熱紅外遙感技術在城市熱島效應中的應用研究

韋　偉

摘要:現代遙感技術可以快速、實時、動態、周期的獲取海量數據,利用熱紅外遙感技術,輔以GIS空間分析技術,可以獲得城市熱島強度的大小、空間分布及變化趨勢。文章分析了城市熱島效應的形成及防治辦法,對遙感技術在城市熱島監測中的應用進行了研究。

關鍵詞:熱紅外遙感技術;熱島效應;形成;監測

中圖分類號:TP79文獻標識碼:A文章編號:1006-8937(2009)10-0064-01

城市熱島效應又稱“大氣熱污染現象”,是城市化的發展導致城市區域氣溫要明顯高于周圍郊區的現象。在氣象學近地面等溫線圖上,郊區的氣溫變化范圍很小,如同平靜的海水面,而城區則是一個明顯的高溫區,如同海面上突出的島嶼,故形象的稱之為“熱島效應“。一般情況下,城市熱島中心區域的氣溫比周圍郊區高1℃左右,最高可達6℃以上。熱島效應加劇了夏季高溫的酷熱程度,形成高溫熱浪,局部城郊環流會導致大氣污染物滯留,嚴重影響城市生態環境質量和人類生存環境。

隨著經濟和社會的快速發展,城市人口數量的不斷增加,城市的規模迅速擴大,城市熱島效應現象日益突顯。隨著遙感技術的發展,采用熱紅外遙感對城市進行地面熱狀況調查,有利于較全面的研究熱島的成因、分布特點,提出相應的治理措施,達到保護城市生態環境,為城市園林規劃提供基礎數據的目的。

1熱島效應形成

熱島的形成與城市化的發展密不可分。首先,城市內大量的人工建筑物使得下墊面的熱性質發生改變,人工構筑物的反射率小、吸熱快、熱容量小,在相同的太陽輻射條件下,它比自然下墊面(如綠地、水面等)升溫快,表面溫度要明顯高于自然下墊面。其次,城市中大量的機動車輛等耗能裝置、工業生產、居民生活會排放大量的熱能量,導致城市氣溫升高。再次,城市大氣污染物種類復雜、數量大 。工業生產、機動車輛以及居民生活均會排放大量氮氧化物、二氧化碳、粉塵等可以吸收大量輻射能量的溫室效應物質,從而加劇熱島效應。

2熱島效應的監測

目前,常用于熱紅外衛星遙感信息源主要有陸地衛星TM/ETM+第6通道(10.4~12.5mic)數據以及NOAA氣象衛星AVHRR第4通道(10.5~11.3mic)、第5通道(11.5~12.5mic),雖然TM6波段的溫度分辨率(NRTD)較NOAA低,但其地面分辨率為120m,遠高于NOAA,更適宜分析研究城市熱環境的細部特征,有利于研究熱島的空間分布。

熱紅外遙感所探測到的是地面目標的熱輻射能量,并與地面溫度、強度相對應,其地理信息相對較弱,可與高分辨率全色波段數據進行校正、匹配、融合,并與Quick Bird數據進行校正達到地理信息的一致性。通過對地表熱輻射的觀測,可推測地面溫度狀況,從而掌握地表的熱儲存狀況,獲得下墊面熱島分布狀況,也就間接的反映了城市氣溫熱島的分布情況。

分析過程中以相對亮溫來表示熱島強度,并將此無量綱因子應用于比較同一城市同一季節的不同區域熱島強度差異、同一區域不同時期中的熱島強度的發展情況采用密度分割法對城市熱島分布狀況進行模擬,并根據反演值的大小進行分區段設色,不同的顏色表示不同的溫度分區,尤其以同一色別不同明度更能表示數量上的差異。密度分割圖與地理地圖進行疊加,借助GIS空間分析等輔助工具,對熱島成因及分布進行定性分析,提出緩解熱島效應的有效措施,并提供決策依據。

3熱島效應的防治

緩解熱島效應是一項長期的、綜合性的系統工程,需要相關部門的密切配合。在現有社會條件下,應考慮控制空調的使用、改善市區道路的保水性能、淡化建筑物、提高能源的利用率等。加強城市規劃,選擇合理的城市結構模式,樹立城市生態學觀念,尤其增加植被面積,選擇高效美觀的綠化形式,通過植物吸收熱量來改善城市局部氣候,以“綠島”拯救“熱島”,并與河湖凈化、空氣質量監測等生態建設活動配合進行。

4結 語

熱紅外遙感能夠通過獲取城市地表熱輻射狀況,捕捉城市下墊面熱島強度的大小和空間分布,進而推測出城市氣溫熱島強度的大小和空間分布。遙感技術能夠全面有效地探測下墊面溫度特征,能快速、實時、周期、動態地監測城市熱環境空間分布和變化趨勢,并為熱島成因分析和治理辦法提供依據,是研究城市熱島效應的有效手段之一。目前,國內很多城市都已建立城市熱島監測體系,進行城市熱島的監測與分析。

參考文獻:

[1] 賈海峰,劉雪華.環境遙感原理與應用[M].北京:清華大學出版社,2006.