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遥感探测技术在山区城市热环境中的应用研究

刘鑫  
【摘要】:城市是人类系统、自然系统交互的复杂生态系统,人类与城市交换能量的同时产生无效能量,形成了城市热环境。随着城市化进程加快,下垫面类型发生变化,影响城市地-气能量平衡,从而衍生了大量热环境问题,热岛效应成为近年来城市发展的环境阻碍,很大程度上影响到区域气候。 目前对具有独特气候、地理特征的西南山区城市热环境研究相对薄弱。研究中选取了昆明主城区作为探测对象区域,以Landsat-5 TM影像作为反演数据,在遥感数据处理技术平台的支持下,选取地表温度作为反映热环境的重要指示因子,综合应用遥感技术实现了区域地表温度反演及热环境分析,揭示了地处低纬高原西南山区城市的热环境特征。在论文研究过程中,主要根据热辐射传输方程,基于单窗算法思路,结合山区城市实况,完成了地表比辐射率的确定、大气参数反演;建立了适合山区城市的地表温度反演模型。通过分析模型中反演参数的敏感性,验证了模型精度,该模型可以较准确反演出研究区地表温度。另外,考虑到尽管TM数据只有一个热红外波段提供了热信息,但其他波段数据因含有丰富的地物波谱信息,因此研究过程中还充分利用相关信息辅助热环境的反演。具体包括将其用于确定地表比辐射率时提取出研究区下垫面地表覆盖状况。卫星数据尺度决定了影像中存在大量混合像元,在此基础上将下垫面地表覆盖分为不透水面、植被覆盖及水体三类,该处理结果不但有利于辅助温度反演,同时也为研究区进一步热环境分析提供了重要基础数据。 根据热红外反演结果与下垫面信息处理结果,对研究区热环境的进一步分析研究工作包括了利用密度分割、剖面线法等分析了研究区城市热场空间格局,以热场变异指数评价了研究区热岛效应,得到了热岛效应强度分布情况。通过将归一化植被指数、归一化建筑指数、改进后的归一化水体指数与反演所得地表温度进行回归分析,结果发现除水体外,归一化植被指数与地表温度呈显著负相关,水体的归一化植被指数与地表温度正相关;归一化建筑指数与地表温度呈显著正相关;而改进后的归一化水体指数与地表温度呈显著负相关;初步得到三类城市下垫面对热环境的贡献;进而统计了不同热力区间内下垫面地表覆盖分布情况,并用缓冲区分析了典型区域地表温度变化情况。在下垫面地表覆盖面积比例与地表温度之间建立关联,进而得出城市下垫面布局对热环境的贡献。 针对研究案例得到结论为:研究区存在显著的热岛效应;由于研究区内植被覆盖面积大,均温得到控制,但地物间温度差异很大。城市中以不透水面为主的建设用地是局部温度升高的主要因素;水体和不同植被覆盖的绿地有降温作用,且水体降温作用大于绿地;合理布局城市下垫面可以有效降低热岛效应。 最后,基于研究成果,评价了研究区热环境现状,提出了改善热环境的建议。


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