王艷偉 施 冬* 戚鵬程

（長(zhǎng)江大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢430100）

1 概述

地表溫度（Land Surface Temperature，LST）作為地球系統(tǒng)的熱狀況與地表能量平衡的重要因素，對(duì)生態(tài)環(huán)境、人類(lèi)活動(dòng)等研究有重要意義。在遙感地學(xué)分析中，用遙感技術(shù)反演出地表溫度越來(lái)越重要。城市的大型水體與氣象數(shù)據(jù)的變動(dòng)有關(guān)，影響著周邊的氣溫[1]。通過(guò)研究城市大型水體與周邊陸地溫度的差異，觀察水體對(duì)周邊氣候的影響，進(jìn)而探索該區(qū)域由水體所主導(dǎo)的小氣候特點(diǎn)的形成與維持機(jī)制，因?yàn)樾夂蛩绊懙姆秶侨藗兩a(chǎn)和生活的空間，并且小氣候的規(guī)律比較穩(wěn)定，研究小氣候有很大的意義，從而改善城市的生態(tài)環(huán)境，為城市規(guī)劃提供理論依據(jù)。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本論文所用的資料來(lái)源為2009 年6 月25 日Landsat5 TM影像，WRS 軌道號(hào)為124，行號(hào)為037，來(lái)自USGS EROS Data Center（美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地球資源觀測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心）。

2.2 地表溫度的反演

Landsat5 TM影像是熱紅外單波段數(shù)據(jù)，主要的地表溫度反演方法有：普適性單通道算法、單窗算法等，通過(guò)實(shí)測(cè)驗(yàn)證表明，用覃志豪等推導(dǎo)的單窗算法反演地表溫度具有較高的精度[2]，在大氣平均作用溫度、大氣透射率和地表比輻射率會(huì)有一定程度的誤差的基礎(chǔ)上，用單窗算法反演出的溫度誤差約為1.2K[3]。所以本論文采用該算法反演研究區(qū)的LST。

首先把原始數(shù)據(jù)中第6 波段圖像亮度值換算為大氣層頂進(jìn)入傳感器的輻射亮度L6（W/（m2.sr. m））

式（1）中，DN 為T(mén)M6 波段的圖像亮度值；Gain 和Bais 的值是常數(shù)

按下式求算亮度溫度T6（K）[4]

利用下式求地表溫度Ts（K）[2]

式（3）中Ta 為大氣平均作用溫度，用地面附近氣溫的線(xiàn)性函數(shù)近似[5]

式（4）中T0為地面附近氣溫，（K）

式（3）中的C 和D 為中間參數(shù)：

式（5）和式（6）中，τ6為大氣透射率；ε6為地表比輻射率

可由式（7）、（8）計(jì)算[5]：

式（7）中w 為大氣總水分含量（g/m2）可據(jù)近地面水汽壓來(lái)推算，公式和參考見(jiàn)文獻(xiàn)[6]。式（8）中εv 是植被比輻射率，取值0.986；εs 是裸土比輻射率，取值0.970；Pv 為植被覆蓋度，可據(jù)NDVI[3]推算。研究區(qū)南陽(yáng)市區(qū)內(nèi)有大面積的水體，水體的比輻射率如果按公式計(jì)算值會(huì)較低，因此需要將水體和陸地分開(kāi)計(jì)算，其中水體的比輻射率較高接近黑體，取經(jīng)驗(yàn)值0.995。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 水體的溫度低于周邊陸地的溫度

與其他有熱紅外波段的衛(wèi)星數(shù)據(jù)比較，LandsatTM 的第六波段的空間分辨率較高，再加上ArcGIS 全面準(zhǔn)確的空間數(shù)據(jù)處理分析的技術(shù)，因此能夠比較精確地反演出地表溫度。從圖1反演出的地表溫度圖可以看出，白河水體的溫度低于周邊陸地的溫度。

圖1 研究區(qū)地表溫度

3.2 水體可以降低周邊陸地的溫度

為了進(jìn)一步研究水體與周邊陸地溫度的關(guān)系，對(duì)研究區(qū)水體分別作了200 米、1 公里距離的緩沖區(qū)，從而比較水體與周邊不同距離陸地的溫度關(guān)系。直方圖的橫坐標(biāo)是溫度（單位攝氏度），縱坐標(biāo)表示頻率，其中A 是緩沖200 米的周邊陸地的溫度直方圖；B 是緩沖1 公里周邊陸地的溫度直方圖；結(jié)果表明，水體和陸地土壤的熱容量不同，夏季白天白河水體溫度低，越靠近水體的周邊陸地溫度相對(duì)降低，由此得出水體可以降低周邊陸地的溫度。

圖2 水體的周邊不同距離陸地的溫度對(duì)比圖

即白河水體可以降低南陽(yáng)市區(qū)的溫度，即白河的存在一定程度上緩解了南陽(yáng)城市的熱島效應(yīng)，這給有熱島效應(yīng)的城市提供了很好的解決思路。

4 結(jié)論

隨著南陽(yáng)城市的不斷發(fā)展，已經(jīng)建成了四座橡膠壩，由此白河的水面不斷擴(kuò)大，白河水體提高了人們生活的舒適度，在南陽(yáng)城市規(guī)劃中占據(jù)著重大的部分。研究表明南陽(yáng)市區(qū)白河水體的溫度低于周邊陸地的溫度，且可以降低周邊陸地的溫度，改善了南陽(yáng)中心城區(qū)的環(huán)境，有利于緩解南陽(yáng)城市的熱島效應(yīng)。