城市（除了香港和澳門）的氣象站點(diǎn)每日氣溫分別計(jì)算了年、夏季和冬季平均氣溫，如圖8所示。圖8中，年、夏季和冬季地表溫度表示利用MOD11A2白天和夜間地表溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理得到。結(jié)果表明，大灣區(qū)城市群年、夏季平均氣溫比平均地表溫度高，但具有類似的時(shí)間分布趨勢(shì)，相關(guān)系數(shù)都大于0.7；冬季，氣溫與地表溫度有很高的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)高達(dá)0.87。從圖8也可知，冬季氣溫和地表溫度具有較大的時(shí)間波段變化，夏季氣溫和地表溫度變化相對(duì)平緩。因此，利用MOD11A2地表溫度產(chǎn)品分析大灣區(qū)城市群快速城市化過(guò)程中地表溫度變化特征是可行的。然而，由于缺少香港和澳門的氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)，僅利用珠三角9個(gè)城市的氣象站氣溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，分析結(jié)果存在一定的不確定性；此外，利用白天和夜間兩個(gè)時(shí)刻的平均地表溫度與每日平均氣溫進(jìn)行分析比較，結(jié)果也存在一定誤差。

圖8 2001—2020年粵港澳大灣區(qū)氣溫與地表溫度時(shí)間變化趨勢(shì)Figure 8 The temporal trends of averaged air temperature and land surface temperature for GBA,China in 2001-2020

2001—2020年大灣區(qū) EVI年際變化呈現(xiàn)顯著增長(zhǎng)趨勢(shì)，與中國(guó)部分城市EVI隨著城市發(fā)展強(qiáng)度增加而顯著降低的趨勢(shì)不同（Zhou et al.，2014），這與全球植被整體變化趨勢(shì)一致（Yuan et al.，2017；鄧玉嬌等，2021）。這與大灣區(qū)的地理環(huán)境與氣候特征密切相關(guān)，大灣區(qū)整體屬亞熱帶季風(fēng)氣候，終年溫暖濕潤(rùn)，水熱條件優(yōu)越，日照時(shí)間長(zhǎng)，有利于植被綠化（Qiu et al.，2022；何全軍，2019）；此外，大灣區(qū)及各城市EVI與氣象站點(diǎn)氣溫?cái)?shù)據(jù)之間的相關(guān)系數(shù)大于0.58。圖5也顯示了，大灣區(qū)夏季EVI值大于冬季，EVI年增加率比冬季高0.001 a-1；夏季EVI比冬季EVI的時(shí)間波動(dòng)大，特別是在2010年之后，夏季EVI呈現(xiàn)顯著的時(shí)間波動(dòng)趨勢(shì)。這可能與大灣區(qū)城市快速發(fā)展有關(guān)。2010年后，大灣區(qū)從城市群中心到邊緣區(qū)域不透水面密度顯著提高，次高密度區(qū)（不透水面密度在70%—90%之間）和高密度區(qū)（不透水面密度大于90%）的面積逐年增，2015年高密度區(qū)域面積增加到310.1 km2（馬玉翎，2020）。然而，城市群中心不透水面增加到一定程度后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，不會(huì)再顯著持續(xù)增加，在合適的水熱條件下，植被持續(xù)茂盛生長(zhǎng)，覆蓋周邊的不透水面（Xu et al.，2018）。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)珠海和香港冬季EVI增長(zhǎng)速率高于夏季EVI增長(zhǎng)速率（如表4所示）。這可能是因?yàn)橹楹：拖愀鄱际浅鞘谢容^高的城市，陸地面積相對(duì)較小，海域面積較大，溫度容易受到海溫和海風(fēng)的影響，冬季晝夜增溫更利于植被EVI提升。

高溫區(qū)主要集中在大灣區(qū)中心區(qū)域，特別是次高密度和高密度區(qū)域（圖3和圖4）。大灣區(qū)大部分城市的夏季夜間地表溫度存在增加趨勢(shì)，只有小部分城市夏天白天地表溫度存在增加趨勢(shì)，其他城市的夏季白天地表溫度沒(méi)有顯著的增加或降低趨勢(shì)，年際變化整體上趨于平緩。白天地表溫度不僅受到城市群地理環(huán)境特征的影響，還受到人類生產(chǎn)活動(dòng)等影響，而夜間地表溫度主要受到城市群地理環(huán)境特征的影響（馬玉翎，2020）。相比冬季白天地表溫度，冬季夜間地表溫度波動(dòng)幅度更大，如圖6和圖7所示，表明地表溫度在夜間表現(xiàn)出更強(qiáng)的時(shí)間變化，白天地表溫度在空間分布上具有更強(qiáng)的空間異質(zhì)性（如圖3和圖4所示）。

本研究?jī)H利用MODIS的EVI和地表溫度產(chǎn)品分析粵港澳大灣區(qū)EVI植被指數(shù)和地表溫度的時(shí)空特征，然而，EVI和地表溫度的時(shí)空變化還與氣候因素、人類活動(dòng)、地形地貌等多種因素密切聯(lián)系。接下來(lái)應(yīng)引入土地覆被類型、景觀格局指數(shù)、城市建筑三維形態(tài)等因素（Chen et al.，2022；王雪等，2017；孫喆，2020），利用機(jī)器學(xué)習(xí)、多尺度地理加權(quán)回歸、歸因分析、地理探測(cè)器等技術(shù)與方法，從不同時(shí)空尺度定量分析不同因素對(duì)EVI、地表溫度變化的貢獻(xiàn)，深入分析大灣區(qū)城市化對(duì)植被和熱環(huán)境的影響（吳波等，2021）。此外，受天氣條件和衛(wèi)星軌道等因素限制，MODIS的EVI和地表溫度產(chǎn)品存在數(shù)據(jù)缺失，如圖2所示，特別是夏季云量較多，數(shù)據(jù)缺失更為嚴(yán)重，使得本研究分析仍存在一定的不確定性。未來(lái)研究可以采用深度學(xué)習(xí)、RSDAST模型、Savitzky Golay濾波等算法對(duì)EVI/NDVI和地表溫度實(shí)現(xiàn)進(jìn)行時(shí)空重建，得到時(shí)空無(wú)縫的高精度EVI/NDVI和地表溫度時(shí)間序列產(chǎn)品（Fu et al.，2019；Wu et al.，2019；阮柱，2021；劉恒孜等，2022）。

4 結(jié)論

本研究基于2001—2020年MODIS EVI數(shù)據(jù)和地表溫度數(shù)據(jù)，利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和時(shí)間序列變化趨勢(shì)分析方法，分析了2001—2020年粵港澳大灣區(qū)整體和各城市植被生長(zhǎng)狀況和地表溫度的時(shí)空分布特征。研究發(fā)現(xiàn)，2001—2020年大灣區(qū)整體的EVI呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，平均值為0.358，增長(zhǎng)率為0.004 a-1，所有城市的EVI也呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。EVI具有明顯的季節(jié)變化特征，夏季EVI值比冬季EVI值大，夏季和冬季EVI呈現(xiàn)不同的增長(zhǎng)趨勢(shì)，整體上夏季EVI增長(zhǎng)率比冬季EVI增長(zhǎng)率高。從空間分布看，大灣區(qū)EVI低值主要集中在中心區(qū)域，呈現(xiàn)從中心區(qū)向外面逐漸增加的趨勢(shì)，地表溫度則呈現(xiàn)相反的空間分布趨勢(shì)。整個(gè)研究期內(nèi)白天和夜間地表溫度的在年、夏季的年際變化波動(dòng)不大，相對(duì)平緩。2001—2020年，冬季白天和夜間地表溫度的年際變化具有類似的趨勢(shì)；然而，2010年之后，冬季白天和夜間地表溫度均表現(xiàn)顯著增加的趨勢(shì)，夜間地表溫度增加的趨勢(shì)更大。東莞、佛山、廣州、中山和珠海5個(gè)城市冬季白天和夜間地表溫度增加率都在0.3 ℃·a-1以上?？傮w上，粵港澳大灣區(qū)城鎮(zhèn)化率比較高的城市在2011—2020年冬季地表溫度增加速度明顯，主要包括廣州、佛山、東莞、深圳、中山、珠海和澳門。城市化率最高的香港冬季地表溫度也存在較高的增速，白天和夜間地表溫度增加速率分別為0.202 ℃·a-1和0.246 ℃·a-1。