城市热环境遥感研究
利用HJ-1B星热红外遥感图像研究城市热岛效应
利用HJ-1B星热红外遥感图像研究城市热岛效应随着城市化进程的加速，城市热岛效应成为日益引起人们关注的热点问题之一。
城市热岛效应通常表现为城市区域高于周围农村地区的温度，与此相关的环境问题也伴随而来。
因此，研究城市热岛效应对城市规划及环境保护具有重要的实际意义。
热红外遥感技术通过红外辐射测量被观测物体的表面温度来推断地表及其覆盖物的热状态，因此被广泛应用于城市热岛效应的研究中。
我国的HJ系列卫星拥有优越的热红外遥感能力，其中HJ-1B星通过搭载的三光谱扫描成像仪（IRS）可获得高分辨率的热红外遥感图像，为研究城市热岛效应提供了重要的数据来源。
本文选取了2017年7月上海市的HJ-1B星热红外遥感图像为研究样本，深入分析了城市热岛的地域分布规律以及与城市发展密切相关的空间特征。
首先，本文利用地理信息系统（GIS）软件将热红外遥感图像进行图像处理和分类，确定了上海市中心城区、郊区、农村以及水域等典型地物类型，并进一步计算出了每类地物的表面温度和温度统计特征。
其次，通过计算每类地物表面温度的平均值、标准差和梯度等统计参数，建立了城市热岛效应的空间分布模型，并探究了城市热岛效应和城市化进程、气候因素等因素之间的关系。
本文的实验结果表明，上海市中心城区表现出更为明显的热岛效应，平均表面温度高于周围农村区域约1-2摄氏度，且温度梯度较大。
此外，本文还发现城市规划的不合理性和城市化进程加剧了城市热岛效应的形成和蔓延。
最后，针对上海市的实际情况，本文提出了相应的环境保护建议，包括加强对城市绿化和水资源保护的重视，优化城市规划设计，减少建筑热损失等。
总之，利用HJ-1B星热红外遥感图像能够有效地研究城市热岛效应，探讨城市化进程和环境问题之间的相互影响。
通过本文的研究，为城市规划及环境保护提出了一些有益的建议。
除了以上所述的研究，利用HJ-1B星热红外遥感图像还可以深入探讨城市热岛效应和城市内部的人口和经济活动之间的关系。
沈阳城区热岛效应遥感信息提取与分析
沈阳城区热岛效应遥感信息提取与分析摘要：城市热岛效应是城市气温高于四周郊区的温差现象，能对环境生态系统和人类活动产生重大影响。
近年来以遥感、地理信息系统和全球定位系统(3s)为代表的空间信息技术，因其具有传统方法所不可比拟的宏观性、多波段性及多时相性等优点，而被广泛应用于城市热岛的研究，并成为环境科学的一个新热点。
本文利用遥感监测技术对不同年代沈阳城区热岛的空间分布特征进行分析。
选用1989年、2002年、2006年、2007年4个年份的美国陆地卫星数据，主要利用erdas软件实现图像处理、建模、计算和分析。
研究结果表明，1989年到2007年沈阳市植被覆盖有所上升，与之相对应的地区地表温度较低。
热岛现象多分布在植被覆盖较少地区，其中沈阳市大东区、沈河区、皇姑区、和平区和铁西区均存在不同程度的热岛效应。
由此可针对不同地区提出相应的热岛效应缓解策略。
关键词：遥感技术；城市热岛效应；地表亮温；植被覆盖指数（ndvi）abstract: urban heat island effect is a temperature phenomena that city temperature is higher than surrounding suburbs temperature. it can seriously affect environmental and ecological systems and human activities. in recent years, spatial information technology represented by remote sensing, geographic information system and global positioning system(called 3s).itis widely used on the study of urban heat island and becoming a new hot spot of environmental science, because it is broader and has more multi-band and temporal nature than traditional methods. satellite images from landsat system for four dates in 1989, 2002, 2006 and 2007 were used to analyze the spatial distribution characteristics over shenyang city. the image datas were mainly processed by software of erdas imagine in this study.the results show that the vegetation cover increasing in shenyang 1989 to 2007, corresponding to the region the surface temperature is lower. heat island phenomenon scattered in the areas with less vegetation cover. dadong district, shenhe district, huanggu district, heping district and the district of west in shenyang have different degrees of heat island effect. therefore we can propose appropriate tactics to help relieve heat island effect for different regions. keywords: remote sensing technology; urban heat island effect; surface brightness temperature; ndvi中图分类号：tp7 献标识码：文章编号：2095-2104（2013）1-0020-02由于城市化的速度加快，城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的热容量和吸热率，使得城区储存了较多的热量，并向四周和大气中幅射，造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温，高温的城区处于低温的郊区包围之中，如同汪洋大海中的岛屿，人们把这种现象称之为城市热岛效应[1]。
基于遥感的城市热环境监测技术
基于遥感的城市热环境监测技术在当今城市化进程迅速推进的时代，城市热环境问题日益凸显，对居民的生活质量、能源消耗以及生态平衡都产生了显著影响。
基于遥感的城市热环境监测技术作为一种高效、全面且非接触式的手段，为我们深入了解城市热环境的动态变化和分布特征提供了有力的支持。
遥感技术，简单来说，就是不直接接触被观测对象，而是通过传感器接收来自目标物体的电磁波信息，进而分析和处理这些信息以获取有用的数据和知识。
在城市热环境监测中，遥感技术凭借其大范围、多波段、高时效等优势，发挥着不可替代的作用。
遥感技术用于城市热环境监测的原理主要基于物体的热辐射特性。
不同的物体在不同的温度下会发射出不同强度和波长的电磁波，通过遥感传感器可以捕捉到这些热辐射信息，并将其转化为可量化的数据。
常见的遥感数据源包括卫星遥感数据和航空遥感数据。
卫星遥感数据，如 Landsat 系列、MODIS 等，具有覆盖范围广、重访周期短的特点，能够提供宏观尺度上的城市热环境信息。
而航空遥感数据则具有更高的空间分辨率，可以更精细地捕捉城市局部区域的热环境特征。
在获取了遥感数据之后，需要运用一系列的方法和技术对数据进行处理和分析。
首先是辐射定标和几何校正，以确保数据的准确性和空间一致性。
然后，通过反演算法计算地表温度，这是城市热环境监测中的关键指标。
常用的地表温度反演算法有单通道算法、分裂窗算法等。
这些算法基于不同的物理模型和假设，适用于不同的遥感数据和研究区域。
除了地表温度，还可以通过遥感数据提取其他与城市热环境相关的参数，如植被覆盖度、建筑密度、水体分布等。
植被覆盖度高的区域往往能够通过蒸腾作用降低周围环境的温度，而建筑密集、缺乏绿化的区域则更容易形成高温区。
水体具有较大的比热容，能够吸收和储存热量，对周边热环境起到调节作用。
基于遥感的城市热环境监测技术在城市规划和管理中具有广泛的应用。
例如，在城市规划中，可以根据热环境监测结果合理布局城市功能区，将高温区域规划为公园、绿地等公共空间，以改善城市的通风和散热条件。
基于现代遥感技术的城市热岛效应研究综述
Huabei Natural Resources1 城市热岛效应特点1818年英国气候学家LukeHoward 发现伦敦市中心区的温度明显高于市郊区的现象。
1958年，Manley 首次将这种城区气温高于郊区的现象命名为“城市热岛效应”。
系统监测表明，城市热岛中心的气温一般比周围郊区高1℃左右，最高可达6℃以上。
近年来，城市热岛效应问题引起世界各国学者的普遍关注，已经成为城市规划及相关领域一个热点课题。
尤其在当前全球变暖的气候背景下，城市热岛效应的研究更显重要。
1.1 城市热岛效应存在的普遍性城市热岛效应的内在原因是城市规模的扩张以及下垫面[1]性质的改变。
城市热岛效应已经影响到城市居民生产、生活等。
由于城市热岛效应的存在，使得城市区域内的夏季[2]更加酷热。
如兰州城区地表平均温度高于郊区3℃；绵阳[3]城市平均热岛强度为0.64℃；南宁市热岛效应年变率达[4]1.64%。
北京、上海、广州等发达城市的热岛效应则更为明显，如上海市城市热岛全年出现概率为87.8%，月平均热[5]岛强度值大于0.8℃。
换言之，城市的发展必然带来不同程度的热岛效应现象。
1.2 城市热岛效应的增强性城市化进程的加速使得城市热岛效应正在逐年增强，城市热岛效应以每年0.01℃增长，如我国珠江三角洲等城[6]市工业发达地区近10年平均每年温度增高0.04℃以上。
而从采暖度日与制冷度日看，21世纪初的前7年与1960年代相比，华东地区的年均采暖度日减少了7.1%，制冷度日[7]增加了16.7%，在一定程度上间接反映了城市热岛效应的增强。
1.3 城市热岛效应的危害性城市热岛效应的危害性主要表现在以下几方面：1）异常高温会加大人类患上心血管方面疾病的几率，如果一个人在极端的热浪中生存，并受到永久性的器官损害，他们就会有更大早期死亡的风险。
如2003年夏季的欧洲热浪造成约70000人死亡。
2010年莫斯科和俄罗斯西部经历了史无前例的热浪，约55000人死亡。
西安市城市热岛效应卫星遥感分析
监 督 分 类 法 对 西 安 市 影 像 进 行 土 地 利 用 ／ 盖 变 化 分 类 ；在 此 基 础 上 对 西 安 市 城 市 热 岛 的 空 间 分 覆 布 特 征 及 城 市 热 岛 与 土 地 利 用 ／ 盖 变 化 的关 系 进 行 研 究 。 果 表 明 ： 安 市 城 区地 表 温度 明 显 比 覆 结 西 郊 区地 表 温 度 高 ，由市 中心 向外 呈 现地 表 温 度 逐 渐 降 低 的趋 势 。城 市 地 表 温 度 与 土地 利用 类 型 密 切 相关 ，不 同地 表 覆 盖 类 型 的地 表 温 度 差 异 显 著 ，城 市 用 地 和 裸 地 是 城 市 热 岛强 度 的 主要 贡 献 因 素 ，水 体 和 林 地 具 有 较 好 的 降 温 作 用 。 关 键 词 ：Ｌ ｎ ｓｔ Ｔ ａ ｄａ Ｍ ；城 市 热 岛 ；土 地 利 用 ／ 盖 变 化 ；亮 度 温 度 Ｅ 覆
一 ０ ０ ７ ０ ８ ８ ＋ ３ ２， ． ３ ５ Ｄ ． （） １
４ 结 果 与 分 析
４ １ 西安 市城 市热 岛空 间分布 特征 ．
由图 １可 以看 出 ，西安市 城 区亮 度 温度 明显
其 次 把辐 射亮 度值转 化为亮 度 温度
Ｔ—Ｋ２ （ｎ （ ｌ ＋ １ ） ／ Ｉ ／ ）。 （） ２
３ 亮 温 反 演 及 土 地 利 用 ／ 盖 的 关 系 研 究 覆 ３ １ 亮 温反 演 ．
计算得 到 西安市 夏 季城 区亮 温分 布结果 （ 见
图 １。 ）
ＴＭ／ Ｔ Ｅ Ｍ 的 热 红 外 波 段 接 收 的 是 与地 表
城市热岛效应的遥感监测研究
城市热岛效应的遥感监测研究一、引言城市热岛效应是指城市地区在夜间气温上升的现象，是城市化进程中面临的环境问题之一。
众所周知，城市中充满了大量的建筑、车辆和人口等热源，而同时，城市还存在着较多的水泥路面和建筑物表面，它们具有较高的吸热能力和较低的反射率，因此，城市地区在夜间辐射散热能力较弱，温度升高形成了热岛效应。
城市热岛效应不仅对人类的身体健康造成了一定的威胁，而且还对城市的环境、气候和生态系统造成了巨大的影响。
因此，如何准确监测城市热岛效应的形成和发展趋势就成为了一个迫切需要解决的问题。
本文主要介绍利用遥感技术进行城市热岛效应监测的研究现状和方法。
二、城市热岛效应的监测指标城市热岛效应的形成和发展与多种因素有关，如日照、云量、湿度、风向等，因此，进行城市热岛效应的遥感监测需要选择合适的监测指标。
1.地表温度地表温度是城市热岛效应监测最为常用的指标之一。
地表温度是指观测的地表温度，一般使用亮温计、红外线遥感等方法进行监测。
由于城市地表多为水泥、沥青等高反射材料，因此地表温度较高，由此形成的高温区域便构成了城市热岛。
2.植被覆盖率植被覆盖率是反映城市热岛效应的重要指标之一。
城市中的植被覆盖率往往较低，而植被的蒸腾作用可以有效地降低局部的温度，缓解城市热岛效应。
3.热舒适度指数热舒适度指数是用于刻画人体感受热环境的指标，其值取决于空气温度、相对湿度和气流速度等因素。
较高的热舒适度指数往往意味着较强的热不适。
三、城市热岛效应的遥感监测方法随着遥感技术的不断进步，利用遥感技术进行城市热岛效应监测已成为一种有力的手段。
目前，对于城市热岛效应的遥感监测方法主要分为以下几种：1.单波段反演法单波段反演法是基于可见光和红外遥感数据的监测方法，主要利用亮温计测量出地表的温度，再通过热力学原理计算得到区域的热岛强度和范围。
该方法操作简单，但精度较低，仅适用于比较简单的地区。
2.多波段反演法多波段反演法是基于多光谱和高光谱遥感数据的监测方法，可以测量不同光谱波段下的地表温度，精度更高，适合于更为复杂的城市地区监测。
基于遥感的城市生态修复研究
基于遥感的城市生态修复研究随着城市化进程的加速，城市面临着一系列生态问题，如绿地减少、水体污染、热岛效应加剧等。
为了改善城市生态环境，提高居民生活质量，城市生态修复成为了重要的研究课题。
遥感技术作为一种高效、宏观的监测手段，为城市生态修复提供了重要的数据支持和技术支撑。
一、城市生态修复的重要性城市是人类活动的集中区域，高强度的开发建设和人类活动对城市生态系统造成了巨大的压力。
城市生态系统的服务功能下降，生态平衡被打破，直接影响着居民的身心健康和城市的可持续发展。
城市生态修复旨在恢复和提升城市生态系统的结构和功能，增强其自我调节能力和稳定性。
通过修复受损的生态系统，可以增加城市绿地面积，改善空气质量，调节气候，减少洪涝灾害的发生，同时为居民提供休闲娱乐的场所，促进人与自然的和谐共生。
二、遥感技术在城市生态修复中的应用（一）城市生态系统的监测遥感技术可以获取大范围、多时相的地表信息，包括土地利用类型、植被覆盖度、水体分布等。
通过对这些数据的分析，可以准确地掌握城市生态系统的现状和动态变化，为生态修复提供基础数据。
例如，利用高分辨率遥感影像可以清晰地识别城市中的绿地斑块、破碎化程度以及植被的生长状况。
同时，多光谱遥感数据可以用于监测水体的水质和富营养化程度，为水体生态修复提供依据。
（二）生态问题的诊断通过遥感影像的解译和分析，可以发现城市中存在的生态问题，如土壤侵蚀、生态廊道断裂、热岛效应严重等。
结合地理信息系统（GIS）技术，可以对生态问题的空间分布和影响范围进行定量评估，为制定针对性的修复方案提供支持。
（三）修复效果的评估在城市生态修复项目实施后，遥感技术可以对修复效果进行长期监测和评估。
通过对比修复前后的遥感数据，可以直观地看到生态系统的变化情况，如植被覆盖度的增加、水体质量的改善、热岛效应的缓解等。
这有助于及时调整修复策略，确保修复目标的实现。
三、基于遥感的城市生态修复研究方法（一）数据获取与预处理首先需要获取合适的遥感数据，包括卫星影像、航空影像等。
10.2--城市热岛卫星遥感监测评估技术导则试行_1980069598284405
附件城市热岛卫星遥感监测评估技术导则（试行）2019年8月编写说明本导则规定了城市热岛卫星遥感监测评估的相关技术要求，为城市热岛卫星遥感监测评估的技术方法、指标体系、专题图制作、报告编写提供依据。
本导则由中国气象局综合观测司委托国家卫星气象中心、北京市气象局组织编写。
本导则的修改和解释权归中国气象局综合观测司。
本导则主要编写人员：韩秀珍、栾庆祖、徐榕焓、王慧芳、刘诚、刘勇洪、权维俊、张硕、郭锐、宋巧云。
目录1.总则 (1)1.1编制目的 (1)1.2编制依据 (1)1.3适用范围 (1)2.术语及符号 (1)3.城市热岛卫星遥感监测评估技术流程 (2)4.城市热岛卫星遥感监测 (4)4.1地表温度（LST）反演 (4)4.1.1 FY-3D星MERSI-II 250米地表温度分裂窗反演算法 (4)4.1.2 FY-3B星VIRR 1000米地表温度分裂窗反演算法 (4)4.1.3 FY-3A/B/C星MERSI 250米单通道地表温度反演算法 (4)4.2城市地表高温监测 (4)4.3城市热岛监测 (5)4.3.1 城市热岛监测指标 (5)4.3.2 郊区背景的划定方法 (5)5.城市热岛卫星遥感评估 (6)5.1区域城市热岛评估 (6)5.2时间序列热岛评估 (7)6.地表高温及城市热岛监测专题图制作 (8)6.1图要素及布局 (8)6.2参考附色 (10)6.3专题图规范引用文件 (11)7.城市热岛卫星遥感监测评估报告编写 (12)7.1日尺度城市热岛监测评估报告 (12)7.2月/季/年尺度城市热岛监测评估报告 (12)附录A ................................................................................................................错误!未定义书签。
附录B ................................................................................................................错误!未定义书签。
基于遥感的重庆市主城区城市热环境研究
关键词 ： 城市热环境； 卫星遥感 ； 植被指数 ； 重 庆 中 图分 类 号 ： ＴＰ ７ ９ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ４ — ９ ９ ４ ４ （ ２ Ｏ １ ５ ） ０ ４ — ０ ０ ３ ６ ０ ５
被 的 关 系 。研 究发 现 ： 重 庆 市主 城 区存 在 明 显 的 热 岛效 应 ， 热 岛 主要 分 布 在 车 站 、 工业区、 城 市 交通 干道 等 区域， 而 城 市 交 通 网对 于 热 岛 的 空 间 分 布 有 很 大 影 响 ， 即城 市热 岛常常沿 着交通干线分 布； 对地 表 温 度 与 植 被 指 数 格 局 对 比研 究发 现 ， 城 市 地表 温度 与植 被 指 数 有 着 大 致 相 反 的 空 间分 布 规 律 ， 城市地表温度 高的
随着地理信息系统和遥感技术尤其是热红外技术的发展出现了对因城市下垫面性质的差异引起的地表温度差异的热岛研究这种地表温度热岛与传统的气温热岛是互相联系的但又不相同的与气温热岛相比地表温度热岛的成因更简单一些它主要决定于地表的温度而气温热岛除上述因素外还与平流的影响有关尽管二者存在差别但气温热岛与地表温度热岛的时空分布却是相似因而也被广泛用来研究城市的热岛现象本研究中所指的热岛便是指地表温度热岛下同这种方法通过热红外传感器探测城市地表温度应用地理信息系统对所获取的遥感数据进行处理数据分析能够全面地探测城市地表温度特征还能周期性动态地监测城市热环境的变化趋势为城市热岛效应的研究提供了新的技术手段极大地促进了城市热岛效应的研究
本 研 究 以重 庆 市 主城 区 为研 究 区域 （ 主 要 包 括 内环
遥感技术在城市规划与土地利用分析中的应用
遥感技术在城市规划与土地利用分析中的应用一、引言城市规划与土地利用分析是城市发展和建设的关键环节，准确评估土地资源的状况和利用现状对于合理规划城市发展具有重要意义。
遥感技术作为一种强大的技术手段，通过获取大范围、高分辨率的地球观测信息，对于城市规划和土地利用分析提供了重要的数据支持。
本文将探讨遥感技术在城市规划与土地利用分析中的应用，并结合实际案例进行具体介绍。
二、遥感技术在城市规划中的应用1. 地表覆盖分类地表覆盖分类是城市规划中的重要内容之一。
通过遥感图像的解译与分析，可以准确识别城市中的各类地表覆盖类型，如建筑物、水体、绿地等。
这些信息可为城市规划提供基础数据，帮助规划者了解城市内部的空间格局和土地利用状况，从而制定合理和可持续的城市规划方案。
2. 土地利用与变化监测遥感技术可以提供连续的、多期的土地利用图像，通过对比不同时间段的遥感图像，可以对土地利用变化进行监测和分析。
例如，可以通过研究土地利用变化的趋势和模式，预测未来土地利用变化的方向和规模，为城市规划提供科学依据。
3. 城市热环境分析城市热岛效应是城市规划中需要考虑的重要问题之一。
遥感技术可以获取城市表面温度分布的空间信息，通过对城市热环境进行分析，可以揭示城市热岛效应的形成机制和空间格局，为城市规划者提供调控城市热环境的参考依据。
三、遥感技术在土地利用分析中的应用1. 土地利用类型分类土地利用类型分类是土地利用分析的核心内容之一。
借助遥感技术，可以获取大范围、高分辨率的土地利用图像，将不同类型的土地区分出来，如农田、建设用地、工业用地等。
这些信息为土地管理者提供了科学依据，帮助他们了解土地利用现状和发展趋势。
2. 土地利用变化监测遥感技术可以提供多期的土地利用图像，通过对比不同时间段的图像数据，可以准确监测土地利用的变化情况。
例如，可以对城市扩展、耕地面积减少等问题进行分析，并为土地资源合理利用和可持续发展提供参考。
3. 土地利用效率评估土地利用效率评估是土地利用分析的重要内容之一。
基于遥感技术的北京市热岛研究
基 于遥 感技 术的北 京市热 岛研 究 张 兆明
・
大气 污染 防治 ・
基于遥感技术的北京市热岛研究
Ｓｕ ｙ ｎ ｈ ｒａ ｅｔｓ ｎ ｅ ｉ ａｅ １Ｒ ｍ ｔ Ｓ ｎｉ ｅｈｏ ｇ ｔ ｅＵｂｎＨ ａ Ｉａｄｏ Ｂ ｉ ｇＣｔ Ｂ ｓｄ０ ｅ ｏ ｅｓ ｇＴｃｎｌ ｙ ｄｏｔ ｌ ｆ ｊ ｉ ｎ ｙ ３ ｅ ｎ ｏ
市热岛” 的概念 。之后的 １０ ０ 多年里各国学者针对 这一研究课题进行研究 。
感数据是一种面状数据 ， 卫星遥感技术的发展大大 促进 了热岛问题研究 。
本文将在前人研究的基础上 ， 运用 目前分辨率
较高的 Ｌ ｎ ｓｔ Ｔ 数据对北京的热岛状况进行 ａ ｄａ５ Ｍ
研究 。
用 １： ００ １００的北 京市 电子地 图 ， 选择 道路 交叉点 、
基金项目： 国家自然科学基金资助（０ ７０２。 ６２２３）
作者筒 介 ： 张兆明（９Ｏ ， ， １８ 一）男 河南郑州人 ， 硕士研究生 。
维普资讯
环境保 护 科学
第３ ２卷
３ ４ 剖面 曲线 绘制 ．
虽然 了 ６ ＤＮ 值的大小与温度 的高低相 ’ 的 Ｍ 对应 ， 但是用卫星影像 的 Ｄ 值代替气温研究热 Ｎ 岛效应是不合适 的［ ¨。需要将影像 Ｄ 值转换为 Ｎ
亮度温度值 ， 具体转换方法见参考文献 ２ 。亮度温 度并不等同于地物的真实温度 ， 所谓亮度温度是指 辐射出与观测物体相等的辐射能量 的黑体的温度，
关键词 城市热岛 北京 Ｔ Ｍ
Ａ ｓｒ ｃ Ｔｈ ｒ ａ ｅ ｔｉｌｎ ｉｔｉｕ ｉｎｍａ ｎ ｈ ｒｆｌ ｒ ｐ ｒ ｄ ａｅ ｎＴＭ ｇ ｒ ａａ Ｔｈ ｕ ｂｔ ｔ ａ ｅｕ ｂ ｎ ｈ ａ ｓａ ｄ ｄｓｒ ｔ ｐａ ｄ ｔｅｐ ｏ ｉ ｇ ａ ｈ ｗｅｅｍａ ｅｂ ｓ ｄｏ ｂ ｏ ｅ ｉ ｍａ ｅｙｄ ｔ． ｅａ — ｔ ｏｓ ｈ ｖ ｔ ｄｅ ｈ ｅａｉｎ ｈｐ ｅｗｅ ｎｂ ｉｈｎ ｓ ｅ ｅ ａｕ ｅａ ｄＮＤＶＩ ｎ ｕ ｉｉｙ ｈ ｒ ａ ｅｓｕ ｉ ｔ ｅｒｌｔ ｓ ｉｓｂ ｔ ｅ ｒ ｔ ｅ ｓｔｍｐ ｒ ｔｒ ｎ ｄ ｏ ｇ ｄｈ ｍ ｄｔ．Ｔｈ ｅａｉｎ ｈｐｂ ｔ ｅ ａ ｉ ａ ｅｒ ｌｔ ｓ ｉ ｅｗｅ ｎ ｖ ｒ— ｏ Ｏ ￥ｌｎ ｓ ｙ ｅａ ｄ ｔｅｕ ｂ ｎ ｈ ａ ｓａ ｄ ｗａ ｌｏａ ｄ ｅｓ ｄ Ｕ ａ ｄ ｕ ｅｔｐ ｎ ｈ ｒ ａ ｅ ｔｉｌｎ ｓａｓ ｄ ｒ ｓｅ ． １ 中国科学院中国遥感卫星地面站 ， 北京 １０８ ） （． ００ ６ ；２ 中国科学院研究生院， 北京 １０ ３ ） ０ ０９ （． ３ 中国科学院生态环境研 究中心系统生态重点实验室， 北京 １０ ８ ） ００ ５
典型喀斯特地区城市热岛效应遥感反演研究_以喀斯特山区城市贵阳为例_蔡宏
收稿日期:2010-11-29;改回日期:2011-02-23基金项目:贵州省科技攻关项目(社会发展类)资助(黔科合S 字(2007)1019),喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室开放基金项目资助(2008K -08),贵州大学自然科学青年科研基金项目资助(2010)041。
第一作者简介:蔡宏(1980-),女,甘肃金昌人,讲师,工学硕士,研究方向为资源环境遥感。
E -mail:588cai@典型喀斯特地区城市热岛效应遥感反演研究)))以喀斯特山区城市贵阳为例蔡 宏1,刘 沛2,宋建波1,曾昭振3(1.贵州大学喀斯特环境与地质灾害防治教育部重点实验室,贵阳550003;2.贵州大学资源与环境工程学院,贵阳550003;3.贵州中烟工业有限责任公司,贵阳550003)摘 要:随着城市化进程的加速,城市热岛效应越来越受到人们重视。
喀斯特地区以其独特的地貌特征,表现出不同的热岛形成和分布情况。
本文采用覆盖贵阳市的2001年ET M +和2007年T M 遥感影像,进行亮度温度反演,分析热岛分布和形成原因。
研究表明:除了常规热岛外,在贵阳市还广泛存在着与喀斯特的分布和石漠化的形成有着密切联系的异常热岛区,且后者对贵阳市的整个热环境的影响大于前者。
关键词:城市热岛效应;遥感;喀斯特;L andsat ;亮温;ER DAS IM AG IN E中图分类号:X 16 文献标识码:A 文章编号:1672-9250(2011)02-0246-05城市温度高于郊区温度的气温分布格局称为城市热岛,它是城市环境在热力场中的综合表现。
自1833年Lake H o ward 提出/城市热岛0概念以来,该问题一直备受关注[1]。
热岛效应作为城市生态环境的重要方面,与城市气候、城市生态、城市灾害等都存在着时空上的相互作用相互依赖关系,它对城市微气候、空气质量、能耗结构以及公共健康等方面都产生着深远的影响。
与传统的温度获取方式相比,卫星遥感以其宏观、快速、动态、经济的特点,与图像处理技术、地理信息系统相结合,为城市热环境的研究提供了科学有效的技术平台。
地理科学专业论文 基于遥感的城市热岛效应研究
西安交通大学毕业设计（论文）基于遥感的城市热岛效应研究学院名称地理与规划学院专业名称地理科学学生学号12345678学生姓名学生姓名指导教师教授姓名助理指导老师老师姓名202X年X月摘要本文利用丰城市2010年landsat5 TM影像数据，运用遥感数据温度反演和监督分类等数据分析手段，综合研究丰城市地面温度分布与城市土地利用类型间的相关性。
得出城市下垫面及人工热源等因素与城市地面热力场分布息息相关，而水体及城市绿化面积对城市热效应有积极缓解作用等结论。
最后将之与北方大城市的城市热岛效应研究情况相比较，总结出南方中小城市的热岛效应的特点，即热岛效应相对较轻，市中心与郊区温差存在但相对较小，河流与植被对其的影响非常显著。
由此可见，丰城市今后的城市规划发展，应直视城市热岛问题，合理布局城市各项工程用地建设，切实践行城市可持续发展所提倡的“生态城市”建设，制定合理的城市发展战略，力求人工环境与自然环境的统一。
关键词：遥感；热岛效应；土地利用；南方中小城市；丰城市AbstractThe Fengcheng City 2010 landsat5 TM image data, using remote sensing data of temperature inversion and supervised classification data analysis method, a comprehensive study of the Fengcheng City ground temperature distribution and urban land use types of correlation. That urban underlying surface and artificial heat sources and urban ground thermal field distribution have closely relation, and water and urban greening area of urban heat effect is positive the alleviation effect conclusion. Finally compared with the big cities of the north of the urban heat island effect research, summed up the characteristics of the urban heat island effect in medium-sized and small cities in the south.The heat island effect is relatively light, downtown and suburban temperature difference exists but is relatively small, rivers and vegetation on the effect is very significant. Thus, Fengcheng City Urban Planning in the future development should be open urban heat island, reasonable layout of urban projects in the construction, cut practice for urban sustainable development advocated by the "ecological city" construction, formulate rational urban development strategy, strive for the unity of the artificial environment and the natural environment.Key words: RS;urban heat effect;land use;Medium-Small-Sized Cities in the Southern China;Fengcheng City第1章绪论1.1 研究意义及背景在全球变暖和高速城市化的大背景下，世界上许多城市都出现了高强度的城市热岛效应，特别是城市局部地区温度居高不下，给城市居住人口的生产生活带来极大影响。
基于遥感数据的银川市城市公园对城市热环境降温效应分析
第41卷第5期2021年10月水土保持通报B u l l e t i no f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o nV o l .41,N o .5O c t .,2021收稿日期:2020-12-29 修回日期:2021-05-31资助项目:宁夏回族自治区自然科学基金项目 基于遥感的银川市城区热环境时空格局形成机制及其与地表参数响应关系研究 (2020A A C 03444);宁夏回族自治区财政厅财政专项 银川都市圈城市地质调查项目 (宁财(预)发[2017]320号) 第一作者:张晓东(1980 ),男(汉族),宁夏回族自治区固原市人,博士,高级工程师,主要从事环境遥感应用研究工作㊂E m a i l :33131692@q q.c o m ㊂基于遥感数据的银川市城市公园对城市热环境降温效应分析张晓东,赵银鑫,马风华,刘乃静,张勇,褚小东,吴文忠(宁夏回族自治区地质调查院,宁夏银川750021)摘 要:[目的]研究宁夏回族自治区银川市城市公园对城市热环境降温效应的影响,为改善城市热环境措施的制定提供科学依据㊂[方法]基于L a n d s a t 8数据反演了银川市城区17个公园的地表温度,利用景观格局和缓冲区分析方法,探讨城市公园斑块特征和景观空间结构特征对城市内部热环境的响应规律,定量分析城市公园对周边环境降温效应的辐射范围和变化幅度,研究典型公园水域景观的热环境效应㊂[结果]①银川市公园景观斑块特征差异较为显著且对其内部温度影响明显,其内部温度与面积㊁周长呈显著负相关,而与周长面积比呈显著正相关㊂②公园内部温度与公园景观构成㊁斑块形态特征和景观空间分布特征关系密切,降温效应与绿地和水体面积显著负相关,与公园景观形状指数㊁绿地景观形状指数㊁不透水面形状指数以及水体聚集度指数显著负相关㊂③17个公园景观对周边热环境降温效果较为显著,拟合结果显示最大降温影响距离主要分布在200 300m 之间,总体上对100m 区域范围内降温效果最为明显㊂④面状水域能够有效降低水域周边地表温度,比线状水域对城市热岛效应具有更好的降温效果㊂[结论]在城市公园规划和设计时,应综合权衡公园斑块和景观空间结构特征对其降温效果的影响,适当增加公园和绿地斑块边界形状的复杂度,进而更好地改善城市热环境㊂关键词:城市公园;热环境效应;地表温度;遥感;银川市文献标识码:A 文章编号:1000-288X (2021)05-0338-10中图分类号:P 461,T P 79文献参数:张晓东,赵银鑫,马风华,等.基于遥感数据的银川市城市公园对城市热环境降温效应分析[J ].水土保持通报,2021,41(5):338-347.D O I :10.13961/j .c n k i .s t b c t b .2021.05.043;Z h a n g X i a o d o n g,Z h a o Y i n x i n ,M aF e n g h u a ,e ta l .A n a l y s i so nc o o l i n g e f f e c to fu r b a n p a r k so nu r b a nt h e r m a le n v i r o n m e n t i n Y i n c h u a nC i t y b a s e d o n r e m o t e s e n s i n g [J ].B u l l e t i no f S o i l a n d W a t e rC o n s e r v a t i o n ,2021,41(5):338-347.A n a l y s i s o nC o o l i n g Ef f e c t o fU r b a nP a r k s o nU r b a nT h e r m a l E n v i r o n m e n t i nY i n c h u a nC i t y B a s e do nR e m o t e S e n s i n gZ h a n g X i a o d o n g ,Z h a oY i n x i n ,M aF e n g h u a ,L i uN a i j i n g ,Z h a n g Y o n g ,C h uX i a o d o n g ,W u W e n z h o n g (N i n g x i aG e o l o g i c a lS u r v e y I n s t i t u t e ,Y i n c h u a n ,N i n gx i a 750021,C h i n a )A b s t r a c t :[O b j e c t i v e ]T h e c o o l i n g e f f e c t o f c i t yp a r k so n t h eu r b a n t h e r m a l e n v i r o n m e n t i nY i n c h u a nC i t y,N i n g x i aH u iA u t o n o m o u sR e g i o nw a s s t u d i e d i no r d e r t o p r o v i d e g u i d a n c e f o r p o l i c y -m a k i n g t o i m p r o v e c o o l i n go f t h e u r b a n t h e r m a l e n v i r o n m e n t .[M e t h o d s ]L a n d s u r f a c e t e m pe r a t u r e (L S T )w a s r e t r i e v e df r o mL a n d s a t 8r e m o t e s e n s i ng d a t a ,a n d 17c i t yp a r k s i nY i n ch u a nCi t y w e r e s e l e c t e d t od e t e r m i n e t h e i n f l u e n c eo f s pa t i a l c h a r a c t e r i s t i c so ft h e p a r k s p a t c hc h a r a c t e r i s t i c sa n dl a n d s c a p es pa t i a ls t r u c t u r eo nt h ei n t e r n a l t h e r m a l e n v i r o n m e n t o f t h e c i t y .T h e c o o l i n g e f f e c t d i s t a n c e o f c i t y p a r k s t o t h e s u r r o u n d i n gt h e r m a l e n v i r o n m e n tw a s a n a l y z e d ,a n d i t s a f f e c t i n g e x t e n tw a s q u a n t i f i e d .F u r t h e r r e s e a r c ho n t h e t h e r m a l e n v i r o n m e n t e f f e c t o f a t y pi c a l u r b a n p a r kw a t e r a r e a l a n d s c a p ew a s c a r r i e do u t u s i n g l a n d s c a p e p a t t e r n a n d t h e b u f f e r a n a l y s i sm e t h o d .[R e s u l t s ]①T h e l a n d s c a p e p a t c h c h a r a c t e r i s t i c sw e r e s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t ,a n d t h e i m p a c t o n t h e i n t e r n a l t e m pe r a t u r e of t h e p a r k w a ss ig n i f i c a n t .Th ei n t e r n a lt e m p e r a t u r e w a ss i g n i f i c a n t l y n e g a t i v e l y co r r e l a t e d w i t ha r e aa n dp e r i m e t e r,b u t s i g n i f i c a n t l y p o s i t i v e l y c o r r e l a t e dw i t h p e r i m e t e r a r e a r a t i o.②T h e i n t e r n a l t e m p e r a t u r e o f t h e p a r kw a s c l o s e l y r e l a t e d t o l a n d s c a p e c o m p o s i t i o n,p a t c hm o r p h o l o g y,a n d l a n d s c a p e s p a t i a l d i s t r i b u t i o n.T h e c o o l i n g e f f e c tw a sn e g a t i v e l y c o r r e l a t e d w i t ht h ea r e ao f g r e e ns p a c e,w a t e r b o d y,l a n d s c a p es h a p e i n d e x, g r e e n l a n d s c a p e s h a p e i n d e x,i m p e r v i o u s s u r f a c es h a p e i n d e x,a n dw a t e r a g g r e g a t i o n i n d e x.③T h ec o o l i n g e f f e c t o f t h e17p a r k l a n d s c a p e s o n t h e s u r r o u n d i n g t h e r m a l e n v i r o n m e n tw a s s i g n i f i c a n t,w i t h t h em a x i m u m c o o l i n g d i s t a n c em a i n l y d i s t r i b u t e db e t w e e n200ma n d300m.T h ec o o l i n g e f f e c tw a sm o s to b v i o u sw i t h i n 100m.④W a t e r p a t c h e s c o u l d e f f e c t i v e l y r e d u c eL S Ta r o u n d t h ew a t e r a r e a,a n dh a d a b e t t e r c o o l i n g e f f e c t o n t h eu r b a nh e a t i s l a n d e f f e c t t h a n l i n e a rw a t e r.[C o n c l u s i o n]D u r i n g t h e p l a n n i n g a n dd e s i g no f c i t yp a r k s, d e s i g n e r s s h o u l d c o m p r e h e n s i v e l y w e i g h t h e i m p a c t o f p a r k p a t c h e s a n d l a n d s c a p e s p a t i a l s t r u c t u r e c h a r a c t e r i s t i c s o n t h e i r c o o l i n g e f f e c t s,f o c u so nt h ea r e ao f p a r k g r e e ns p a c e sa n dw a t e rb o d i e s,a n dt r y t oa p p r o p r i a t e l y i n c r e a s e t h e c o m p l e x i t y o f b o u n d a r y s h a p e s o f p a r k s a n dw a t e r p a t c h e s i no r d e r t ob e t t e r i m p r o v e t h e c o o l i n g e f f e c t o f t h eu r b a n t h e r m a l e n v i r o n m e n t.K e y w o r d s:c i t yp a r k;t h e r m a l e n v i r o n m e n t e f f e c t;l a n d s u r f a c e t e m p e r a t u r e(L S T);r e m o t e s e n s i n g;Y i n c h u a nC i t y快速的城市化进程虽然极大地提高了人类生活质量,但在该过程中城市景观类型和格局改变剧烈,不透水面面积大幅增加,对区域生物多样性㊁生态系统和气候变化造成了很大影响,导致了城市热岛㊁大气污染和生态失衡等诸多城市化环境问题[1-3]㊂其中,城市热环境问题不仅影响人体舒适度,而且对城市的可持续发展提出了挑战,已成为城市生态环境问题的重要内容之一[4]㊂城市公园作为城市重要的绿色景观,不仅是居民休憩娱乐的场所,而且在改善城市生态环境质量㊁调节城市微气候㊁净化空气㊁缓解城市热岛效应等方面发挥着重要作用[5]㊂研究表明[6-8]城市公园中的绿地和水体景观具有降温增湿和调节局部小气候的生态功能,能有效降低地表温度,是缓解城市热岛效应的重要途径之一㊂近年来,学者们对城市公园的热环境效应开展了大量的研究工作,主要利用遥感技术并引入景观生态学方法定量分析公园的景观结构㊁空间分布特征㊁绿地垂直结构以及绿地和水体比例等因子对其降温效果的影响,而公园降温范围则采用缓冲区法进行定量分析,定量确定公园对周边温度的影响大小和范围[9-12]㊂银川市作为宁夏回族自治区首府,处于快速城市化进程中,城市热岛效应显著[13-14],缓解银川市城市热岛效应已成为银川市城市建设中亟待解决的问题,而该地区城市公园景观的热环境效应研究未见报道㊂因此,本文基于L a n d s a t8遥感影像反演银川市城区地表温度,选取银川市城区17个公园为研究对象,拟通过景观格局分析和缓冲区分析方法,定量研究银川城市公园空间景观结构特征与城市热环境效应的响应关系,以期为未来银川市城市公园建设和城市生态环境规划提供相关决策依据㊂1研究区概况银川市作为西北地区重要的中心城市和中蒙俄㊁新亚欧大陆桥经济走廊核心城市,是西北城市化发展较为迅速的城市之一,气候属温带大陆性气候,总辐射量5443.3~6692.28M J/(m2㊃a),全年日照总数2800~3000h,年平均气温为8.5ħ,最热的7月月平均气温约23.9ħ,月平均最高气温29.9ħ,多年平均降水量约250mm㊂近年来快速发展的经济使城市不透水面面积持续增加,热岛影响范围不断扩大,城市热岛效应愈发显著㊂研究银川市城区公园绿地的降温效应,掌握其对城市热岛效应减缓的变化规律,对改善城市热环境具有重要意义㊂本文选取银川市城区内的如意湖公园㊁阅海公园㊁宁大湖公园㊁西夏公园㊁解放公园㊁森林公园㊁凤凰公园㊁典农河滨水景观公园㊁海宝公园㊁中山公园㊁宝湖公园㊁七十二连湖㊁植物园㊁丽景湖公园㊁章子湖公园㊁三沙源中央公园㊁鸣翠湖国家湿地公园这17个公园作为研究对象㊂各个公园的其基本信息见表1㊂2研究方法2.1数据源及预处理本研究主要使用的遥感数据源为2017年9月6日11时31分06秒的L a n d s a t8(O L I和T I R S)和2017年6月16日的G F2遥感影像数据㊂其中L a n d s a t8用于反演地表温度,轨道号为129/33,影像质量良好,无云和条带,地面特征清晰;G F2用于城市公园信息提取㊂以上数据在E N V I5.0中对其完成了几何校正㊁重采样㊁图像裁剪等预处理,几何校933第5期张晓东等:基于遥感数据的银川市城市公园对城市热环境降温效应分析正均方根误差(R M S E )控制在0.5像元内㊂此外,选取地理空间数据云提供的与L a n d s a t 8数据相同日期的MO D I S 地表温度8d 合成产品作为地表温度反演精度验证数据㊂表1 银川市城区内17个公园基本信息公园编号地理坐标经度E纬度N面积/m2周长/m 公园平均温度/ħ500m 范围内平均温度/ħ水体比例/%1106ʎ21'10ᵡ38ʎ34'10ᵡ1005088.4819501.3429.2933.7269.512106ʎ12'23ᵡ38ʎ31'50ᵡ16233860.11204951.3926.2129.2666.773106ʎ08'19ᵡ38ʎ29'48ᵡ223958.786531.7931.2735.8236.704106ʎ06'57ᵡ38ʎ29'20ᵡ136270.984887.9632.0936.6911.875106ʎ08'47ᵡ38ʎ29'01ᵡ98976.694268.3332.7738.6119.156106ʎ12'03ᵡ38ʎ28'46ᵡ746091.2223048.9829.1832.9147.287106ʎ13'07ᵡ38ʎ29'40ᵡ1079804.8625255.0529.7731.0521.118106ʎ12'39ᵡ38ʎ28'05ᵡ2069493.3773634.4329.0233.1043.949106ʎ16'39ᵡ38ʎ29'33ᵡ1940922.5438515.3129.4032.3337.5110106ʎ15'45ᵡ38ʎ28'33ᵡ419080.0310019.7229.0734.2014.4711106ʎ15'08ᵡ38ʎ27'02ᵡ940848.5820247.7527.8931.6845.4112106ʎ15'14ᵡ38ʎ25'51ᵡ4405921.2881554.0329.7533.4445.5613106ʎ10'22ᵡ38ʎ25'13ᵡ660135.6416568.8929.8134.429.5514106ʎ18'01ᵡ38ʎ27'49ᵡ201428.885776.4130.6234.7532.8215106ʎ18'45ᵡ38ʎ25'25ᵡ935612.0410420.8627.2232.4180.4616106ʎ12'48ᵡ38ʎ23'04ᵡ736231.4322339.8529.2835.2950.2817106ʎ22'08ᵡ38ʎ23'15ᵡ4250296.2732761.7525.8227.5386.42 注:公园编号1为如意湖公园,2为阅海公园,3为宁大湖公园,4为西夏公园,5为解放公园,6为森林公园,7为凤凰公园,8为典农河滨水景观公园,9为海宝公园,10为中山公园,11为宝湖公园,12为七十二连湖,13为植物园,14为丽景湖公园,15为章子湖公园,16为三沙源中央公园,17为鸣翠湖国家湿地公园㊂2.2 地表温度反演本文采用辐射传输方程法分别对L a n d s a t 8的热红外波段进行反演㊂热红外波段数据经辐射定标后,可根据P l a n c k 辐射函数计算得到地表亮度温度,然后参考B a r s i 等[15]对L a n d s a t 8波段10利用辐射传输方程反演地表温度,主要反演参数如下:透射率τ10为0.91,大气向上㊁向下辐射亮度分别为0.68,1.19W /(m 2㊃s r ㊃μm ),地表比辐射率采用N D V I 阈值法获取,其计算公式为:L 10=g a i n ㊃D N+b i a s (1)T s =C 1λ10l n C 2λ510 (L 10-I ʏ10-τ10(1-ε10)I ˌ10τ10ε10+1{}(2)式中:L 10为热红外波段辐射亮度值,D N 为影像灰度值,ga i n 和b i a s 为热红外波段的增益与偏置,分别取值0.000334,0.1;T s 为地表温度;C 1,C 2为常数,分别取值为14387.7μm /K 和1.19ˑ108W /(μm 4㊃m 2㊃s r ),λ10取10.9μm ,ε10为TI R S 10波段的地表比辐射率,τ10为大气在T I R S 10波段的透过率,I ʏ10和I ˌ10分别为大气向上辐射亮度和大气向下辐射亮度㊂2.3 景观格局指数选取与计算城市公园景观的空间结构特征与其空间布局是影响公园 冷岛效应 的重要因素[11]㊂本文参考冯悦怡等[1]和阮俊杰[3]的研究成果和方法,结合银川市城市公园景观的特点,采用目视解译法将研究区城市公园内部土地覆盖类型划分为绿地(草地和林地)㊁水体和不透水面3大类型,从景观构成㊁斑块形态特征和空间布局特征3个方面选取公园景观面积㊁形状指数㊁聚集度等10个公园景观特征指标(表2),基于F r a gs t a t s 4.2平台定量描述公园景观镶嵌体空间特征,探讨公园结构与其降温效应的关系,各个指标的意义及具体测定和计算方法参阅F r a gs t a t s4.2用户指南及邬建国[16]的研究㊂表2 银川市城市公园景观特征指标选择项目空间景观特征指标景观构成 绿地面积A G ,水体面积A W ,不透水面面积比例P B斑块形态特征公园景观形状指数L S I ,绿地景观形状指数L S I G ,水体景观形状指数L S I W ,不透水面景观形状指数L S I B 空间布局特征绿地聚集度A I G ,水体聚集度A I w ,不透水面聚集度A I B043 水土保持通报 第41卷2.4 缓冲区分析缓冲区分析是在空间地理要素(点㊁线㊁面)周围根据缓冲半径建立而形成的具有一定宽度范围缓冲区(圆形㊁平行条带多边形或面状多边形),是解决空间实体的邻近度问题常用的空间分析工具之一,该方法可分析空间实体在周围的影响区域[17],广泛应用于交通㊁资源管理㊁城市规划等领域㊂从数学角度看,缓冲区是给定空间对象或集合后获得的他们的邻域,邻域的大小由邻域的半径或缓冲区建立条件来决定㊂因此,对于一个给定的对象A ,它的缓冲区可以定义为:P = x |d (x ,A ɤr ) (3)式中:P 为缓冲区;A 为地理要素;d 一般是欧式距离,也可以是其他距离,其中r 为邻域半径或缓冲半径区建立的条件㊂2.5 公园对周边降温模型研究表明,公园对周边热环境的降温效应到一定范围之后会逐渐减缓,地表温度的变化趋于平稳,此时公园的 冷岛 效应也逐渐消失[1,18-19]㊂本文采用苏泳娴等[18]的研究模型,利用三次多项式拟合公园边界点温差(ΔT )和距离(L )之间的关系,确定研究区17个公园对周边热环境的降温范围和幅度,其模型表达如下:ΔT (L )=a L 3+b L 2+c L(0ɤL ɤL m a x )ΔT m a x(L >L m a x ){(4)L m a x =-b -b 2-3a c ()/3a (5)ΔT m a x =2b 3+(2b 2-6a c )b 2-3a c -9a b c27a2(6)式中:a ,b ,c 分别为三次多项式中三次项㊁二次项和一次项的拟合系数;L m a x 和ΔT m a x 分别为公园对周边影响的最大距离和最大温差㊂3 结果与分析3.1 公园热环境效应的整体空间分布特征利用公式(1) (2)反演得到研究区2017年的地表温度,采用张晓东等[20]的方法利用MO D I S 地表温度产品对反演的地表温度进行验证㊂验证结果显示,L a n d s a t 8反演得到的地表温度和MO D I S 地表温度产品的相关系数为0.73,结合2017年9月平均气温约20.3ħ,表明反演的地表温度可以较好的满足本研究的需求㊂将城市公园和地表温度进行空间叠置分析并对公园的温度进行统计,发现公园内部平均温度为29.32ħ,而公园500m 缓冲区范围内平均温度约为33.37ħ,城市公园 冷岛 效应显著,且公园内部平均温度在空间上表现出一定的空间分布规律,即离城市热岛中心近的公园平均温度明显高于远离城市中心的公园,如章子湖公园和鸣翠湖国家湿地公园距城市中心较远,受热岛效应影响也随之减小,公园温度也相对较低,尤其是鸣翠湖在17个公园中温度最低仅为25.82ħ㊂由此可见,空间位置是影响公园热环境效应的重要因素之一㊂3.2 公园斑块特征及热环境效应公园景观斑块的空间格局特征直接影响其周边热环境变化程度,是城市公园规划和设计的重要内容之一,其与生态学过程的关系是景观生态学研究的一个核心问题[21-22]㊂为定量研究银川市城市公园斑块空间格局对周围热环境的影响效应,本研究以G F 2遥感影像为基础,提取研究区17个主要公园信息,引入景观斑块面积㊁周长和周长面积比3个斑块特征指标,并对其进行统计㊂结果显示,银川市主要公园3个斑块特征指标差异明显,整体斑块特征差异较为显著,其中阅海公园的面积和周长均为最大,解放公园的面积和周长均为最小,从边界复杂性来看,解放公园的周长面积比最大,而鸣翠湖国家湿地公园的最小㊂将公园景观斑块与城市热环境进行叠加分析,并分别采用多种函数(线性㊁对数㊁指数㊁乘幂等)对3个斑块特征指标与地表温度进行拟合(图1)㊂结果表明,公园景观内部温度与斑块面积㊁周长均呈显著负相关且对数函数拟合效果最好,相关系数分别为-0.8065和-0.6477;而与斑块周长面积比呈显著正相关且幂函数拟合效果最好,相关系数为0.8542㊂具体来看,斑块面积较大的阅海公园和鸣翠湖国家湿地公园温度较低,分别为26.21ħ和25.82ħ;而面积较小的宁大湖公园㊁丽景湖公园㊁西夏公园以及解放公园温度均高于30ħ;阅海公园㊁七十二连湖和典农河滨水景观公园的斑块周长较大,对应公园温度分别为26.21ħ,29.75ħ和29.02ħ,而周长较小的西夏公园以及解放公园温度达到了32ħ以上;斑块周长面积比较小的鸣翠湖国家湿地公园㊁章子湖公园和阅海公园的内部温度分别为25.82ħ,27.22ħ和26.21ħ,而解放公园和西夏公园的斑块周长面积比较大,对应温度分别为32.77ħ和32.09ħ㊂综上所述,公园景观的内部温度与斑块面积和周长呈显著负相关,公其温度随公园面积和周长斑块的增加而降低,且随着面积和周长的增加,公园内部温度下降趋势趋于缓和;而与斑块周长面积比呈显著正相关,其温度随着周长面积比的增加而增加㊂143第5期 张晓东等:基于遥感数据的银川市城市公园对城市热环境降温效应分析注:回归方程均通过1%的显著性检验㊂图1银川市城市公园景观斑块面积、周长和周长面积比与公园内平均温度关系3.3公园景观特征对公园内部热环境的影响研究表明,公园内部景观构成是公园内部温度重要的影响因素㊂对17个公园内部的绿地㊁水体和不透水面地表温度的统计结果显示,3种地表覆盖类型的地表平均温度分别为29.95ħ,27.53ħ和31.95ħ,水体温度最低而不透水面温度最高㊂为进一步探讨公园景观构成与地表温度的关系,将17个公园内部平均温度与所选的10个公园景观特征指标进行拟合分析(表3),结果显示:公园内部平均温度与绿地面积和水体面积显著负相关且呈对数变化关系(图2a,2b),而与不透水面面积比例相关性并不明显(图2c)㊂此外,统计17个公园绿地㊁水体和不透水面的比例,结果表明当水体面积比例超过50%,不透水面面积比例低于17%时,公园内部平均温度均低于30ħ,如阅海公园和鸣翠湖国家湿地公园,说明公园绿地和水体面积越大,不透水面面积越小,对公园的降温效果越好㊂进一步分析可以发现,当绿地和水体面积相对较小时,公园内部温度对二者的变化较为敏感,但随着绿地和水体面积不断增大,公园内部温度下降趋势逐渐减缓㊂表3银川市城市公园空间结构特征与其平均温度相关系数项目景观构成A G A W P B斑块形态特征L S I L S I G L S I W L S I B空间布局特征A I G A I w A I B相关系数-0.575*-0.605*0.463-0.719**-0.565*-0.284-0.507*0.200-0.691**-0.052注:*表示在0.05水平(双侧)上显著相关;**表示在0.01水平(双侧)上显著相关㊂从斑块形态特征来看,公园平均温度与公园景观形状指数㊁绿地景观形状指数和不透水面形状指数显著相关且呈指数负相关关系(图2d,2e,2g),与水体景观形状指数相关性不显著(图2f),表明公园和绿地形状越复杂,对公园的降温效果越明显,而水体的形状则对公园的热环境变化影响并不明显㊂因此,增加公园斑块和绿地斑块形状的复杂程度能够一定程度上提高公园的降温效果㊂景观空间分布特征表明,水体聚集度指数与公园温度呈显著相关的指数负相关关系(图2i),聚集度指数越高,水体分布越集中,公园平均温度越低;而绿地和不透水面聚集度指数与公园温度相关性并不显著(图2g和图2j)㊂由此可见,公园内部扩大绿地和水体面积,适当增加公园㊁绿地和不透水面的复杂度,设置集中成片的水体有助于降低其温度㊂3.4公园的降温影响范围和幅度为定量确定公园的降温影响范围和幅度,以50m 为缓冲半径对17个公园构建缓冲区,并以缓冲环离公园的距离(L)为自变量,以缓冲环内温差(ΔT)为因变量,采用三次多项式对各个公园进行拟合分析,建立公园降温影响范围和幅度模型,利用公式(5)和公式(6)计算出各公园对周边降温影响的最大温差距离最大距离(表4,图3)㊂研究结果表明:①17个公园的拟合三次多项式拟合程度较高,R2均大于0.8;②公园周边温度在到达最大影响距离之前,均呈上升趋势,随后温度逐渐趋于稳定,虽然仍在较小范围内波动,但该波动是由于周边地表覆盖类型变化等其他因素导致,整体上依然可以认为是近似于代表常数的水平直线[18-19];③所选公园的最大降温影响距离主要分布在200 300m范围,其中典农河滨水景观公园和西夏公园的最大降温影响距离相对较小,均小于200m,而凤凰公园的最大降温影响范围最大,约为385.02m;从最大温差来看,章子湖公园最大,约为7.58ħ,而鸣翠湖国家湿地公园最小,仅为3.38ħ㊂整体来看,公园对内部及周边100m区域范围内降温效果最为明显㊂243水土保持通报第41卷图2银川市城市公园景观特征指标与公园内平均温度关系343第5期张晓东等:基于遥感数据的银川市城市公园对城市热环境降温效应分析443水土保持通报第41卷表4银川市城市公园周边温差(ΔT)与距离(L)三次多项式拟合结果序号公园名称拟合三次多项式R2L m a xΔT m a x 1如意湖公园ΔT=0.00000024L3-0.00022645L2+0.06536027L0.8601224.295.98 2阅海公园ΔT=0.00000019L3-0.00020331L2+0.06849437L0.8852272.677.41 3宁大湖公园ΔT=0.00000025L3-0.00023437L2+0.06543867L0.8892210.515.72 4西夏公园ΔT=0.00000023L3-0.00021697L2+0.05888348L0.9368198.094.94 5解放公园ΔT=0.00000013L3-0.00012235L2+0.03540963L0.8804226.403.25 6森林公园ΔT=0.00000005L3-0.00008008L2+0.03679110L0.9725334.525.22 7凤凰公园ΔT=0.00000003L3-0.00004377L2+0.02036300L0.9050385.023.06 8典农河滨水景观公园ΔT=0.00000011L3-0.00011884L2+0.03345296L0.9635191.852.82 9海宝公园ΔT=0.00000010L3-0.00011311L2+0.03927519L0.8847271.034.33 10中山公园ΔT=0.00000021L3-0.00021555L2+0.06751039L0.9145242.636.69 11宝湖公园ΔT=0.00000014L3-0.00015415L2+0.05171284L0.9048259.415.49 12七十二连湖ΔT=0.00000020L3-0.00020458L2+0.06162589L0.8680224.575.79 13植物园ΔT=0.00000020L3-0.00020930L2+0.06445392L0.9906229.416.19 14丽景湖公园ΔT=0.00000021L3-0.00020021L2+0.05683420L0.9031213.975.05 15章子湖公园ΔT=0.00000025L3-0.00025849L2+0.07919612L0.8977229.807.58 16三沙源中央公园ΔT=0.00000022L3-0.00023130L2+0.07435560L0.9313249.677.57 17鸣翠湖国家湿地公园ΔT=0.00000010L3-0.00010455L2+0.03341096L0.8847248.093.38平均值 247.765.32注:L m a x与ΔT m a x分别为公园对周边影响的最大距离和最大温差㊂图3银川市城市内部分公园ΔT与L曲线拟合特征3.5 典型公园水域景观热环境效应水域景观作为城市公园的重要组成部分,因其具有较大的热惯性和热容量值㊁较低的热传导和热辐射率,能有效缓解城市热岛效应,不同程度地降低水域周边地表温度,是城市热环境中的 冷岛[23]㊂本文选取研究区内面积较大的阅海公园㊁海宝公园㊁七十二连湖㊁鸣翠湖国家湿地公园的4个面状水域景观以及典农河滨水景观公园和唐徕渠2个线状水域景观为研究对象,对水域斑块对应的地表温度进行空间统计分析,探讨不同景观类型水域对其周围热环境缓解程度㊂3.5.1 典型面状水域的热环境效应分析 由表5可知,面状水域景观面积㊁形态和空间位置虽然各不相同,但水域平均温度却相差不大,说明当面状水域面积达到一定水平,水体的辐射温度会保持相对稳定㊂对4个景观水域做半径为500m 的缓冲区,统计该区域内的平均温度,发现水域的平均温度均明显低于对应景观水域缓冲区范围内的平均温度㊂如市区的阅海公园,其水体温度比所在区域500m 范围内的平均温度低了约6.31ħ,而鸣翠湖国家湿地公园虽地处郊区,其水体也比其所在缓冲区区域低2.95ħ㊂表5 银川市城市典型公园水域斑块特征与对应温度景观类型水域位置 面积/m2周长/m 周长面积比/m -1水域平均温度/ħ500m 范围内平均温度/ħ阅海公园10839259.8368070.610.006324.1728.98面状海宝公园728059.0910194.970.014026.3131.88七十二连湖2007364.9829250.370.014626.6533.21鸣翠湖国家湿地公园3673082.0915391.770.004225.3527.27线状典农河滨水景观公园1011621.0423989.770.023729.1932.97唐徕渠1022637.0569810.650.068331.8834.01为进一步研究面状水域景观随水体距离增加周围热环境的变化情况,以50m 为半径利用缓冲区分析法构建水体外围6个缓冲区,并基于G F 2数据目视解译缓冲区内的绿地㊁水体和不透水面3类土地覆盖状况,统计6个缓冲环内不透水面面积比例(图4,表6)㊂结果显示,随着缓冲区半径的增加,各个缓冲区内不透水面面积比例不断增加,对应的地表平均温度整体呈上升趋势㊂如阅海公园水域,其水体温度约为24.17ħ,缓冲区1内植被覆盖面积达79.12%,不透水面面积比例仅为6.1%,该区域内地表平均温度为25.22ħ,随着缓冲距离的增加,缓冲区2至缓冲区5内不透水面比例从34.68%上升到43.14%,对应区域的地表温度也升高了2.58ħ,而缓冲区6内不透水面面积比例较缓冲区5有所下降,对应区域内地表平均温度也略有降低㊂此外,对比4个公园的水域及缓冲区温度可以发现,鸣翠湖国家湿地公园的缓冲区温度明显低于其他3个公园,从缓冲区2到缓冲区6,地表温度最大差值仅为0.76ħ,究其原因主要为阅海公园㊁海宝公园和七十二连湖位于城区,而鸣翠湖国家湿地公园地处郊区,周边不透水面较少,植被覆盖度高,缓冲区内地表温度相对稳定,水体对临近区域热环境的缓解作用明显㊂由此可见,面状水域能够有效降低水域周边地表温度,水域面积㊁所处位置和水域周围区域的下垫面类型是降温效果的重要影响因素㊂图4 银川市典型公园水域缓冲区地表覆盖结构空间分布543第5期 张晓东等:基于遥感数据的银川市城市公园对城市热环境降温效应分析表6 银川市城区典型公园水域缓冲区不透水面比例及均温缓冲区编号缓冲区范围/m 阅海公园不透水面比例/%温度/ħ海宝公园不透水面比例/%温度/ħ七十二连湖不透水面比例/%温度/ħ鸣翠湖国家湿地公园不透水面比例/%温度/ħ10~506.1025.228.1027.946.1028.423.8225.68250~10034.6831.0442.3231.7934.6833.8613.9928.133100~20036.6932.2359.1932.7736.6935.3310.8028.644200~30041.7032.8162.7833.0841.7035.2510.1628.895300~40043.1433.6278.4533.6543.1435.239.8528.746400~50038.8433.3989.1134.2238.8435.1412.8828.813.5.2 典型线状水域的热环境效应分析 线状水域作为生态景观廊道的重要表现形式之一,是物质㊁信息和能量传播的重要通道,能有效调节城市热岛中心和外围热量交换,对改善城市热环境也具有重要意义㊂对典农河和唐徕渠2条河流廊道构建0 50m缓冲区(1),50 100m 缓冲区(2)2个缓冲区,通过空间统计分析得到其缓冲区内的地表温度(表7)㊂结果显示,典农河虽处城市热岛中心,但由于其河面相对较宽,水面平均温度比唐徕渠低约2.7ħ,水面温度标准差比唐徕渠小0.75,表明典农河河流廊道内部温度相对较为稳定,变化较小㊂从缓冲区热环境变化来看,典农河缓冲区1和缓冲区2范围内的平均地表温度分别比唐徕渠相应区域分别低2.07ħ和1.09ħ,唐徕渠虽流经整个研究区,但其宽度仅为24m ,对周边的降温效果并不明显㊂综合对比分析表5 7发现,面状水域的水域温度明显低于线状水域廊道,虽然典农河和唐徕渠水域面积远大于海宝公园,但其平均温度仍高于后者,阅海公园㊁七十二连湖和鸣翠湖国家湿地公园的水域温度更是低于线状水域的温度,且面状水域缓冲区1内的地表平均温度明显低于线状水域㊂由此可见,面状水域比线状水域对城市热岛效应具有更好的降温效果㊂表7 银川市城区典型河流水域缓冲区内热环境温度统计水域位置统计区环境温度/ħ最大值最小值平均值标准差河面31.9627.4729.181.04典农河滨水景观公园0 50m35.8226.0430.161.9750 100m 38.2327.2732.012.26河面32.2527.4131.881.79唐徕渠 0 50m38.8527.3132.232.0950 100m40.5926.7533.12.514 讨论与结论4.1 讨论城市化的快速推进导致城市人口不断增长,城区土地利用类型发生剧烈变化,从而使城市热环境发生了很大变化㊂城市热环境的降温效应受植被覆盖度㊁植物群落组成㊁水域面积㊁周边环境中的热源状况㊁人类活动等多种因素影响,而城市公园作为城市降温的重要方式之一,对维持城市温度的稳定,提升城市人居舒适程度具有重要作用㊂本研究得出公园内部温度与面积㊁周长呈显著负相关,而与周长面积比呈显著正相关的结论,表明公园的热环境与其面积㊁周长和形状息息相关,与徐丽华等[7]对上海市城市公园景观热环境效应的研究结果较为一致㊂公园空间结构特征表明,公园内部温度与绿地面积(A G )和水体面积(A w )显著负相关,A G 和A w 面积越大,公园内冷岛效应越明显,然而随着二者的不断增大,公园内温度的下降趋势趋于缓和;此外,降温效应与公园景观形状指数(L S I ),绿地景观形状指数(L S I G ),水体景观形状指数(L S I B )以及水体聚集度(A I W )显著负相关,公园内部扩大绿地和水体面积,适当增加公园㊁绿地和不透水面的复杂度,设置集中成片的水体有助于降低其温度㊂本文进一步综合分析了公园对周边降温影响范围和幅度,公园外温度随着距离增加而不断上升,然后逐渐趋于平稳,温度与距离的变化趋势利用三次多项式拟合具有较好的拟合度,最大降温影响距离主要分布在200 300m 之间,公园对内部及周边100m 区域范围内降温效果最为明显㊂需要说明的是,研究中采用的L a n d s a8遥感数据,由于热红外波段分辨率相对较低,且地表温度对城市地表覆盖物极为敏感,与气温有一定差异,对地表温度反演结果精度有一定影响,后续的研究中应充分利用气象数据对其校正;此外,所选的17个代表性公园数量略显偏少,在以后的进一步研究中应增加公园样本数量以便获得更加精确的结果㊂4.2 结论本文以银川市城区17个公园为研究对象,基于L a n d s a t 8数据反演银川市城区的地表温度,利用景观格局和缓冲区分析方法,掌握公园热环境效应的整体空间分布特征,重点分析了城市公园斑块特征和景643 水土保持通报 第41卷。
全球变化下城市热岛效应研究
全球变化下城市热岛效应研究全球变化是当今社会面临的最大挑战之一。
人类活动引发的大气污染和温室气体排放导致全球气温持续上升，气候变化加剧。
在这一背景下，城市热岛效应成为了城市发展中的一大问题。
本文将探讨全球变化下的城市热岛效应，并提出相应的研究方法与解决方案。
城市热岛效应是指城市区域相对于周边乡村地区更高的温度。
通常情况下，城市内部的建筑物、人口密集度以及交通活动等因素会导致城市热岛效应的形成。
这一现象在全球变化背景下变得更加严重，因为全球变化导致气温升高，进而加剧了城市热岛效应。
研究城市热岛效应的方法主要有二：遥感技术与气象观测。
遥感技术通过卫星获取图像，能够提供广泛且准确的数据，进而帮助科学家分析城市热岛效应的模式和原因。
气象观测则通过在地面上布设气象站，记录温度、湿度和风速等气象要素的变化，从而揭示城市热岛效应的空间分布。
这两种方法相辅相成，为了更全面地研究城市热岛效应，可以结合两者的数据进行分析。
研究表明，城市热岛效应对城市生活和环境产生了多方面的影响。
首先，高温导致人们在夏季更容易受到中暑等热相关疾病的困扰。
其次，城市热岛效应还会加剧空调的使用，进而导致能源消耗的增加。
此外，高温还会对城市的水资源和生态环境造成负面影响，例如加重水资源短缺和生物多样性减少。
为了应对全球变化下的城市热岛效应，需要采取合理的措施。
首先，城市规划需要注重绿化和生态保护。
增加城市绿地和公园的面积不仅能够吸收更多的热量，还有利于降低城市温度，并改善城市空气质量。
其次，建筑设计应该注重节能减排。
采用高效保温材料和绿色建筑技术可以有效降低建筑物的能耗，减少热岛效应的发生。
此外，通过改善交通政策，鼓励使用公共交通和非机动交通方式，可以减少汽车尾气排放，从而降低城市热岛效应。
研究城市热岛效应对于改善城市居民的生活环境、保护城市生态环境具有重要意义。
通过分析城市热岛效应的模式和原因，可以帮助城市规划者制定更科学合理的规划策略。
城市热岛的遥感研究进展
参考内容
随着全球城市化进程的加速，城市热岛效应成为研究热点。本次演示将综述 城市热岛效应的研究进展，包括定义、成因、研究方法和未来研究方向。
一、城市热岛效应的定义及成因
城市热岛效应是指城市中心的气温高于周边地区的现象。主要成因包括：城 市化进程中大量硬质地面取代了自然地表，导致地表热传导能力降低；城市建筑 群、道路等设施释放的大量热量；以及城市生产生活产生的温室气体导致大气污 染等。这些因素共同作用，使得城市中心的气温高于周边地区，形成了城市热岛 效应。
城市热岛效应演变与成因遥感研 究现状
城市热岛效应的起源可以追溯到20世纪初，为了满足日益增长的能源需求， 城市快速发展，大量工业和交通排放的温室气体增加，导致城市气温升高。此外， 城市地表材料的改变，如混凝土和沥青的大量使用，以及城市规划的不合理，如 绿地和水体面积的减少，也是城市热岛效应的重要原因。
遥感技术在城市热岛效应研究中发挥了重要作用。通过遥感技术可以获取大 范围、实时、动态的城市地表信息，包括温度、辐射率、反射率等参数，从而揭 示城市热岛效应的演变过程和影响因素。目前，国内外研究者已利用遥感技术对 不同城市的热岛效应进行了广泛研究。
城市热岛效应演变与成因遥感研 究方法
城市热岛效应演变与成因遥感研究方法主要包括数据采集、处理和数据分析 三个步骤。
结论与展望
本次演示对城市热岛效应演变与成因遥感研究进行了综述，探讨了遥感技术 在城市热岛效应研究中的应用和价值。通过遥感技术，研究者可以获取大范围、 实时、动态的城市地表信息，揭示城市热岛效应的演变过程和影响因素，为城市 规划和环境管理提供科学依据。然而，目前的研究还存在一些不足之处，例如数 据精度、空间分辨率的限制，以及模型复杂度和预测精度的提高等问题。
城市热岛遥感调查
城市热岛遥感调查城市热岛(Urvan Thermal Island)是城市气候中的一个显著特征,其成因在于人类对原有自然下垫面的人为改造。
以沙石、混凝土、砖瓦、沥青为主的建筑所构成的城市工厂林立、人口拥挤、交通繁忙等，人为热的释放量大大增加，加上通风条件较差，热量扩散慢，造成城市气温高于四周效区气温，这种现象称为“城市热岛效应”，有时也统称为城市热岛。
随着城市经济和社会的发展，城市人中的不继增加，城市规模的迅速扩展，城市热岛效应变得突出。
城市热岛效应虽然以城区温度明显增高为主要标志，但城市热岛这一现象的产生实际上表明自然环境的人为改变，它的出现往往同时伴随有植被覆盖空洞、志市干岛（湿度小于郊区）、城市霾岛（城区废气、尾气形成的烟雾所笼罩）甚至由于近年流行玻璃幕墙建筑材料，城市也出现污染现象。
因此，利用卫星多通道遥感资料进行综合调查，有利于对城市热岛产生的环境影响形成较全面的认识。
1、城市“热岛”调查遥感信息源城市热岛反映的是一个温差的概念，只要城市与郊区有明显的温差，就可以说存在了城市热岛。
因此，一年四季都可能出现城市热岛。
但是，对于居民生活的影响来说，主要是夏季高温天气的热岛效应。
娄底城市“热岛”遥感调查采用的遥感信息源为2002年9月的Langdsat-7卫星数据。
其轨道技术参数见表。
2、城市“热岛”分布调查遥感图像处理本次调查所用遥感数据处理软件为ENVI，遥感数据为美国Landsat-7的ETM数据中的第6波段，其波长为10400—12500nm （热红外）其空间分辨率为60米。
TM6最适于用来解译中小比例尺的热场公布及热量资源。
ETM6接收的是与地表温度的高低相对应的强度不等的热红外辐射。
因此通过ETM6所接收到地地面各处热辐射值大小可以直接反映出地表温度的相对高低。
通过研究表明，ERM6的数据（探测到地地表物体的热红外辐射值）可还原成辐射亮度，并做出等温线图，与常规气象资料结合，可反映气候资源分布，通过卫星图像多时像的对比，可分析工作区范围内月、季、年热量资源的变化情况。
遥感技术在城市热岛研究中的应用PPT课件
三、北京市热岛效应分析
• 基于ETM+的不同时期(1999.7.1、2003.2.18)地表温度反演 • 热岛效应分析、评价 ➢ 1999.7.1(夏季)ETM+数据北京市热场分析 ➢ 1999.7.1(夏季)北京城区(东城、西城、宣武、崇文)、近郊
(昌平)、远郊(密云)热场分析 ➢ 2003.2.18(冬季) ETM+数据北京市热场分析 ➢ 2003.2.18(冬季)北京城区(东城、西城、宣武、崇文)、近郊
观测角度是0-22°，前向观测角度小于55°.假设观测天顶角<60°时，
比辐射率随角度变化量可以忽略，Prata(1993)对双角度技术做了
B T B T a / a B T a / a B T B T a a / a 深入的讨论。Sobrino et al.(1996)提出了一种改进型双角度算法：
步的提高
研究地表热场分布 特征与下垫面覆盖 类型、城区分布格
局之间的关系
可见光及热红外通 道数据同源，数据 分辨率高，有多个
热红外通道
描述热场的细部信 息及城市地区的热
岛效应
可见光及热红外通 道数据同源，数据 分辨率搞，存档数
据多
第11页/共33页
缺点
分辨率低
分辨率较低
发射时间较晚，没 有存档数据，数据 昂贵，获取不易，
0.5
1100
分裂窗算法
10.78~11.28 11.77~12.27
1
8.125~8.475
8.475~8.825
8.935~9.275
16
10.25~10.95
10.95~11.65
1000
改进的分裂 窗算法
90
温度比辐射 率分离算法
基于遥感的城市绿地变化动态监测
基于遥感的城市绿地变化动态监测随着城市化进程的加速，城市绿地对于改善城市生态环境、提高居民生活质量的作用日益凸显。
准确、及时地监测城市绿地的变化情况，对于城市规划、生态保护和可持续发展具有重要意义。
遥感技术凭借其大面积同步观测、时效性强、数据客观准确等优势，成为城市绿地变化动态监测的重要手段。
遥感技术的原理及数据来源遥感是指非接触的、远距离的探测技术。
通过传感器接收来自地表物体反射或发射的电磁波信息，并对这些信息进行处理和分析，从而获取地表物体的特征和状态。
在城市绿地监测中，常用的遥感数据源包括卫星影像（如 Landsat 系列、Sentinel 系列等）和航空影像。
这些影像包含了丰富的光谱信息，能够反映出绿地的植被覆盖度、类型等特征。
基于遥感的城市绿地信息提取方法在获取遥感影像后，需要采用适当的方法提取城市绿地信息。
常用的方法有基于光谱特征的分类法和基于指数的计算法。
基于光谱特征的分类法是根据绿地在不同波段的反射特性，将其与其他地物区分开来。
例如，植被在近红外波段具有高反射率，而在可见光波段反射率较低。
通过建立合适的分类模型，可以将影像中的绿地提取出来。
基于指数的计算法则是利用一些专门设计的植被指数来定量地描述绿地的状况。
常见的植被指数如归一化植被指数（NDVI）、增强型植被指数（EVI）等。
这些指数能够有效地突出植被信息，从而方便绿地的识别和监测。
城市绿地变化动态监测的流程首先是数据预处理，包括辐射校正、几何校正、图像融合等操作，以提高影像的质量和可用性。
然后进行绿地信息提取，如前文所述，运用合适的方法从影像中获取绿地的分布和特征。
接下来是变化检测。
通过对比不同时期的绿地信息，确定绿地的增加或减少区域。
这可以通过图像差值法、分类后比较法等多种方法实现。
在变化检测的基础上，进行变化分析。
分析绿地变化的空间分布、面积大小、变化速率等特征，并探讨其背后的原因，如城市扩张、规划政策、人类活动等。
最后，将监测结果以直观的形式展示出来，如制作专题地图、统计图表等，为城市规划和管理部门提供决策支持。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
z 利用MODTRAN得到大气校正所需参数 z MODTRAN4的运行由当前目录下的tape5文 件控制，tape5由一系列的CARDS(输入行)组 成， z 输入参数由以下五个部分构成：控制运行参 数、传感器参数、大气参数、观测几何条件 和地表参量。 z 输出：透过率、辐射度
z 使用的是默认的大气廓线(Mid-Latitude Summer)， 采取Aster的波段响应函数。计算的是大气辐射。 z 输入文件为tape5，输出结果为channels.out文件。
MODIS Evapotranspiration Project (MOD16)
z This MODIS evapotranspiration (蒸腾蒸发量 ET) algorithm is based on the Penman-Monteith (P-M) equation. We incorporated surface stomatal resistance and vegetation information derived from MODIS land products to estimate daily ET and potential ET (PET) which is then composited over an 8-day interval. z ET/PET ratio represents not only the "dryness" of the land surface but also the characteristics of the land surface in terms of energy partitioning, which has a large influence on the local and regional climate and environment.
地温反演验证试验初步设想（续）
——针对250米分辨率单通道地温反演
¾ 下垫面类型
北京地区：（1）定点观测：8个试验类型，分别为：柏油路、 水泥地、高覆盖农田、低覆盖农田、白地、沙地、草地、水体； （2）流动观测：马拉松沿线（从天安门到奥林匹克公园） 天津地区：定点观测，5个试验类型，分别为：城镇、农田、草 地、水体、裸地
z 尚未进行： z 星—地面同步观测实验（不好做）
z土地利用分类要结合城市热环境问题，进行分类。
1. Grass 2. Tree/thrubs 3. Light soil 4. Dark soil 5. Light impervious 6. Medium/dark impervious 7. Water 8. shadow
zNEM模块：首先利用改进的NEM算法计算温度和比辐射率的初值。设定 初始参数εmax为0.99，将大气下行辐射数据代入式（2），然后利用式（3） 迭代计算逐步去除反射的环境辐射，并输出温度和比辐射率的初值，用于 后续分析。
Rb = Lg − (1 − ε max ) Latm↓
⎧ ⎡ c1ε max ⎤ c2 lg ⎢ 5 ⎪Tb = ⎥ λb ⎣ λb π Rb ⎦ ⎪ ⎪ ⎨TNEM = max Tb (b = 10, ⋅⋅⋅,14) ⎪ε = R B (T ) b b NEM ⎪ b ⎪ ⎩
地表温度(LST)反演
z 目前，针对ASTER数据的地表温度反演算法 相对较少，最具代表性的是ASTER的温度与 比辐射率分离算法（TES），该算法依据维恩 位移定律和普朗克定律，综合 NEM(Normalized Emissivity Method)、 RAT(Ratio Algorithm)、 z MMD（Min-Max Difference） z 3种算法的优点，并对每种算法存在的不足进 行了改进.
“风云三号气象卫星城市热环境监测与评估用系统研究 ”项目 ----中国气象局
项目总体建设目标
1、典型城市群、典型大城市热环境背景数据集建立 2、热环境监测指标业务提取方法研究 3、热环境评估指标业务提取方法研究 4、FY3号热环境卫星遥感监测与评估应用示范系统开发 5、热环境监测、评估的指标、方法、产品和流程规范 （草案）编写
模拟次数 地表反射率 传感器高度
1 0 100km
2 0 地面高程 1
3 1
4
100km
地面高程
⎧ ⎪ L (λ ) = L − L 4 3 ⎪ atm↑ ⎪ L1 − L3 ⎨τ (λ ) = L2 − L4 ⎪ ⎪ ( L1 − L3 ) L4 ⎪ Latm↓ (λ ) = L3 − L2 − L4 ⎩
用气象观测温度验证反演温度
z 两种气象数据 z 自动观测站 121个站点 每小时观测数据，气温 z 常规观测站 02 、08 、14 、20 时，地温/气温
z 过境时间，10：30 a.m左右资料----拟合
云检测
z 为什么检测
采用了可见光波段和热红外波段进 行云检测。在可见光通道上，云的 反射率要比 晴空下的地物高的多；而热红外通 道上，云的温度（此处的温度指的 是云顶亮温）要比地物温度低的多。 对这两个波段设定合理阈值，可进 行云的检测。
32 30 28 气温 26 24 22 20 20 25 30
y = 0.1655x + 22.337 R 2 = 0.1732
35 反演地温
40
45
反演 28.31 28.91
三项式 sin拟合 拟合 32.9 28.75952 32.2 29.13491
蒸散发模型
z SEBS、SEBAL 和Penman-Monteith 三个 不同的蒸散发模型， z 在推算潜热通量时(目前采用的有两种方法) z 一是余项法,即利用地表辐射温度等先求出 感热通量和土壤热通量,然后将潜热通量作 为能量平衡的余项而获得. （ SEBAL ） z 二是利用地表辐射温度估算作物水分胁迫 指数或地表能量平衡指数,然后获得相对蒸 发和蒸发比,进而得到潜热通量.（ SEBS ）
空间格局——土地利用、热环境
z 斑块面积比例( PLAND) 、 z 斑块数(NP) 、 z 聚集度指数(Clumpy) 、 z 连通性指数(Cohesion) 、 z 平均分维数( FRAC2MN)、 z 和景观形状指数 z ……
城市热岛尺度效应研究
z 城市热岛尺度地统计分析
urban
suburb
“环境减灾”A、B卫星 一箭双星发射成功
“环境减灾”A、B两颗光学小卫星，2008年６日１１时２５分在太原卫星发射中 心发射升空。经过一段时间的轨道控制后，将在绕地周期约98分钟的同一轨道面 上飞行，运行间隔49分钟，每2天实现一次全球覆盖。 A星载有2台宽覆盖多光谱相机、1台超光谱成像仪等具有国际先进水平的设备; B星载有2台宽覆盖多光谱相机、1台红外相机等设备，设计寿命均大于3年。 两卫星各自装载了两台光学相机，相机拍摄的一张照片就可覆盖710公里宽度， 分辨率达30米。A星的观测可以能辨别出物体材质。B星的红外相机可以对火灾、 地震带来的地热等与热量有关的灾害现象进行精确观测。这些技术指标，均达到 了国际先进水平。
FY3号卫星
FY3号卫星MERSI仪器第5波段是中心波长为 11.25um的热红外波段，较NOAA、 MODIS卫星具有250米的空间分辨率优势， 地温反演具有重要意义。
Advanced Along-Track Scanning Radiometer (AATSR)
AATSR——Advanced ATSR（ 先进的ATSR）， 是 ESA的Envisat卫星携带的传感器， 作用就象是空中的温度计，对地球陆地表面温度进行观测
¾ 观测频次
定点观测每个下垫面类型2个重复，每个类型观测10个重复； 流动观测按卫星过境前后一小时内观测，时间频次为1分钟。
zAster 提取温度
大气参数模拟
Ltoa (λ ) = τ (λ ) Lgrd (λ ) + Latm↑ (λ )
= τ (λ )(ε (λ ) B (λ , T ) + (1 − ε (λ ) Latm↓ (λ )) + Latm↑ (λ )
奥运场馆背景分析
奥林匹克公园、北京射击场、老山自行车赛场由于有大片绿地， 植被覆盖度较高，其余场馆周围分布着大面积的居民建筑群，植被 覆盖较低，马拉松沿线也主要为城市居民和公共建筑包围 。
地温反演验证试验初步设想
——针对250米分辨率单通道地温反演
¾ 观测时间：晴空天气，FY3号卫星过境时刻前后一个小 时内观测 ¾ 试验地点：北京、天津 ¾ 试验时间：7－8月份 ¾ 试验仪器：手持热红外辐射仪（定点），车载观测（流 动）
z The Integrated Land and Water Information System (ILWIS) is a PCbased GIS & Remote Sensing software, developed by ITC up to its last release (version 3.3) in 2005. ILWIS comprises a complete package of image processing, spatial analysis and digital mapping.
论文汇报
城市热环境遥感研究
孟丹 2008年11月20日
z 中考专家提出的问题 z 热环境研究常用及最新数据源 z 风云三号气象卫星城市热环境监测与评估 用系统研究 ”项目 简要介绍 z Aster 反演温度 z 能量平衡,蒸散发模型
中考专家提出的问题 z z z z z z 对热岛在混合像元尺度上的研究需加入对组分温度的研 究 着重对热岛中关键影响因素——如比辐射率开展实验研 究 对MODIS产品精度评价，是否可用于科研 土地利用分类要结合城市热环境问题，进行分类。 城市热环境与土地利用类型密切联系,还与土地类型的空 间组合有关系。 北京与首都圈热岛的联系，尺度效应