基于遙感的資興市“熱島”分布調查與分析

王曉瑩 李應真 呂冰潔

摘 要：以資興市為例，對城市熱島形成和影響因素進行分析，得出城市下墊面、城市大氣污染、人工熱源、自然下墊面減少4個因素是其主要原因，重點分析了城市綠化對城市熱島的影響。

關鍵詞：城市熱島；遙感；分析

0 引言

城市熱島（Urban Thermal Island）是城市氣候中的一個顯著特征，其成因在于人類對原有自然下墊面的人為改造。以沙石、混凝土、磚瓦、瀝青為主的建筑所構成的城市工廠林立、人口擁擠、交通繁忙等，人為熱的釋放量大大增加，加上通風條件較差，熱量擴散慢，造成城市氣溫高于四周郊區氣溫。這種現象稱為“城市熱島效應”，有時也簡稱為城市熱島。隨著資興市經濟和社會的發展，城市人口不斷增加，城市規模也迅速擴展，城市熱島效應比較突出。

城市熱島效應雖然以城區溫度明顯增高為主要標志，但城市熱島這一現象的產生實際上表明自然環境的人為改變。它的出現往往同時伴隨有植被覆蓋空洞、城市干島（濕度小于郊區）、城市霾島（城區廢氣、尾氣形成的煙霧所籠罩），甚至由于近年流行玻璃幕墻建筑材料，城市也出現污染現象。因此，利用衛星多通道遙感資料進行綜合調查，有利于對城市熱島產生的環境影響有一個較全面的認識。

1 遙感信息源與數據處理

1.1 城市“熱島”分布調查遙感信息源

資興市城市“熱島”分布遙感調查采用的遙感信息源為美國Landsat-5號衛星2006年底的TM6數據。

1.2 城市“熱島”分布調查遙感信息源處理

本次調查所用遙感數據處理軟件仍然為ENVI，遙感數據為TM數據中的第6波段，其波長為10400—12500nm（熱紅外），其空間分辨率為120m。TM6最適于用來解譯中小比例尺的熱場分布及熱量資源。

TM6接收的是與地表溫度的高低相對應的強度不等的熱紅外輻射。因此通過TM6所接收到的地面各處熱輻射值大小可以反映出地表溫度的相對高低。通過研究表明，TM6的數據（探測到的地表物體的熱紅外輻射值）可還原成輻射亮度，再換算成輻射亮度溫度，進而通過進行大氣訂正求出地表真實溫度，并與常規氣象資料結合，最后分析出反映氣候資源分布以及月、季、年熱量資源變化。

2 資興市“熱島”分布調查與分析

2.1 資興市“熱島”空間分布概況

資興市城區遙感熱紅外數據從182到195。據經驗，遙感熱紅外數據，一個亮度值代表地面0.2℃的溫差，圖像內DN數據值共相差7個亮度值，說明資興市城區最熱的地方與城區周圍最涼快的地方相差2℃左右，城市熱島效應相對較明顯。

資興市城區熱島效應分布影像圖表明，資興市城區整體溫度偏高，呈現高溫區。城區內溫度水平梯度較大，城區邊緣氣溫水平梯度較小。資興市城區是一個由眾多熱島組成的大熱島，但強熱島（影像中紅色區域）和二級熱島（影像中橙色區域）占整個城區面積的比例比較低。中心城區綠化狀態好，普遍呈現中溫；秀流公園及城市里風景林地周圍都呈現低溫區；其他人口密集或綠化較低的區呈現小范圍二級高溫。資興市熱島主要分布在鯉魚江區和東江區，如圖1、圖2。這兩個老城區，工礦企業比較多，也是交通集中地段，而且以前綠化重視不夠。鯉魚江區，鐵路沿線周邊、湖南華潤電力鯉魚江公司和東江金磊水泥廠，他們都有不同程度的強熱島區域；以及鯉魚江商業區和人口密集老居民區地帶也呈現強熱島區。東江區，紅熱島區主要分布在青島啤酒廠和郴豐鞋業公司周邊，其中地處交通密集地段的明珠廣場及周邊老居民區也體現強熱島現象。

2.2 城市熱島形成和影響因素分析

2.2.1 城市下墊面（大氣底部與地表的接觸面）特性的影響

城市內大量人工構筑物如鋪裝地面、各種建筑墻面等，改變了下墊面的熱屬性。這些人工構筑物吸熱快而熱容量小，在相同的太陽輻射條件下，它們比自然下墊面（綠地、水面等）升溫快，因而其表面的溫度明顯高于自然下墊面。比如夏天里，草坪溫度32℃、樹冠溫度30℃的時候，水泥地面的溫度可以達到57℃，柏油馬路的溫度更高達63℃。這些高溫物體形成巨大的熱源，烘烤著周圍的大氣和我們的生活環境，形成熱島。

2.2.2 城市大氣污染

城市中的機動車輛、工業生產以及大量的人群活動，產生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉塵等。這些物質可以大量地吸收環境中熱輻射的能量，產生眾所周知的溫室效應，引起大氣的進一步升溫。

2.2.3 人工熱源的影響

工廠、機動車、居民生活等，燃燒各種燃料、消耗大量能源，無數個火爐在燃燒，都在排放熱量。

2.2.4 城市里的自然下墊面減少

城市的建筑、廣場、道路等大量增加，綠地、水體等自然因素相應減少，放熱的多了，吸熱的少了，緩解熱島效應的能力就被削弱了。

2.3 城市綠化對城市熱島的影響

2.3.1 城市綠地對下墊面熱特性的影響

不同性質的下墊面，具有不同的熱屬性，因此升、降溫的速率也各不相同。柏油馬路、水泥路面等鋪裝地面升溫速率大（分別為4.9℃和4.0℃，綠地類下墊面的升溫速率最低為0.9℃和0.7℃；且柏油、水泥的升溫速率高于降溫速率，熱量容易積累，綠地的降溫速率低于升溫速率，熱量容易擴散。可見，綠地下墊面緩解熱島的作用最好，瀝青、水泥等其他下墊面則不僅不利于熱島效應的削減，而且是增強熱島效應的重要因素。這在資興市熱島分布圖上體現明顯。高強度熱島基本上分布于綠地分布稀少且又有人工熱源的地區，例如東江金磊水泥的廠區中綠化稀疏地區，以及城區邊緣在建工地和建筑物密集且綠化較差的地區。

2.3.2 熱島強度與城市綠化覆蓋率的關系

研究表明，綠化覆蓋率與熱島強度成反比，綠化覆蓋率越高，則熱島強度越低。當覆蓋率達到大于30%后，綠地對熱島有較明顯的削弱作用；覆蓋率大于50%，綠地對熱島的削減作用極其明顯，且達到在其中生活舒適度令人滿意的程度；綠化覆蓋率高達70%以上，整個地域呈現綠色、淡藍色，消除了熱島現象。沿江風光帶和文化廣場綠化覆蓋率在50%以上，綠化狀況較好，由于綠地對熱島有明顯的削弱作用，區域內無大范圍的熱島。而城區東江金磊水泥廠、郴豐鞋業公司等單位，以及城區外的圍沙庫等地方，綠化植物少，熱量集聚，形成高強熱島區。

2.3.3 城市大范圍綠地對熱島強度的輻射削減作用

綠化覆蓋率達到一定程度后，綠地因蒸騰作用散失的熱量高于所得到的太陽輻射能，溫度降低，空氣冷卻收縮下沉，地面氣壓升高，氣流從綠地吹向非綠地，形成局部環流，在地面導致綠地的“可透性現象”，客觀上起到了降低周圍環境氣溫的作用。研究表明，規模大于3公頃而且綠化覆蓋率達到60%以上的集中綠地，其內部的熱輻射強度有明顯的降低（熱輻射強度為四級），基本上與郊區的熱輻射強度相當，即可以形成城市中心綠地為中心的低溫區域。 資興市城區內金磊水泥廠生活區和小游園的大片綠地，緩解了城市熱島效應；秀流公園以及其周邊的大片綠地，使得該區域內無城市熱島出現。

2.3.4 綠化結構對單位面積綠地削減熱島作用的影響

喬灌草復層種植結構的綠地降溫效果最好，其次為喬草型和灌草型綠地，草坪型綠地最低。資興市華潤電力鯉魚江公司，其廠區綠化較好，也較美觀，但其綠化植物結構全部為草坪，所以降溫效果不好，圖像上呈現部分強熱島區，部分二級熱島區。

3 結語

城市熱島效應危害很大。熱島現象可加劇大氣污染，同時，可能造成一些地質災害。另外，酷熱的天氣給人們生活造成嚴重的影響。通過對城市熱島形成和影響因素分析，認為城市綠化、水面和城市風是削減城市熱島效應的有效因素。通過增加城市綠地，改善城市下墊面的熱特性，是消減城市熱島效應有效和切實可行的途徑。

參考文獻

[1]楊英寶，蘇偉忠，江南.基?于?遙?感?的?城?市?熱?島?效?應?研?究[J].地理與地理信息科學，2006（5）.

[2]白楊，王曉云，姜海梅等.城市熱島效應研究進展[J].氣象與環境學報，2013（2）.

[3]丁路， 王勇.淺述城市熱島效應的形成原因及其對策[J].制冷與空調（四川） ，2013（6）.

[4]吳凡，景元書.基于Landsat TM/ETM+數據的南昌城市熱島效應研究[J].南京信息工程大學學報（自然科學版） ，2013（4）.