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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

随着我国经济、技术的发展，城市化已经成为我国城镇发展的主要趋势。在城市化进程中，越来越多的乡村人口向城市中心聚集，形成逐步增大的城市区域。扩大的城市区域大多是不透水的建筑下垫面，这类下垫面有着比热容小，蒸散发少等不同于以往水体或者植被等自然下垫面的物理属性，所以城市区域的小气候环境，包括温度，压强，湿度等也受到了影响。同时，城市的发展也带来了更加严重的环境问题：更多的交通工具产生的尾气污染和更广泛的人为污染来源（工业废气、废水、废渣等）带来城市环境的恶化。近年来，城市热岛，高温热浪，湿岛，空气污染等城市化进程中的问题一度成为发展中国家的重要问题，城市人们所向往的健康、自然、优质的生活正受到城市化进程中所出现的问题的挑战。研究城市化进程中城市局地气候的变化以及污染问题，能够让城市更好的了解自身发展的现状，城市化进程中的问题，从而量体裁衣，为城市化作出合理的规划布局，争取从发展和治理两方面着手，在发展更高级别的城市化的同时保护好我们的生活环境。素有“塞上江南、鱼米之乡”和“塞上明珠”美誉的银川近几年发展迅速，依靠它位于中国西北地区宁夏平原中部，西倚贺兰山、东临黄河的得天独厚的地理位置，宁夏首府银川一跃成为“两个最适宜”城市。但是由于近年来银川城市化发展迅速，银川的局地气候发生改变，空气污染日益严重，这对发展旅游产业的历史悠久的塞上古城来说，是一个急需解决的问题。为了保护好银川，更好的指引银川进行科学的城市化，必须要知道城市化进程带来的小气候环境变化以及引起的空气污染有多大地影响。因此本文研究银川城市化进程与小气候和空气质量的关系具有现实的意义，同时也会给与银川相类似的城市提供城市化建设方面的参考。

国内外研究现状

城市化又叫做城镇化，指的是农村居民向城镇地区迁徙的过程，此过程中包含了人口，经济，军事政治等向城中心集中。城市化是国家发展的必经之路，而城市化水平高低更是一国综合国力的体现。目前国内外已经有很多种方法研究城市化水平，主要有两种方法：一种是根据搜集到的包括农村和城市人口资料，城市面积资料，城市居民收入资料，城镇绿化程度资料等，建立指标进行研究，随着研究的深入，指标向复合型发展，复合型的指标考虑城市化所带来的各种影响，能够科学的表示出城市化水平。这方面的研究，日本开始的比较早，在1960年日本城市学家稻永幸男等就利用城市度量法建立包含城市规模，城市区位，城市经济活动等在内的五个指标体系。1971年，日本“东洋经济新闻报社”在《地域经济纵览》中提出城市成长力系数法，其中包含了10个指标的体系等。中国虽然起步较晚，但成果显著：沈迟（1997）等学者的公式，也就是从事非农业生产的劳动力与非农业人口和与总人口的比例。郑弘毅（1998）《农村城市化研究》里的城市化综合指标曾鸿程、孙育秋（1999）设计编制四川省城市化水平等级时建立的城市化水平指数。总的来说这种方法虽然比较科学，但是需要大量的数据，数据的获得过程比较繁琐。而另一种方法则是由于卫星遥感技术的发展而新兴的一种方法，迅猛发展的航天遥感技术使得传感器分辨率的不断提高。卫星遥感影像逐渐成为城市扩展和城市化研究的主要资料来源。许多城市开始利用遥感技术进行城市化进程的研究.，根据城市面积的扩展是城市化水平的最基本测度指标这一原则。利用遥感技术对不同时期的遥感影像进行处理，获取城市拓展情况，用城市边界的拓展表示出城市化。国内这方面的研究有：1995年戴昌达等学者对MT北京市的遥感数据进行遥感图像分类并与目视判读相结合技术提取出不同时期的北京市边界,然后对结果进行时间序列上的叠合来表示城市化。2004年潘卫华等学者基于泉州1989年到2000年d的遥感TM/ETM 影像数据，用计算机监督分类方法配合仿归一化植被指数提取泉州从1989年到2000年的城市化空间拓展信息；2004年，李晓文等学者利用多时段TM遥感影像数据，不仅分析上海市空间上总体扩展特征，而且将缓冲分析法应用其中，把上海市区与其周边区镇城市用地扩展在时间和空间上的特征进行了比较;陈素蜜基于厦门市1988年和2000年TM遥感影像资料，综合应用遥感和地理信息系统技术，采用多种两个时相影像的复合变换的试验方案，最终生成厦门城市扩展图。在此基础上，引入分维度、圆度以及构造了接边指数等，在格局与数量这两个方面定量分析了厦门城市扩展的特征。国外的研究也相对成熟，2000年，Masek,Lindsay和Goward华盛顿区城市化进行研究的时候，在原始的NDVI差值法的基础上结合空间纹理信息并设定一定限制条件去除农业用地变化信息,提取出较为准确的城市拓展区域。1997年，woen,Car1Son和GillieS引进Fr(fraCtional vegetation Cover)和Mo(surface moisture availability) 这两个土地覆盖参数，研究出城市化发展对区域气候的影响。城市化对城市气候的影响开始于 19 世纪初，Howard首次将伦敦城区跟伦敦郊区的同一时段的气温观测资料进行对比，结果发现城区气温比郊区气温高。此后大量的学者对不同地区进行相似研究，也得到了类似的结论：城市化会对城市气候造成影响。 但随着研究的深入，也有不同的声音发声。学者Mete Tayanc 和 Huseyin Toros基于土耳其四个城市站和他们邻近的乡村站 1951-1990 年降水资料，采用 Mann-Kendall 手段进行检验，发现城市热岛对城市站降水有明显的影响。Thomas C. Peterson将 289个站点的1989-1991 年城市和乡村温度资料进行对比，发现城市化对年平均温度存在着明显的影响。由于我国城市化进程较晚造成城市气候的研究也比较晚。我国正式开始系列的城市气候的观测和研究工作还在20 世纪 80 年代。 1983 年，周淑贞、张超共同编著的我国第一部关于城市气候方面的书籍《城市气候导论》。文中以上海为例，将城区与郊区同一时间段的气象资料进行对比，提出了 “四岛效应”。雾、辐射、日照及水平衡和热平衡等气候要素均受到了城市化的影响，但是以风温场的影响最大。之后，城市温、湿、风、压和降水等与城市气候有关的气象要素的研究工作在全国范围内相继展开，包括北京、天津、上海、广州、南京、兰州等大城市。 目前城市气候方面的研究主要还是气象统计的方法，依靠大量的气象观测资料，对数据进行的统计分析以及归纳总结。对城市气候的研究可以更好的研究城市化带来的影响，为城市化的健康发展提供科学指导。城市化发展带来一系列问题，从城市“湿岛”“热岛”“混沌岛”再到城市空气污染问题，城市面临着巨大的挑战。现如今，由于我国城市空气质量不断恶化，雾霾天气的频繁发生，城市空气污染成为国内专家学者们所关注的焦点。但是由于欧洲国家工城市化的进程比我国早很多年，因而欧洲学者们开展的关于城市化与城市空气污染关系的研究也比我们早的多，大约在20世纪就开始了。如：1995年Crossman 和 Krueger两位学者基于GEMS(Global Environmental Monitoring System)城市大气质量数据的研究，用人均收入表示城市化，发现城市化与二氧化硫排放存在 “倒 U型”的环境库兹涅茨曲线 (EKC)的关系。1999年Fenger J 基于研究出的世界多个国家的城市化与空气污染的关系，提出城市化进程所带来的交通污染加重、人口增长、能源消耗增多与工业化发展是产生空气污染的重要原因的结论。国内学者在吸收国外已有的研究的基础上，运用不同地区的数据不同的方法得到不同的结论。大致分为两种：第一种关系是线性的，即城市化带来能源的消耗，城市空气环境必然会受到破坏，且城市化程度越深，空气污染越严重。第二种是非线性的，它们认为在城市化的初期城市空气污染会加重，但随着进程加深，城市空气污染会有好转的局面，一般称为倒U型，后来也衍生出N型以及正U型等。安瓦尔买买提明（2012）对阿图什市利用1990-2008年阿图什市的时间序列数据，通过计算城市化综合指数与大气环境污染综合指数，构建三次多项式模型进行城市化与大气环境污染之间相互关系的分析发现，阿图什市1990-2008年城市化与大气环境污染之间的关系拟合曲线不符合环境库兹涅茨倒“U”型曲线，而呈现出环境库兹涅茨倒“N”型曲线的特殊格式“N”型曲线关系，2014年莫莉利用北京市的不同城市化区域的不同的 PM2.5和 PM10的质量浓度资料，利用相关分析的手段探索城市化程度对 PM2.5等颗粒物浓度的相关性。最终的结论是PM2.5等颗粒物浓度是随城市化程度的提高而增加。2015年郭施宏等 定量的研究了福州市城市化水平与大气污染的变化规律，结果是福州市的不同污染物随城市化发展的演变规律不同，表现为pm10和so2的浓度与城市化成 “倒 N 型”关系，no2与城市化水平的关系呈 “倒U型”。2015年，吴玥弢等 学者实证分析了西安市产业结构、城市化进程与大气污染的关系，得到西安大气污染的主要成因是城市面积与人口增长和城市建设发展带来的建筑性扬尘的结论。2015年丁镭对武汉市2000到2013年数据进行分析，采用结构熵权法和响应度模型等手段，结合构建的空气环境综合指数和城市化综合水平的评价指标体系对武汉市城市化以及城市空气污染进行分析，得到以下结论： 2000年后，武汉市城市化进入快速增长期，空气环境综合指数也呈现出波动递增趋势等。恶劣的城市空气质量迫使更多的学者加入城市化与城市污染的研究中来，国内研究技术水平趋于成熟，得出的结果越来越科学。

2. 研究的基本内容

本文以银川市作为研究对象，利用1990年，1999年，2002年，2013年和2015年的landsattm/etm /oli遥感数据监测银川地区的城市化发展进程，结合气象台站气象资料分析城市化进程中局地气候的变化，基于污染监测站点的观测数据分析银川地区空气污染物浓度包括so2、no2、pm10浓度的变化特征，通过统计学方法分析该地区的城市化发展对局地气象环境和空气质量的影响。本文主要内容可以分为以下三个部分1） 银川地区城市化进程遥感监测利用多年的landsattm/etm /oli卫星遥感数据，使用envi软件对遥感图像进行辐射定标、大气校正、裁剪、土地利用分类等操作，注意在土地利用类型分类的时候结合百度地图卫星模式进行目视判读提取出不同时期的建筑面积，然后进行时间序列上的排列研究得到城市扩展信息和银川地区城市化发展的趋势特征。2） 银川地区小气候环境与空气污染情况分析利用气象台站的气象数据研究城市化发展下的银川地区局地小气候（温度，相对湿度，降水量以及压强）的变化特征。利用污染监测站点的观测数据，得出银川市城市化下的污染物so2、no2、pm10浓度的变化特征。

3）城市化与小气候环境以及空气污染物浓度之间的相关性

利用spass，excel等统计软件计算城市化与小气候环境以及空气质量之间的相关性，定量分析。

3. 实施方案、进度安排及预期效果

研究进度安排： （1）2016年1-3月，查阅相关文献，完成开题报告并翻译外文文献；（2）2016年4月，完成论文初稿与指导老师进行讨论，完成论文初次修改；（5）2016年5月，进行论文第二次修改，解决论文存在问题，完成定稿；（6）2016年6月，打印装订论文，进行答辩准备。

预期效果： 本课题利用银川地区多年的多阶段landsat 卫星遥感数据监测银川地区城市化进程，并结合银川地区相应时段的象台站和污染监测站点的观测数据的分析得出的银川地区的小气候环境变化特征和污染物浓度变化特征，数学统计分析得出银川地区城市化发展对局地气象环境与空气质量的影响。此项研究工作的开展有助于社会各界及相关部门了解和掌握银川地区城市化发展对银川地区局地气候环境和空气质量的影响，为银川更好的城市化提供有力的依据。

4. 参考文献

[1]高明,吴雪萍,郭施宏. 城市化进程、环境规制与大气污染——基于stirpat模型的实证分析[j]. 工业技术经济,2016,(09):110-117.

[2]吴玥弢,仲伟周. 城市化与大气污染——基于西安市的经验分析[j]. 当代经济科学,2015,(03):71-79 127.

[3]高明,郭施宏,夏玲玲. 福州市城市化进程与大气污染关系研究[j]. 环境污染与防治,2015,(05):44-49.