城市熱島的遙感監(jiān)測方法及應(yīng)用

唐歡

摘??要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市中的人口也在逐漸的增加，各種高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地也基本上落座于城市的中心地帶，這就導(dǎo)致在城市當(dāng)中的植被覆蓋率逐年降低，高樓大廈逐年的秘笈，使得城市的天氣，地形等發(fā)生了明顯的變化，從而形成了城市熱島的氣候現(xiàn)象。給城市居民的生活及工作造成了極大的影響。本文就城市熱島的遙感監(jiān)測方法和應(yīng)用進(jìn)行具體分析，期望能為緩解城市熱島效應(yīng)做出一定的貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞：城市熱島;遙感監(jiān)測;方法研究

一般來說城市熱島研究有兩條途徑，一是通過固定氣象站點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)，對(duì)城市中具體站點(diǎn)進(jìn)行時(shí)序觀測或?qū)Χ鄠€(gè)城鄉(xiāng)站點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比觀測，分析城鄉(xiāng)的地表溫度差異;二是利用衛(wèi)星遙感獲取的地表熱場分布數(shù)據(jù)對(duì)比分析城鄉(xiāng)的地表溫度差異。早期城市熱島研究主要運(yùn)用站點(diǎn)的觀測數(shù)據(jù)，但由于觀測站點(diǎn)的分布較為稀疏，有一定的局限性，影響了對(duì)于城市熱場空間分布特征的客觀分析。因此，現(xiàn)在依賴傳統(tǒng)定點(diǎn)觀測的城市熱島研究越來越少。通過遙感手段獲取的觀測資料具有覆蓋范圍廣、時(shí)間同步性好的特點(diǎn)，其提供的大范圍地表溫度空間變化信息，非常適用于分析不同空間分辨率下的城市熱場空間分布特征。

1?基于溫度的監(jiān)測方法

1.1?基于地表溫度的監(jiān)測方法

城市熱島效應(yīng)與下墊面性質(zhì)結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，但由于下墊面的復(fù)雜性以及實(shí)時(shí)探空數(shù)據(jù)獲取的不易，使得地表溫度的精確反演存在一定難度，因此這一方法大多是通過簡化方法獲取大氣參數(shù)、地表比輻射率等求取地表溫度。通過研究數(shù)據(jù)表明，市區(qū)是城市高溫的中心，建筑物密集地、郊區(qū)人類活動(dòng)頻繁地帶的溫度也較高，農(nóng)村用地和荒地也出現(xiàn)了明顯的局部熱中心。基于Landsat?TM/ETM+影像的數(shù)據(jù)，通過反演地表溫度計(jì)算城市熱島強(qiáng)度，研究城市熱島季節(jié)特征，結(jié)果顯示城市熱島季節(jié)變化特征明顯，與總云量季節(jié)變化關(guān)系顯著。夏季出現(xiàn)最大熱島強(qiáng)度，空間分布特征表現(xiàn)為片狀發(fā)散與零星熱島并存;冬季表現(xiàn)為冷島特征，其空間分布與夏季熱島一致;春季與秋季的熱島強(qiáng)度最小，不過春季的熱島空間差異較大。

1.2?基于地面亮溫的監(jiān)測方法

地面亮溫是傳感器在衛(wèi)星高度上能夠觀測到的熱輻射強(qiáng)度，也稱地表輻射溫度。在城市區(qū)域范圍有限的前提下，基于地面亮溫的城市熱島研究一般假設(shè)研究區(qū)的大氣條件接近理想，水汽狀況近似一致，可以忽略大氣對(duì)輻射亮溫的影響。利用Landsat7?ETM+遙感數(shù)據(jù)，利用亮溫代替實(shí)際地面溫度來表征城市熱場的方法，通過地物熱紅外波段輻射值反演研究城市熱島效應(yīng)，結(jié)果顯示研究區(qū)熱島效應(yīng)明顯，熱場分布有明顯的規(guī)律性。雖然利用地面亮溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行城市熱島研究的成果較多，但地面亮溫并不是地表真實(shí)溫度，實(shí)際上兩者相差很大，用地面亮溫研究城市熱島效應(yīng)，只能相對(duì)表達(dá)熱島的分布狀況，其結(jié)果并不是對(duì)城市熱島強(qiáng)度的真實(shí)反映，所以基于地面亮溫的監(jiān)測方法存在一定的局限性。

2?基于植被指數(shù)的監(jiān)測方法

植被指數(shù)是表征地表植被信息的重要指標(biāo)，作為反映城市綠地覆蓋狀況的最重要信息源，廣泛應(yīng)用于對(duì)植被覆蓋及其活力的評(píng)價(jià)。其中，NDVI反映對(duì)植被比較敏感的近紅外和可見光波段反射光譜的信息，較多地應(yīng)用于植被分布狀況研究中?；谥脖恢笖?shù)的城市熱島變化研究表明，城市夏季郊區(qū)NDVI的增加對(duì)郊區(qū)地表溫度的調(diào)節(jié)作用非常顯著。在另一南方城市熱島效應(yīng)與植被關(guān)系的研究中，基于遙感數(shù)據(jù)對(duì)不同下墊面結(jié)構(gòu)的亮溫和NDVI進(jìn)行線性回歸比對(duì)分析，研究表明植被與下墊面溫度的負(fù)相關(guān)程度夏季較春季高，夏季植被對(duì)溫度的影響更明顯，即夏季植被對(duì)降低下墊面溫度效果非常顯著?；贓TM+遙感影像的城市熱島效應(yīng)與植被覆蓋關(guān)系研究表明，研究區(qū)溫度的分布（中心高、邊緣低）與植被覆蓋程度（中心低、邊緣高）相反。

3?基于熱力景觀的監(jiān)測方法

景觀生態(tài)學(xué)的興起與發(fā)展，使基于熱力景觀的監(jiān)測方法成為城市熱島研究的新方法。這種方法應(yīng)用GIS和遙感技術(shù)，從景觀生態(tài)學(xué)角度研究城市熱島，建構(gòu)城市熱島空間格局與評(píng)價(jià)體系。借鑒景觀生態(tài)學(xué)的方法計(jì)算景觀指數(shù)，利用Landsat?ETM+影像數(shù)據(jù)反演地表溫度，使用景觀格局指數(shù)分析廈門城市熱島的季節(jié)變化特征。其所選取的景觀指數(shù)包括類型面積、斑塊數(shù)量、平均斑塊面積、最大斑塊指數(shù)、平均鄰近指數(shù)、面積加權(quán)形狀指數(shù)、連通性指數(shù)、聚合度。這些指數(shù)從數(shù)量特征、形態(tài)特征、結(jié)構(gòu)特征三個(gè)方面表征沿海城市熱島空間格局特征及季節(jié)變化，研究表明：沿海城市熱島在夏季最強(qiáng)，春秋次之，冬季最弱。相關(guān)研究表明，基于熱力景觀的監(jiān)測方法能夠比較快捷地獲得空間范圍內(nèi)的地溫、土地利用類型和植被指數(shù)等，但是其在時(shí)間連續(xù)性上還存在局限性。

4?結(jié)語

遙感技術(shù)的優(yōu)勢使其成為監(jiān)測城市熱島效應(yīng)不可或缺的重要手段，但目前利用遙感技術(shù)監(jiān)測城市熱島比較側(cè)重?zé)釐u范圍與強(qiáng)度的監(jiān)測，而對(duì)于緩解城市熱島的方法和途徑的研究還比較薄弱，建議今后利用遙感資料與技術(shù)對(duì)此加強(qiáng)研究。

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