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。

本次遥感解译，因无对应时像，该时间地面的准确温度，所以不能作定量分析，仅根据经验作定性分析。

Langdsat-7(陆地资源卫星7)技术参数表
遥感热红外数据的具体处理过程如下：
1、热红外6波段数据与高分辨率全色波段数据（8波段）校正：因为热红外6波段数据地理信息相对较弱，就用ENVI软件对娄底幅热红外6波段数据与高分辨率全色波段数据进行校正，达到地理信息的一致性。

工作时采集了9个控制点，控制点的选取尽量做到在区域上均匀分布。

经校正后生成了热红外6波段图像，可与高分辨率全色波段数据匹配、融合，融合后的图像具有地理信息，可用于校正选点：
2、热红外6波段数据quick Bird数据校正：应用ENVI软件对娄底幅热红外6波段数据与quick Bird数据进行校正，达到地理信息的一致性：
3、因遥感探测到的是城市下垫面地物的辐射温度，表现为6波段的灰度值，这种辐射温度与气温具有很好的相关性，可近似反映城市地表温度。

对经校正后的6单波段数进行统计分析，根据娄底城区基本位于高值区的特点，对图像中这部分数据进行拉伸，拉伸后的数据DN最大值为136，最小值为161，对该数据区分10个等级进行密度侵分割，根据遥感数据值大小分区段分别学深浅不一的颜色,从黑色、蓝黑色、蓝色、浅蓝色、淡蓝色、绿色、绿黄色、黄色、橙色、红色，不同颜色代表不同温度分区，温度值不断升高。

4、在PHOTOSHOP中把1：1成的地理底图与密度分割图像叠合，形成娄底市城区热岛效应分布影像图（附图2）。

3 娄底市“热岛”分布调查情况
3.1 娄底市“热岛”空间分布概况
娄底市城区遥祝感热红外数据从136到161，据经验，摇感热红外数据，一个亮度值代表地面0.2度的温差，图像内DN数据值共相差25个亮度值，说明娄底市城区最热的地方与城区周围最凉快的地方相差5度左右，城市热岛效应较明显。

娄底市城区热岛效应分布影像图表明，娄底市城区整体温度偏高，呈现高温区。

城区内温度水平梯度小，城区边缘气温水平梯度大。

（附图2）娄底市城区是一个由众多热岛组成的大热岛，强热岛（影像中红色区域）和二级热岛（影像中橙色、黄色区域）占整个城区面积的三分之二以上。

中心城区范围内热岛分布更加普遍，除几个大型公园周围呈现较低温区以外，其它地区均为二级热岛以上区域。

娄底市热岛主要分布于涟钢厂区、中心城区西南以及地区铁路沿线。

经人工解译，娄底市内有大小强热岛区域81个，面积达327.88公顷，占城区总面积的10%。

其中面积大于10公顷的强热岛区域有：华达机械总厂区域（26.28ha），涟钢电炉分厂（23.56ha），城区西南市区食品厂、市皮革厂、市粮果厂，外贸局汽车队区域（23.47ha），涟钢钢渣堆放场（20.51ha），火车站内车站轨道区域（14.73ha），市一中操场及其西侧单位（16.58ha），热轨薄板厂西边工厂（11.02ha），热轨薄板厂南边工厂（10.46ha）等八处；面积大于5公顷的强热岛区域有12个，小于5公顷的强热岛区域有61处。

3.2 城市热岛形成和影响因素分析
娄底市城区热岛效应明显，城市热岛的形成，显然是与城市化的发展密不可分的，分析其形成的直接原因有以下四个：首先，是城市下垫面（大气底部与地表的接触面）特性的影响。

城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性，这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面的温度明显高于自然下垫面。

比如夏天里，草坪温度32℃、树冠温度30℃的时候，水泥地面的温度可以达到57℃，柏油马路的温度更高达63℃，这些高温物体形成巨大的热源，烘烤着周围的大气和我们的生活环境，形成热岛。

第二个主要原因是城市大气污染。

城市中的机动车辆、工业生产以及大量的人群活动，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉尘等，这些物质可以大量地吸收环境中热辐射的能量，产生众所周知的温室效应，引起大气的进一步升温。

第三个主要原因是人工热源的影响。

工厂、机动车、居民生活等，燃烧各种燃料、消耗大量能源，无数个火炉在燃烧，都在排放热量。

第四个原因是城市里的自然下垫面减少了。

城市的建筑、广场、道路等等大量增加，绿地、水体等自然因素相应减少，放热的多了，吸热的少了，缓解热岛效应的能力就被削弱了。

综上所述，城市中人工构筑物的增加、自然下垫面的减少是
引起热岛效应的主要原因。

城市中绿地改变耳垫面的性质，从而影响地表的热量平衡状况，绿地因反射和吸收部分太阳辐射，使得地表所得净辐射减少，而所得净辐射又有大部分用于植物蒸腾耗热和在光合作用中转化为化学能，使增加环境温度的热量大大减少。

大面积绿地光合作用，吸收空气中的二氧化碳，可削弱城市温室效应，进一步缓解热岛效应。

下面我们重点分析一下城市绿化对城市热岛的影响。

一、城市绿地对下垫面热特性的影响
不同性质的下垫面，具有不同的热属性，因此升、降温的速率也各不相同。

柏油马路、水泥路面等铺装地面升温速率大（分别为4.9摄氏度和4.0摄氏度，绿地类下垫面的升温速度最低为0.9摄氏度和0.7摄氏度；且柏油、水泥的升温速度高于降温速率，热量容易积累，绿地的降温速度低于升温速率，热量容易扩散。

可见，绿地下垫面缓解热岛的作用最好，沥青、水泥等其他下垫面则不仅不利于热岛效应的削减，而且是增强热岛效应的重要因素。

这在娄底市热岛分布图上体现明显。

高强度热岛基本上分布于绿地分布稀少且又有人工热源的地区，例如，涟源钢铁厂的厂区中绿化稀疏地区，以及城区边缘在建工地和建筑物密集且绿化较差的地区。

二、热岛强度和城市绿化覆盖率的关系
研究表明，绿化覆盖率与热岛强度成反比，绿化覆盖率较高，则热岛强度越低。

当覆盖率达到大于30%后，绿地对热岛有较明
显的削弱作用；覆盖率大于50%，绿地对热岛的削减作用极其明显，且达到在其中生活舒适度令人满意的程度，如石马公园、春园公园、青山公园、月琴公园、珠山公园、娄星广场等公园，绿化覆盖率高达70%以上，整个地域呈现绿色、淡蓝色，消除了热岛现象。

青山文体广场、文化广场绿化覆盖率在50%以上，绿化状况较好，由于绿地对热岛有明显的削弱作用，区域内无大范围的热岛。

而城区内市食品厂、市皮革制品厂、市体委等单位，涟钢附近的涟源钢铁厂、涟源磷肥厂、石油公司油库、涟源水泥厂等单位，以及城区外的火车东站等单位，绿化植物少，热量集聚，形成高强度热岛区。

三、城市大范围绿地对热岛强度的辐射削减作用
绿化覆盖率达到一定程度后，绿地因蒸腾作用散失的热量高于所得到的太阳辐射能，温度降低，空气冷却收缩下沉，地面气压升高，气流从绿地吹向非绿地，形成局部环流，在地面导致绿地的“可透性现象”，客观上起到了降低周围环境气温的作用。

研究表明，规模大于3公顷而且绿化覆盖率达到60%以上的集中绿地，其内部的热辐射强度有明显的降低（热辐射强度为四级），基本上与郊区的热辐射强度相当，即可以形成城市中心绿地为中心的低温区域。

娄底市城区内涟钢生活区以及周边的大片绿地，缓解了城市热岛效应，从振兴路至钢城街大片区域内无二级热岛；珠山公园以及其周边的大片绿地，使得该区域内无城市热岛出现。

城市中心区中市林业局、市农业局、市园林管理局、市煤
气公司等单位内有大范围绿地，呈现低温区域。

四、绿化结构对单位面积地削减热岛作用的影响
乔灌草复层种植结构的绿地降温效果最好，其次为乔草型和灌草型绿地，草坪型绿地最低。

娄底市涟钢的热轨薄板厂，其厂区绿化较好，也较美观，但其绿化植物结构全部为草坪，所以降温效果不好，图像上呈现部分强热岛区，部分二级热岛区；又如，娄底市广电中心，其绿地占单位总面积的比例达到30%以上，但全部为草坪，在热岛效应分布影像图上呈现二级热岛区。

3.3 削减城市热岛效应的措施及建议
城市热岛效应危害很大。

热岛现象可加剧大气污染，同时，可能造成一些地质灾害，另外，酷热的天气给人们生活造成严重的影响。

通过对城市热岛形成和影响因素分析，认为城市绿化，水面和城市风是削减城市热岛效应的有效因素。

通过增加城市绿地，发送城市下垫面的热特性，是削减城市热岛效应有效和切实可行的途径。

具体措施如下：
1、加强城市绿化，提高城市绿化的总体水平，是削减城市热岛效应的关键措施。

城市绿地中的园林植物，通过蒸腾作用，不断地从环境中吸收大量的热量，降低了环境空气的温度。

每公顷绿地平均每天可从周围环境中吸收81.8兆焦耳的热量，相当于189台功率为1千瓦空调的作用。

园林植物可以通过光合作用，大量吸收空气中的二氧化碳，
抑制温室效应，放出氧化，净化空气。

一公顷绿地，每天平均可以吸收1.8吨的二氧化碳。

2、科学建立城市生态廊道系统
根据娄底市的主导风向，在市区逐步建立合理的生态廊道体系，将城市外围（生态腹地）凉爽、洁净的空气，引入城市内部，有效缓解城市内部的热岛效应。

同时，可促进城市与外围的物质、。