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        城市熱島的遙感監(jiān)測方法及應(yīng)用

        2020-08-13 09:47:32唐歡
        關(guān)鍵詞:方法研究

        唐歡

        摘??要:隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展,城市中的人口也在逐漸的增加,各種高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地也基本上落座于城市的中心地帶,這就導(dǎo)致在城市當(dāng)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(fā)生了明顯的變化,從而形成了城市熱島的氣候現(xiàn)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(jiān)測方法和應(yīng)用進行具體分析,期望能為緩解城市熱島效應(yīng)做出一定的貢獻。

        關(guān)鍵詞:城市熱島;遙感監(jiān)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(shù)據(jù),對城市中具體站點進行時序觀測或?qū)Χ鄠€城鄉(xiāng)站點進行對比觀測,分析城鄉(xiāng)的地表溫度差異;二是利用衛(wèi)星遙感獲取的地表熱場分布數(shù)據(jù)對比分析城鄉(xiāng)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(shù)據(jù),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(xiàn)在依賴傳統(tǒng)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(jiān)測方法

        1.1?基于地表溫度的監(jiān)測方法

        城市熱島效應(yīng)與下墊面性質(zhì)結(jié)構(gòu)關(guān)系密切,但由于下墊面的復(fù)雜性以及實時探空數(shù)據(jù)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(shù)、地表比輻射率等求取地表溫度。通過研究數(shù)據(jù)表明,市區(qū)是城市高溫的中心,建筑物密集地、郊區(qū)人類活動頻繁地帶的溫度也較高,農(nóng)村用地和荒地也出現(xiàn)了明顯的局部熱中心?;贚andsat?TM/ETM+影像的數(shù)據(jù),通過反演地表溫度計算城市熱島強度,研究城市熱島季節(jié)特征,結(jié)果顯示城市熱島季節(jié)變化特征明顯,與總云量季節(jié)變化關(guān)系顯著。夏季出現(xiàn)最大熱島強度,空間分布特征表現(xiàn)為片狀發(fā)散與零星熱島并存;冬季表現(xiàn)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(jiān)測方法

        地面亮溫是傳感器在衛(wèi)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(qū)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(shè)研究區(qū)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(shù)據(jù),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(yīng),結(jié)果顯示研究區(qū)熱島效應(yīng)明顯,熱場分布有明顯的規(guī)律性。雖然利用地面亮溫數(shù)據(jù)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(yīng),只能相對表達熱島的分布狀況,其結(jié)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(jiān)測方法存在一定的局限性。

        2?基于植被指數(shù)的監(jiān)測方法

        植被指數(shù)是表征地表植被信息的重要指標(biāo),作為反映城市綠地覆蓋狀況的最重要信息源,廣泛應(yīng)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(yīng)用于植被分布狀況研究中?;谥脖恢笖?shù)的城市熱島變化研究表明,城市夏季郊區(qū)NDVI的增加對郊區(qū)地表溫度的調(diào)節(jié)作用非常顯著。在另一南方城市熱島效應(yīng)與植被關(guān)系的研究中,基于遙感數(shù)據(jù)對不同下墊面結(jié)構(gòu)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(fù)相關(guān)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(yīng)與植被覆蓋關(guān)系研究表明,研究區(qū)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(jiān)測方法

        景觀生態(tài)學(xué)的興起與發(fā)展,使基于熱力景觀的監(jiān)測方法成為城市熱島研究的新方法。這種方法應(yīng)用GIS和遙感技術(shù),從景觀生態(tài)學(xué)角度研究城市熱島,建構(gòu)城市熱島空間格局與評價體系。借鑒景觀生態(tài)學(xué)的方法計算景觀指數(shù),利用Landsat?ETM+影像數(shù)據(jù)反演地表溫度,使用景觀格局指數(shù)分析廈門城市熱島的季節(jié)變化特征。其所選取的景觀指數(shù)包括類型面積、斑塊數(shù)量、平均斑塊面積、最大斑塊指數(shù)、平均鄰近指數(shù)、面積加權(quán)形狀指數(shù)、連通性指數(shù)、聚合度。這些指數(shù)從數(shù)量特征、形態(tài)特征、結(jié)構(gòu)特征三個方面表征沿海城市熱島空間格局特征及季節(jié)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(guān)研究表明,基于熱力景觀的監(jiān)測方法能夠比較快捷地獲得空間范圍內(nèi)的地溫、土地利用類型和植被指數(shù)等,但是其在時間連續(xù)性上還存在局限性。

        4?結(jié)語

        遙感技術(shù)的優(yōu)勢使其成為監(jiān)測城市熱島效應(yīng)不可或缺的重要手段,但目前利用遙感技術(shù)監(jiān)測城市熱島比較側(cè)重?zé)釐u范圍與強度的監(jiān)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(shù)對此加強研究。

        參考文獻

        [1] 張傲雙.基于遙感數(shù)據(jù)的呼和浩特市城市熱島效應(yīng)研究[D].內(nèi)蒙古師范大學(xué),2020.

        [2] 李彭,錢建平,魏雨涵.基于現(xiàn)代遙感技術(shù)的城市熱島效應(yīng)研究綜述[J].華北自然資源,2020(03):63-66.

        [3] 陳子琦,張艷紅,李葉,劉兆禮,王祥濤,孟海濤.基于遙感技術(shù)北方城市熱島效應(yīng)變化定量識別[J].吉林大學(xué)學(xué)報(信息科學(xué)版),2020,38(03):325-334.

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