城市熱島的遙感監測方法及應用

唐歡

摘??要：隨著我國經濟的不斷發展，城市中的人口也在逐漸的增加，各種高新產業的發源地也基本上落座于城市的中心地帶，這就導致在城市當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，地形等發生了明顯的變化，從而形成了城市熱島的氣候現象。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測方法和應用進行具體分析，期望能為緩解城市熱島效應做出一定的貢獻。

關鍵詞：城市熱島;遙感監測;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的觀測數據，對城市中具體站點進行時序觀測或對多個城鄉站點進行對比觀測，分析城鄉的地表溫度差異;二是利用衛星遙感獲取的地表熱場分布數據對比分析城鄉的地表溫度差異。早期城市熱島研究主要運用站點的觀測數據，但由于觀測站點的分布較為稀疏，有一定的局限性，影響了對于城市熱場空間分布特征的客觀分析。因此，現在依賴傳統定點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、時間同步性好的特點，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?基于溫度的監測方法

1.1?基于地表溫度的監測方法

城市熱島效應與下墊面性質結構關系密切，但由于下墊面的復雜性以及實時探空數據獲取的不易，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、地表比輻射率等求取地表溫度。通過研究數據表明，市區是城市高溫的中心，建筑物密集地、郊區人類活動頻繁地帶的溫度也較高，農村用地和荒地也出現了明顯的局部熱中心?；贚andsat?TM/ETM+影像的數據，通過反演地表溫度計算城市熱島強度，研究城市熱島季節特征，結果顯示城市熱島季節變化特征明顯，與總云量季節變化關系顯著。夏季出現最大熱島強度，空間分布特征表現為片狀發散與零星熱島并存;冬季表現為冷島特征，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?基于地面亮溫的監測方法

地面亮溫是傳感器在衛星高度上能夠觀測到的熱輻射強度，也稱地表輻射溫度。在城市區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研究區的大氣條件接近理想，水汽狀況近似一致，可以忽略大氣對輻射亮溫的影響。利用Landsat7?ETM+遙感數據，利用亮溫代替實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，結果顯示研究區熱島效應明顯，熱場分布有明顯的規律性。雖然利用地面亮溫數據進行城市熱島研究的成果較多，但地面亮溫并不是地表真實溫度，實際上兩者相差很大，用地面亮溫研究城市熱島效應，只能相對表達熱島的分布狀況，其結果并不是對城市熱島強度的真實反映，所以基于地面亮溫的監測方法存在一定的局限性。

2?基于植被指數的監測方法

植被指數是表征地表植被信息的重要指標，作為反映城市綠地覆蓋狀況的最重要信息源，廣泛應用于對植被覆蓋及其活力的評價。其中，NDVI反映對植被比較敏感的近紅外和可見光波段反射光譜的信息，較多地應用于植被分布狀況研究中?；谥脖恢笖档某鞘袩釐u變化研究表明，城市夏季郊區NDVI的增加對郊區地表溫度的調節作用非常顯著。在另一南方城市熱島效應與植被關系的研究中，基于遙感數據對不同下墊面結構的亮溫和NDVI進行線性回歸比對分析，研究表明植被與下墊面溫度的負相關程度夏季較春季高，夏季植被對溫度的影響更明顯，即夏季植被對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與植被覆蓋關系研究表明，研究區溫度的分布（中心高、邊緣低）與植被覆蓋程度（中心低、邊緣高）相反。

3?基于熱力景觀的監測方法

景觀生態學的興起與發展，使基于熱力景觀的監測方法成為城市熱島研究的新方法。這種方法應用GIS和遙感技術，從景觀生態學角度研究城市熱島，建構城市熱島空間格局與評價體系。借鑒景觀生態學的方法計算景觀指數，利用Landsat?ETM+影像數據反演地表溫度，使用景觀格局指數分析廈門城市熱島的季節變化特征。其所選取的景觀指數包括類型面積、斑塊數量、平均斑塊面積、最大斑塊指數、平均鄰近指數、面積加權形狀指數、連通性指數、聚合度。這些指數從數量特征、形態特征、結構特征三個方面表征沿海城市熱島空間格局特征及季節變化，研究表明：沿海城市熱島在夏季最強，春秋次之，冬季最弱。相關研究表明，基于熱力景觀的監測方法能夠比較快捷地獲得空間范圍內的地溫、土地利用類型和植被指數等，但是其在時間連續性上還存在局限性。

4?結語

遙感技術的優勢使其成為監測城市熱島效應不可或缺的重要手段，但目前利用遙感技術監測城市熱島比較側重熱島范圍與強度的監測，而對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對此加強研究。

參考文獻

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