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（共3篇）

1.基于遥感技术的北京市热岛研究 篇一

北京市近40年城市热岛效应研究

利用北京市近40年气候资料研究分析北京市市区与郊区平均气温日、季、年际和年代变化特征发现,40年中1995年11月24日市区与郊区日平均气温温差最大,达4.6℃;季变化市区与郊区温差冬季最大,为1.11℃,春季最小,仅为0.26℃;年际变化1961～1977年市区与郊区温差较小,而1978～20市区与郊区温差达0.62℃,热岛效应明显增强;年代变化市区与郊区温差60年代最小,仅为0.13℃,90年代最大,为0.78℃.近年虽高温(≥35℃)日数明显增多,但年最高气温变化较小,仅有、和2000年年最高气温＞38℃.近40年市区与郊区年平均气温明显上升,市区气温平均升高0.43℃,郊区气温平均10年升高0.21℃,北京市市区年平均气温序列中存在明显的周期.

作 者：宋艳玲 张尚印  作者单位：国家气候中心 北京 100081 刊 名：中国生态农业学报  ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF ECO-AGRICULTURE 年，卷(期)：2003 11(4) 分类号：X16 关键词：热岛效应   高温日数   年际变化  

2.基于遥感技术的北京市热岛研究 篇二

城市热岛效应 (The Urban Heat Island Effect) 是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象。随着我国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显, 由于热岛中心区域近地面气温高, 大气做上升运动, 与周围地区形成气压差异, 周围地区近地面大气向中心区辐合, 从而在城市中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。因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, 而且加剧了城市的电力消耗 (空调的使用等) , 导致能源过度使用, 造成恶性循环。

引起城市热岛效应的原因有很多, 主要和下垫面介质、城市格局变化有关。城市内部存在大量人工建筑物, 这些建筑物具有较小的热容量, 在相同的条件下比绿地等其他自然下垫面升温快, 同时它们还具有很强的吸收、储热能力。因此, 研究下垫面类型和城市热岛之间的关系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义。

目前对于城市热岛效应的研究主要有以下两种手段:a.通过对城市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.利用遥感数据资料, 通过遥感反演技术来分析城市热岛的空间特征与变化过程。与第一种方法相比, 利用遥感图像研究城市热岛效应具有省时、省工和直观等特点。本文以长春市为例, 基于ETM+遥感影像研究长春的热岛效应与其下垫面植被覆盖之间的关系, 为寻找热岛产生的关键原因及解决热岛问题提供参考[1]。

2 研究区概况

长春市地处北半球中纬度地带, 处于东部低山丘陵向西部台地平原的过渡地带, 平原面积较大, 台地略有起伏。其所在气候区处于东部山地湿润与西部平原半干旱区之间的过渡带, 属温带大陆性半湿润季风气候, 年平均气温4.8℃。20世纪90年代以来, 长春市空间扩展速度明显加快。城市用地规模由1980年的104 km2增加到1996年的143km2[2]。

3 研究方法

本文以2005年9月8日长春市Landsat7 ETM+影像为数据源, 包括8个波段, 其中第6波段为60m[3]。应用影像的第3、4波段提取研究区的归一化植被指数 (NDVI) , 同时利用第6波段反演研究区的亮度温度。

3.1 图像预处理。

首先对数据进行几何校正, 然后对影像进行影像镶嵌, 对镶嵌好的影像数据利用长春市政区的边界矢量数据进行裁减处理。

3.2 归一化植被指数的提取。

NDVI是反映植被生长状况的重要参数之一, 它用于夏秋季中等植被覆盖时的植被生长状况监测[4], 利用第3、4波段提取研究区的NDVI。研究区的NDVI值分布在-1.00到0.77之间。NDVI高值区分布在研究区的西南部、南部以及东部, 这些地区多分布有大量森林, 植被覆盖情况好, 人为干预少;低值区主要分布在市区, 植被覆盖较差;居中区域在市区与郊区之间, 这些地区多为耕地, 森林覆盖面积极少, 同时人为干预多、频繁。

3.3 地表亮度温度反演。

在研究城市热岛效应时, 一般方法是利用遥感影像数据反演地表温度与NDVI, 研究植被覆盖与热岛效应之间的关系。虽然亮度温度在数值上与地表温度并不相等, 但二者相关性强, 亮度温度的空间分布可以近似地拟合地表温度在空间上的分布。亮度温度的提取应采用第6波段的像元计数值 (DN值) , 并将其转换为星上热辐射强度。长春市城区温度明显比郊区高, 热岛效应较为显著, 但热中心并不在市中心, 而是分布于下垫面性质特殊地区和能耗大、热源强度高的工业区。城区亮度温度分布较集中, 主要分布在22~24℃之间, 最高温度为34.8℃, 平均温度为25.2℃, 低温中心主要分布在公园、水域等水体和植被覆盖密集区, 如南湖公园、动植物公园等地;郊区亮度温度主要分布在18.8℃~28.9℃, 最低温度为17.3℃, 平均温度为23.6℃。低温中心主要分布在新立城水库、净月潭森林公园等地。

3.4 地表亮温与NDVI关系分析。

对NDVI图像进行如下标准化处理, 得出植被覆盖度指数。对比图1的植被覆盖度指数图与亮度温度强度指数图, 可以得出如下结论:a.研究区的植被覆盖程度呈现中心低、边缘高的格局, 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。b.城市热岛效应的影响因素很多, 本文只研究了植被覆盖程度对城市热岛效应的影响。结果表明, 植被覆盖程度与温度呈现明显的负相关关系, 即植被覆盖程度越低, 温度越高, 反之亦然。

4 结论

通过以上分析看到, 长春市亮度温度随着归一化植被指数的增加而降低, 因此, 在提高工业能源的利用率, 减少热量散失和排放的同时, 提高城市绿化率可以缓解城市热岛效应, 减少热岛效应的危害。因此对于城市热岛效应提出以下治理对策:a.加强城市总体规划, 对工业区, 商业区和居住区做合理规划。按照城市的性质、规模及工业构成处理好各项用地之间的关系, 创造出一个城市生物群体与环境系统之间的良好结合条件。b.提高工业能源的利用率, 发展环保型城市公共交通工具。亮温反演结果显示, 在工业区及人群拥挤、车辆繁多的地段容易形成热岛中心, 因此, 可以通过提高工业热源利用率, 使用公共交通工具, 以减少热量的散失和释放。c.提高城市绿化率。研究资料显示, 绿化覆盖率每增加一个百分点, 夏季最高温度下降0.1℃。绿化覆盖率达到50%时热岛效应基本上得到治理。因此可以在热岛中心分布地段加大绿化投资, 营造城市绿地和热岛防护林等。

参考文献

[1]邹容, 周卫军等.城市热岛效应的产生与研究方法[J].农业经济与科技, 2007, 3.

[2]徐超, 张伟等.基于GIS与RS的长春市热岛效应研究[J].农业网络信息, 2010, 10.

[3]唐海蓉等.Landsat 7图像快速几何校正方法研究[J].遥感学报, 2006, 1.

3.基于遥感技术的北京市热岛研究 篇三

本次研究使用了中国资源卫星应用中心提供的中巴资源一号卫星红外多光谱扫描仪 （CBERS—1 IRMSS）的长沙幅、岳阳幅白天和夜间红外多光谱扫描仪数据（白天3景，夜间5景），另外收集了Landsat—7卫星的热红外数据、长沙市土地利用图及相关资料。

IRMSS数据预处理

由于扫描系统的控制精度以及探测器响应的差异，IRMSS图像数据存在一定的畸变，尽管收集的数据经过初步处理，但仍存在一些问题，所以有必要针对图像各种不同问题产生的物理机理，对数据进行相应的预处理。数据预处理包括正反扫描错位校正、奇偶元错位校正、噪声去除等步骤。

IRMSS数据信息提取

为了达到综合分析和研究城市热岛的客观性和合理性，必须采用多要素结合方法进行空间分析和综合评估。因此，要对不同卫星图像和其他数据进行波段配准、波段相关性及图像合成、地理校正以及绿地特征分类和信息提取。通过数据处理后的图像质量良好，在空间分辨率上低于TM影象，近似于MSS影像，其多波段合成影像图，对地物、地貌景观的反映十分清楚。经地理校正后生成了地理编码数据图像，可与不同比例尺的地形图配准，产生各种专题图，并直接纳入GIS系统，能用于城市热岛遥感综合解译。

城市热岛的形成机制及影响因素

根据前人资料，结合遥感图像、实际观察结果以及土地利用图、城市交通旅游图等多要素分析法进行综合评估，得出热岛的形成和分布与如下因素有关：热岛形成与分布主要与下垫面介质有关；天气、气候等气象因子、城市水体和城市人为热源对热岛效应有一定影响；植被蒸腾作用对城市热岛的降温效应非常明显。另外城市建筑密度和高度也影响城市热岛的分布。

建立热红外图像解译标志

热红外图像成像波谱范围10.5～12.5μm，它记录地物发射热红外线的强度。地物本身具有热辐射特性，各种地物热辐射强度不同，热容量不同，在白天和夜间热红外图像上具有不同的色调和形状，如河流和湖泊、道路和建筑物、树林与草地、土壤，根据它们不同的热红外图像色调和形状，可以建立热红外图象解译标志，识别不同的地物。但由于各种因素的影响，自然地物在热红外图像上色调特征有一定变化，因此具体问题要具体分析。例如，由于连续的阴雨天，使得地物之间温差大大减小，不同地物的差异难以在热红外影像上反映出来。

长株潭城市热场特征分析

遥感探测到的是城市下垫面地物的辐射温度表现为9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。根据地面实测温度（Y）和9波段灰度等值线图相对应点的灰度值（x），建立长株潭城市群温度场数学方程（1）和（2），方程（1）表达了2000年5月14日地面温度与灰度对应关系，方程（2）表达了2000年2月26日地面温度与灰度对应关系。

Y=10.8+0.1666X （1）

Y=—23.55+0.2X （2）

2000年5月14日9波段灰度范围在91～146，计算最高最低温差达9.16℃，2000年2月26日9波段灰度范围为125～146，计算最大温差达l4.2℃，这因为冬天平均温度低，而大工厂附近温度较高造成的。从9波段灰度等值线图上可推测长株潭城市群热场高低的分布情况，线条颜色由蓝一黄一红代表温度越来越高。为了说明方便，2000年5月14日代表夏季，2000年2月26日代表冬季。

长沙市夏季温度受城市气候影响，城市热岛效应明显，城区内等温线比较稀疏，温度水平梯度小，城区边缘气温水平梯度大，等温线密集，闭合等温线分布和走向大致与长沙市城区轮廓平行，但城区内也可分为三个带，西部带、中部带和东部带。

西部带为低热场，这主要是受岳麓山绿地和众多湖泊的影响，但其中北部工业区为局部高热场，如长沙纺织厂、长沙锌厂等。湘江东岸为高热场，是人口密集区和商业繁华地区。烈士公园至南郊公园一线分布有湖南省委、湖南省政府、天心公园、贺龙体育场等单位，因其建筑密度低、绿化程度较高，为相对低温度带。这条低温带将湘江东岸的长沙市区分为两部份，即中部带和东部带。其中中部带以中山路、南门口和开福寺之间范围温度较高，建湘瓷厂地区温度最高；东部带热场分布较分散，但长沙市温度场最高区在其中，即曙光电子集团厂区附近，根据（1）式推断为34.29℃。

长沙市城区冬季温度较低，热岛效应不明显，冷热不均，气温水平梯度大，等温线密集，温度差别较大。在烈士公园、岳麓山，湘江附近为低温带；在局部地区形成高热场，如人民路的曙光电子集团和长沙毛纺织厂，另外在高桥大市场由于建筑密度高，绿化程度低，在城区东部出现局部高热场。

从长株潭三市热场特征可看出：一是夏季三市由于热岛效应的影响，城市热场的平面展布与建成区轮廓基本一致；冬季热岛效应不明显，说明城市热岛强度有明显的季节变化。二是老城区与工业区温度较高，形成高温区，如长沙市黄兴路周围的老城区、湘潭钢铁厂；新建成区则由于规划布局合理、建筑容积率低、绿化程度高呈现低温区；三是绿地和水体在等值线图上呈现为明显的低温区，例如贯穿三市的湘江，长沙市的烈士公园和岳麓山公园，株洲的株洲市渔场、神龙公园等，表明绿地和水体对城市的温度起着重要的调节作用。

长株潭城市群热岛效应综合分析

城市热岛是一种城市气温高于郊区的现象，夏季城市热岛加强了长株潭城市高温的酷热程度，使居民感到不适，严重时会引起中暑等疾病；空调降温既消耗能源，又污染环境，影响长株潭城市生态环境质量，因此削减夏季城市热岛强度是防御夏季高温灾害、减轻城市热岛和保护长株潭城市生态环境的一项重要措施。

根据城市能量平衡方程Qu+QF=QH+QE+QG+QA+QP，要削减城市热岛效应，关键是使方程式左边的能量收入减少，右边的能量支出增多。

削减人为热（QF）的排放。措施是控制人口增长，减少城市工厂煤、石油等燃料的消耗量（如长沙曙光电子集团、长沙毛纺织厂、长沙纺织厂和长沙锌厂等），提高利用效率和开发新能源。对于株洲市和湘潭市两个以重工业为主的城市，更要加强热量排放的控制，特别要对排热大户的株洲冶炼厂和湘潭钢铁厂予以监控；因为热量排放高的，空气污染程度也较高。由于大气污染，天空能见度较低，将会使大气逆辐射增加，使城市热岛效应更加明显。

削减城市净辐射量（Qu）。措施是增大城市反射率，例如合理规划城市建筑物的高度和密度，增大建筑高度（H）与街道宽度（W）之比，多用浅色涂料粉刷建筑物，扩大天空视度，增大地面长波射出辐射。

增加城市下垫面与空气间潜热交换（QE）、城市植物光合作用富集能量（QP）。措施是增加城区水域面积和喷水、洒水设施。提高城市绿地覆盖率。因为植被不仅能遮阳，吸收转化太阳辐射能，而且可蒸腾降温和消耗二氧化碳，减低温室效应，使城市下垫面与空气间显热交换（QH）减少。另外在步行街、人行道、停车场等处多铺设石板路、植草砖路等城市生态型道路，因其缝隙中的草、土壤和水分能起到降低地面温度的作用。例如，长沙市公共绿地主要有岳簏山公园、烈士公园、南郊公园、望月公园等，其中以前三者较大，呈“品”字型分布；其他如居住区绿地、单位附属绿地、防护绿地等则均匀分布在市区，这些地区地表温度明显较低，气温差别3～5，最大可差10左右。

长株潭城市在过去的几年里生态环境有了很大的改善。2006年，长沙成为继贵阳、沈阳之后的第三个国家森林城市。2007年长沙市城乡绿化指标达到或超过了国家森林城市的标准。2007年数字显示长沙市森林覆盖率为53.6%，城市建成区绿化覆盖率42.41%，绿地率37。8%，人均公共绿地面积9.42平方米，基本达到《长株潭经济一体化“十一五”规划》要求的人均公共绿地面积达到9平方米，区域森林覆盖率达到并稳定在55%以上。

根据《长株潭城市群（核心区）生态建设规划（2006～2020）》，在长株潭城市群中大量增加绿化面积，特别是株洲、湘潭重工业城市，并尽量做到公共绿地在城市中均匀分布，点（区级、居住区级公园）、线（城市主要交通干线、铁路两侧及城区内江河两岸）、面（市级综合性公园、主题公园）相结合，以面为主，点线穿插；以小为主，中小结合，植树与植草相结合，联成完整的园林绿地系统，以减低城市热岛效应的影响。按规划准备建设长株潭三市的沿江（湘江）风光带，这将使长株潭三市公共绿地增加许多，并使城市公共绿地连成一个整体，形成较完善的长株潭城市绿地系统。这将大大改善城市小气候，有利于建设环境宜居、城乡统筹的新型城市，使长株潭地区人居环境变的更加舒适。