基于ETM+遥感影像的城市热岛效应与植被覆盖关系研究——以长春市为例
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科 技 论 坛
・ ｌ ６ ５ ・
基于Ｅ Ｔ Ｍ＋ 遥感影像的城市热岛 效应与 植被覆盖关系研究
— —
以长舂市为例
边倩 倩
梁立恒
马 友 利
（ 长 春 师 范 大 学 城 市 与 环 境科 学 学 院 ， 吉 林 长春 １ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 在全球 气候 变暖与我 国加快城市建设 的背景 下， 城市热岛效应成为 了影响城 市气候 与环境 的主要 因素之一 。随着遥 感技 术 的不断发展 ， 越来越 多的遥 感地表信息可 以通过遥感数据反 演获取 ， 这为城 市热 岛效应的研 究提供 了新的思路 与方法 本文以长春 为例 ． 基于 Ｌ ａ ｎ ｄ ｓ ａ ｔ ７ Ｅ Ｔ Ｍ＋ 影像数据 ， 处理得 出地表亮度温度图像和 归一化植被指数图像， 通过分析亮度 温度与植被指数 关 系， 研究城 市热 岛效
应 并提 出 治理 对 策 。
关键词 ： 城 市热岛效应 ； 地表 亮温； 归－ －４ ｅ ， 植被指数
１概 述
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
城市 热 岛效 应ｆ ｒ Ｕ ｒ ｂ ａ ｎ Ｈｅ ａ ｔ Ｉ ｓ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ０ ￣指 城 市 中的气 温 叫 显 高于 外 郊 的现象 。 随着 我 经济 的发 展与 城镇 化进程 的加 快 ， 城 市热岛效应带来的影响得越来越明照，ｆ ｛ ｊ 于热岛中心区域近地面气温 高， 大气 做 上升运 动 ， 与 周罔 地 区形成 气压 差异 ， 周 嗣地 区 近地 而 大气 向 中心 【 ） （ 辆合， 从 而在 城 市 巾心 区域 形 成一 个低 压旋 涡 ， 结 果 就势 必造 硫氧化物 、 氮氧化物等大气污染物质在热岛中心区域聚集， 危害人们 的
身体健康。 此热岛现象逐渐变成了热岛问题 ， 城市热岛效应引起的高 温不仅严重威胁着人类健康 ， 而且加剧 ｒ 城市的电力消耗 调的使用 等） ， 导致能源过度使用 ， 造成恶性循环 ，
图 １ 植 被 覆 盖 度指 数 图 与 亮 度 温 度 强度 指 数 图
引起城 市热 岛效 应 的原 【 六 Ｊ 有很 多 ， 主要 和下垫 介 质 、 城 市格局 变 亮度浏 斐的空间分布 町以近似地拟合地表温度在 间 Ｌ的分布。亮度 化有关 。城 市内部存在人量人 建筑物 ，这些建筑物具何较小的热容 温度的提取碰采用第 ６ 波段的像元计数值（ Ｄ Ｎ值） 。 并将其转换为星 Ｉ 量， 在相Ｉ 亩 】 ＝ 的条件 Ｆｉ ｇ 绿地等其他 自然下垫面升温｝ 火． 同１ ３ 寸 它们还具有 热辐射强度。长春市城 温度明 比郊 区高 ， 热岛效应较为显著 ， 但热 很强的吸收、 储热能力。 此， 研究下垫面类型和城市热 岛之间的关系 中心并不在市中心， 而是分布于下垫 【 ｆ ｉ ｉ 性质特殊地 和能耗大 、 热源强 对于更好地认识城市热岛，提 出缓解城市热岛的好办法有着重要的意 度高 的 Ｔ业 区。城 区亮 度温度 分 布较集 中 ， 主要 分 布在 ２ ２ ～ ２ ４ 之ｌ １ ｊ Ｊ ， 义。 最 高 温度 为 ３ ４ ． ８ ℃， 平 均温 度 为 ２ ５ ． ２ Ｘ ： ， 低温 中 心 主 要分 布 在公 闻 、 水 如南湖公阔 、 动植物公吲等地 ； 郊 亮度 目前对 于城 市热 岛效 应 的研 究 主要有 以下 两种 手段 ： ＆ 通过 对城 市 域等水体和植被覆盖密集区， 和郊区历年气象资料的变化分析来确定城 市热岛的现状与动态。 ｂ ． 利川 温 度 主 要 分布 在 １ ８ ． ８ ～ ２ ８ ． ９ ￣ Ｃ，最 低 温 度 为 １ ７ ． ３ ，平 均 温 度 为 ３ ． ６ ℃ 低 温 中心 主要 分 布在新 立城水 库 、 净 月潭 森林公 园等地 ． ． 遥感数据资料，通过遥感反演技术来分析城市热岛的空间特征与变化 ２ 过程。 ｊ 第 … 种方 法辩ｊ 比， 利 用遥 感 图像 研究 城市 热 岛效应 具有 省 时 、 ３ ． ４ 地 表亮 温与 Ｎ Ｄ Ｖ Ｉ 关 系分析 。对 Ｎ Ｉ ） Ｖ Ｉ 图像 进 行如 下标 准化 处 省工和直观等特点。 本史以长春市为例， 基于 Ｅ Ｔ Ｍ＋遥感影像研究长春 理 ， 得ｆ ｆ Ｊ 植被覆盖度指数。 对 比图 ｌ 的植被覆盖度指数『 鬈 ｌ 与亮度温度强 的热岛效应与其 Ｆ 垫研植被覆盖之间的关系 ，为寻找热岛产生的天键 度指数罔， 可以得出如下结论 ： ＆ 研究 的植被覆盖程度呈现中心低 、 边 原［ 大 Ｊ 及解决热岛问题提供参 ” 。 缘高的格局 ， 温度的分布与植被覆盖程度相反 ， 呈现 中心高 、 边缘低的 分布形式。ｈ ． 城市热岛效应的影响闪素很多， 本文只研究 了植被覆盖程 ２ 研 究区概 况 长春市 地处 北 半球 巾纬度 地带 ，处 于东部 低 山 丘陵 向西部 台地 平 度 对城 ｆ 热 岛效应 的影 响 。 结 果 表｝ ｉ 』 】 ， 植 被覆盖 程度 与温度 呈现 Ｉ 月显的 Ｊ 原的过 渡地 带 ， 平原 面 较 大 ， 台地 略有 起 伏 。其所 在气 候 区处 于东 部 负相关火系 ， 即植被覆盖程度越低， 温度越高， 反之亦然。 山地湿 润 与 两部 平原 半 十早 区之 间 的过渡 带 ，属 温带 大陆 ｌ 生 半 湿润 季 ４ 结论 风气候， 年半均气温 ４ ． ８ ℃、 ２ ０世纪 ９ ０年代以来 ， 长春市宅间扩展速度 通过以Ｊ 分 析看 到 ，长春 市亮 度 温度 随着归 一 化植被 指数 的增加 明显加 快 城市 厢地 规模 ｍ １ ９ ８ ０ 年的 ｌ ０ ４ ｋ ｍ 增加 到 １ ９ ９ ６ 年的 １ ４ ３ 而降低 ， 此， 在提高“ ｒ ： 业能源的利用率 ， 减少热量敞失和排放的同时 ，
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基于Ｅ Ｔ Ｍ＋ 遥感影像的城市热岛 效应与 植被覆盖关系研究
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以长舂市为例
边倩 倩
梁立恒
马 友 利
（ 长 春 师 范 大 学 城 市 与 环 境科 学 学 院 ， 吉 林 长春 １ ３ ０ ０ ０ ０ ）
摘 要： 在全球 气候 变暖与我 国加快城市建设 的背景 下， 城市热岛效应成为 了影响城 市气候 与环境 的主要 因素之一 。随着遥 感技 术 的不断发展 ， 越来越 多的遥 感地表信息可 以通过遥感数据反 演获取 ， 这为城 市热 岛效应的研 究提供 了新的思路 与方法 本文以长春 为例 ． 基于 Ｌ ａ ｎ ｄ ｓ ａ ｔ ７ Ｅ Ｔ Ｍ＋ 影像数据 ， 处理得 出地表亮度温度图像和 归一化植被指数图像， 通过分析亮度 温度与植被指数 关 系， 研究城 市热 岛效
应 并提 出 治理 对 策 。
关键词 ： 城 市热岛效应 ； 地表 亮温； 归－ －４ ｅ ， 植被指数
１概 述
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
城市 热 岛效 应ｆ ｒ Ｕ ｒ ｂ ａ ｎ Ｈｅ ａ ｔ Ｉ ｓ ｌ ａ ｎ ｄ Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ０ ￣指 城 市 中的气 温 叫 显 高于 外 郊 的现象 。 随着 我 经济 的发 展与 城镇 化进程 的加 快 ， 城 市热岛效应带来的影响得越来越明照，ｆ ｛ ｊ 于热岛中心区域近地面气温 高， 大气 做 上升运 动 ， 与 周罔 地 区形成 气压 差异 ， 周 嗣地 区 近地 而 大气 向 中心 【 ） （ 辆合， 从 而在 城 市 巾心 区域 形 成一 个低 压旋 涡 ， 结 果 就势 必造 硫氧化物 、 氮氧化物等大气污染物质在热岛中心区域聚集， 危害人们 的
身体健康。 此热岛现象逐渐变成了热岛问题 ， 城市热岛效应引起的高 温不仅严重威胁着人类健康 ， 而且加剧 ｒ 城市的电力消耗 调的使用 等） ， 导致能源过度使用 ， 造成恶性循环 ，
图 １ 植 被 覆 盖 度指 数 图 与 亮 度 温 度 强度 指 数 图
引起城 市热 岛效 应 的原 【 六 Ｊ 有很 多 ， 主要 和下垫 介 质 、 城 市格局 变 亮度浏 斐的空间分布 町以近似地拟合地表温度在 间 Ｌ的分布。亮度 化有关 。城 市内部存在人量人 建筑物 ，这些建筑物具何较小的热容 温度的提取碰采用第 ６ 波段的像元计数值（ Ｄ Ｎ值） 。 并将其转换为星 Ｉ 量， 在相Ｉ 亩 】 ＝ 的条件 Ｆｉ ｇ 绿地等其他 自然下垫面升温｝ 火． 同１ ３ 寸 它们还具有 热辐射强度。长春市城 温度明 比郊 区高 ， 热岛效应较为显著 ， 但热 很强的吸收、 储热能力。 此， 研究下垫面类型和城市热 岛之间的关系 中心并不在市中心， 而是分布于下垫 【 ｆ ｉ ｉ 性质特殊地 和能耗大 、 热源强 对于更好地认识城市热岛，提 出缓解城市热岛的好办法有着重要的意 度高 的 Ｔ业 区。城 区亮 度温度 分 布较集 中 ， 主要 分 布在 ２ ２ ～ ２ ４ 之ｌ １ ｊ Ｊ ， 义。 最 高 温度 为 ３ ４ ． ８ ℃， 平 均温 度 为 ２ ５ ． ２ Ｘ ： ， 低温 中 心 主 要分 布 在公 闻 、 水 如南湖公阔 、 动植物公吲等地 ； 郊 亮度 目前对 于城 市热 岛效 应 的研 究 主要有 以下 两种 手段 ： ＆ 通过 对城 市 域等水体和植被覆盖密集区， 和郊区历年气象资料的变化分析来确定城 市热岛的现状与动态。 ｂ ． 利川 温 度 主 要 分布 在 １ ８ ． ８ ～ ２ ８ ． ９ ￣ Ｃ，最 低 温 度 为 １ ７ ． ３ ，平 均 温 度 为 ３ ． ６ ℃ 低 温 中心 主要 分 布在新 立城水 库 、 净 月潭 森林公 园等地 ． ． 遥感数据资料，通过遥感反演技术来分析城市热岛的空间特征与变化 ２ 过程。 ｊ 第 … 种方 法辩ｊ 比， 利 用遥 感 图像 研究 城市 热 岛效应 具有 省 时 、 ３ ． ４ 地 表亮 温与 Ｎ Ｄ Ｖ Ｉ 关 系分析 。对 Ｎ Ｉ ） Ｖ Ｉ 图像 进 行如 下标 准化 处 省工和直观等特点。 本史以长春市为例， 基于 Ｅ Ｔ Ｍ＋遥感影像研究长春 理 ， 得ｆ ｆ Ｊ 植被覆盖度指数。 对 比图 ｌ 的植被覆盖度指数『 鬈 ｌ 与亮度温度强 的热岛效应与其 Ｆ 垫研植被覆盖之间的关系 ，为寻找热岛产生的天键 度指数罔， 可以得出如下结论 ： ＆ 研究 的植被覆盖程度呈现中心低 、 边 原［ 大 Ｊ 及解决热岛问题提供参 ” 。 缘高的格局 ， 温度的分布与植被覆盖程度相反 ， 呈现 中心高 、 边缘低的 分布形式。ｈ ． 城市热岛效应的影响闪素很多， 本文只研究 了植被覆盖程 ２ 研 究区概 况 长春市 地处 北 半球 巾纬度 地带 ，处 于东部 低 山 丘陵 向西部 台地 平 度 对城 ｆ 热 岛效应 的影 响 。 结 果 表｝ ｉ 』 】 ， 植 被覆盖 程度 与温度 呈现 Ｉ 月显的 Ｊ 原的过 渡地 带 ， 平原 面 较 大 ， 台地 略有 起 伏 。其所 在气 候 区处 于东 部 负相关火系 ， 即植被覆盖程度越低， 温度越高， 反之亦然。 山地湿 润 与 两部 平原 半 十早 区之 间 的过渡 带 ，属 温带 大陆 ｌ 生 半 湿润 季 ４ 结论 风气候， 年半均气温 ４ ． ８ ℃、 ２ ０世纪 ９ ０年代以来 ， 长春市宅间扩展速度 通过以Ｊ 分 析看 到 ，长春 市亮 度 温度 随着归 一 化植被 指数 的增加 明显加 快 城市 厢地 规模 ｍ １ ９ ８ ０ 年的 ｌ ０ ４ ｋ ｍ 增加 到 １ ９ ９ ６ 年的 １ ４ ３ 而降低 ， 此， 在提高“ ｒ ： 业能源的利用率 ， 减少热量敞失和排放的同时 ，