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基于多源遥感数据的城市热岛研究

历华  
【摘要】: 近年来,人们对城市环境的关注使城市热岛研究得到越来越多地重视,如何定量监测、分析和评价城市热岛效应,已成为当前城市气候与环境研究重要的研究内容之一,也是全球变化研究的重要方面。同时随着遥感技术的发展,城市热岛研究也成为定量遥感应用的重要领域。因此,开展城市热岛效应的遥感研究具有十分重要的理论与实践意义。本文利用多源遥感数据的优势,以长株潭地区为例,就地表温度反演方法、基于地表温度的区域和局地尺度城市热岛的应用研究进行了深入的研究,主要研究内容及结论如下: (1)基于多源遥感数据的地表温度反演方法研究 针对目前利用单通道热红外数据反演地表温度时大气参数的难以获取,提出利用多源遥感数据的优势来反演地表温度的方法。首先利用MODIS近红外数据在像元尺度上获取温度反演中所需的大气参数——大气水分含量,再利用同时相的Landsat TM/ETM+数据,采用普适性单通道算法反演地表温度。研究结果表明,多源遥感数据的综合应用是城市地表温度反演的有效途径与方法,可获得较合理的地表温度反演结果。这种方法的最大优点就是可以快速、精确获取地表温度反演中所需要的大气参数。 (2)区域尺度的长株潭城市热岛研究 基于多季相MODIS影像,采用分裂窗算法反演地表温度,对长株潭地区城市热岛空间分布与季相变化特征、影响因子进行定量研究。结果表明,长株潭地区春季和夏季存在明显的城市热岛效应,而冬季和秋季城市热岛并不明显;地表覆盖类型对城市热岛的影响十分明显,长株潭地区春、夏、秋季植被绿地状况与城市热岛呈现明显负相关分布,其中以夏季最为明显,夏季地表温度与NDVI的复相关系数R~2达到0.8193,即植被覆盖对城市地表温度的影响显著。因此,城市植被的分布与季节变化影响着城市热岛的强度与时空分布,揭示出植被绿地对降低城市热岛效应具有重要的作用,大范围的绿地建设能有效降低城市热岛效应。 (3)局地尺度的长沙市城市热岛研究 基于多时相Landsat TM/ETM+影像,采用单通道算法反演长沙市地表亮温;利用NDVI(归一化植被指数),MNDWI(改进的归一化水体指数),NDBI(归一化建筑指数)和NDBaI(归一化裸土指数)4个指数,采用决策树分类方法,对长沙市土地利用/覆盖进行的分类。在此基础上,对长沙市城市热岛的空间分布特征、时空演变特征以及城市热岛与土地利用/覆盖变化和各种影响因子之间的关系进行定量研究。结果表明,随着长沙市城区范围的不断扩张,城市热岛范围也不断增大,土地利用/覆盖类型的变化会改变地表温度的空间分布,城市用地和裸地对地表温度的贡献最大,是城市热岛强度的主要贡献因素,而水体和林地具有较好的降温作用。地表温度与4种指数的回归分析表明地表温度与这些指数之间有很明显的相关性,不同土地利用/覆盖类型的地表温度存在较大差异。


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