基于混合光谱分解的兰州城市热岛与下垫面空间关系分析

利用Landsat ETM+数据,采用混合像元线性光谱分解方法提取的城市植被覆盖度与不透水面表征城市下垫面,通过单窗算法反演地表真实温度,对兰州市中心城区的夏季城市热岛强度与城市下垫面的空间分布关系进行相关分析。结果显示,利用中等分辨率ETM+影像对兰州中心城区不透水面和植被盖度分布提取,其成本较低,精度令人满意;兰州城区植被覆盖、不透水面与热岛强度的分布呈空间正自相关,地表温度的空间依赖性极强,与植被盖度和不透水面在空间方向上的相关性差异较大。     

加尔各答市地表温度与不透水面比例季相相关性研究

城市化的显著特征是自然地表不断被热容量大的不透水面取代,进而造成城市热岛效应和严重的城市生态问题。孟中印缅经济走廊是古代南方丝绸之路的重要路段和“一带一路”建设的重要战略通道,加尔各答市是孟中印缅经济走廊印度境内的重要节点城市,战略地位重要,对其城市化进程及与地表温度相关性研究对孟中印缅经济走廊印度段建设具有重要的借鉴意义。传统地表温度与不透水面的相关性研究主要以年为时间尺度,较少关注城市不同季相地表温度与不透水面的相关性及其差异。以热带季风气候的季相区分为依据,基于旱季、雨季和凉季3个季相的Landsat 8影像反演了加尔各答市地表温度和不透水面比例,定量研究两者的关系,探讨了地表温度与不透水面比例的季相相关性。结果表明：①研究区内,低温和高温空间分布相对比较集中,高温区域集中在建成区,而低温主要分布在茂密植被覆盖区和水体区域;②加尔各答市从旱季到雨季再到凉季热岛效应程度总体呈下降趋势,旱季时城市热岛效应最强,凉季时城市热岛效应最弱;③每个季相,地表温度与不透水面比例都呈正相关,地表温度随着不透水面比例增加均呈现先快速上升,后缓慢增加,最后急剧增加的趋势,其中旱季时地表温度增长最快,雨季时地表温度增长次之,凉季时地表温度增长最慢。加尔各答市热环境研究将对孟中印缅经济走廊印度段城市热环境背景及生态效应认知等方面产生积极意义。     

城市热岛效应地表通量空间分布研究

城市化进程的加快促使更多大中城市的产生以及城市面积的扩展,导致更加严重的城市热岛现象。为了更加深入理解城市热岛效应产生根源,以西安市城区为例采用美国陆地卫星遥感数据反演或估算地表温度、植被指数以及地表通量等变量,不仅采用传统的地表温度参数理解城市热岛现象,还着重分析城市建成区和郊区的地表通量空间分布格局及其与地表温度的关系。研究发现西安城市建成区与郊区之间热环境存在显著的差异,地表温度不仅与植被覆盖状况具有密切的关系,还与地表潜热通量和实际蒸散发变量存在显著的反相关关系。详细分析表明拥有众多工厂企业的西安市莲湖区热岛效应尤为显著,而位于市中心的新城区次之,具有较大面积郊区的灞桥区热岛效应并不明显。因此城市绿地不仅影响城市建成区的地表温度空间分布,还对地表通量以及实际蒸散发的空间格局产生重要的影响,在调节城市热岛效应方面具有重要的作用。
     

不同地表参数变化的上海市热岛效应时空分析

研究地表参数变化与热岛效应的关系对优化城市功能分区以及城市可持续发展具有重要意义。采用上海市2000、2005、2009年3个时期的Landsat ETM+卫星遥感影像,使用归一化不透水面指数(NDISI)、基于指数的植被指数(IVI)、归一化差异水体指数(MNDWI)分别从遥感影像中提取不透水面、植被和水体;然后从时间、空间角度并采用回归分析方法分析了上海市地表参数在这9 a中发生的变化及其对城市热环境造成的影响。结果表明:9 a中城市不透水面面积大幅增加,不透水面增加的代价是植被和水体大范围减少,形成了城市的热岛。上海市整体热岛强度是先增强后缓慢减弱的趋势,且热岛分布从集中型向分散型发展。     

基于遥感数据的城市地表温度与土地覆盖定量研究

利用Landsat TM数据,以徐州市为研究区,采用单窗算法反演地表温度,通过混合像元分解和V-I-S(植被—不透水面层—土壤)模型将土地覆盖类型分解为对城市热环境具有重要影响的植被、土壤、不透水面层3个分量,最后利用得到的3种地物比例、直接分类后的土地覆盖类型和地表温度对研究区城市热岛的空间分布特征、地表温度与土地覆盖类型以及各种影响因子之间的关系进行定量研究。研究成果能够有效地应用于城市人居环境研究和生态环境过程分析中。     

多源参数在晋江城市热岛分析中的差异性

城市热岛遥感监测分析中,不同参数与指标得到的热岛时空分布结果不同。针对过去研究仅利用遥感反演地表温度或亮度温度监测城市热岛现象,以福建省晋江市为研究区,选择2010年与2014年夏季Landsat数据,结合数字高程数据和气象站点实测数据,反演晋江市域内地表温度与近地表气温。在此基础上,利用多源参数计算多种城市热岛监测指标,并对比分析这些指标用于晋江城市热岛研究的差异性。结果表明:1)2014年较2010年的城市热岛范围扩大,区域内热岛比例显著上升,热岛斑块面积增多且热岛等级增强;2)相对于地表温度,近地表气温用于评价城市热岛空间分布更为合理;3)不同热岛监测指标作用不同,热岛强度、归一化热场强度可以在空间上直接表明热岛空间分布及强弱,热岛比例指数则在数值上反映了不同区域热岛现象的发生概率,热岛源汇指数结合地表热参数和土地覆盖类型,反映了土地利用变化对区域内热岛效应加剧或减缓的贡献程度。     

基于ASTER遥感的杭州城市热/冷岛的景观特征分析

以杭州市中心城区为研究对象,基于ASTER热红外遥感数据反演杭州市中心城区地表温度、提取热环境边界,结合Landsat8OLI数据进行土地利用分类来提取不透水面和植被信息。在此基础上主要进行以下两方面研究:通过均值—标准差法提取杭州市热岛和冷岛边界,对比分析热岛和冷岛区内的景观模式差异,识别对杭州市中心城区地表温度影响最大的地物;使用空间梯度分析法来定量揭示杭州市地表温度与植被、不透水面的关系,并分析杭州市地表温度的空间分布特征。结果表明:(1)热岛和冷岛区域内存在较大的景观模式差异,热岛区域内不透水面对温度变化影响最大,而冷岛区域内植被对杭州市中心城区地表温度影响最为明显,且降温效果大于水体;(2)随着与市中心距离的增加,地表温度平均值与不透水面密度趋势线走向基本一致(正相关),与植被密度趋势线走向大致相反(负相关),且不透水面对地表温度的增温效应大于植被的冷却效应。     

城市不透水面及其与城市热岛的关系研究-以泉州市区为例

利用Landsat TM卫星影像提取了泉州市1989到1996年的城市建成区不透水面,并研究了其与城市热岛之间的关系。根据Ridd(1995)提出的城市建成区不透水面与植被覆盖度有很强的负相关关系的思想,先利用归一化植被指数求出泉州市建成区的植被覆盖度,进而提取了泉州市建成区的不透水面。通过比较所提取的两个时相不透水面信息,可以看出泉州市区不透水面的面积在7年里有了明显的增加,并主要沿研究区东南部扩展。通过将所提取的不透水面信息与利用TM6波段反演的地表温度进行相关分析,可发现二者之间存在着明显的正相关关系。     

利用Landsat遥感影像进行福州市地表热通量估算的研究试验

利用福州市1989年和2001年Landsat TM/ETM+遥感影像数据估算地表温度、地表反照率和植被覆盖度等地表参数,再结合气象站观测资料,估算与城市热岛密切相关的气候因子即显热通量和潜热通量.然后根据植被覆盖度对由人工建筑物和水泥道路等构成的不透水面覆盖区的潜热通量进行修正,改进了不透水面潜热通量的计算,并且探讨了地表热通量随土地覆盖变化的时空分布特征.最后对地表热通量精度进行分析和检验,论证了本研究的地表热通量估算结果是合理的.     

21世纪以来西安城乡梯度土地覆盖变化及对城市热岛影响时空特征

城市快速扩张导致城乡梯度土地覆盖发生显著的变化,引发不透水地表的增加,植被覆盖的减少,从而加剧了城市热岛强度。研究城乡梯度土地覆盖变化引起的城市热岛效应,并揭示城市热岛的时空特征及强度的变化,对城市规划建设、人居环境改善及提升城市生态系统服务功能具有重要的意义。基于Landsat系列4期影像,利用单窗算法反演西安市地表温度,计算热场变异指数得到热力场强度图并对其进行等级划分,结合土地利用/覆盖类型数据分析城乡梯度土地覆盖变化对城市热岛强度的影响。结果表明：①2000年西安市极强热岛效应区占研究区面积的10.58%,逐渐增加到2011年极强热岛效应区域的面积占比达到16.14%,而后到2015年降低为9.00%,整体上西安市城市热岛效应呈现出了先增长后降低的趋势;②2000年到2015年城乡建设用地面积增加了412.76 km2,极强热岛强度的范围随城市建成区的扩张逐年向外扩展;③无热岛效应区约70%位于耕地和林地,水域在无热岛效应中的占比也在逐年增多,从31%增加到了47%。不透水地表面积占比与地表温度有显著相关性,城乡梯度植被和水体面积的增加可以有效地缓解城市热岛强度。     

近20年来新旧“火炉城市”热岛状况对比研究

"火炉城市"是对城市热岛效应的最直观描述,它是城市温度在城市小气候的重要表现。以我国4个新旧"火炉城市",南京、杭州、福州和广州为研究区,对1990～2010年间4个城市的热岛效应进行定量估算和对比分析,研究发现福州的城市热岛比例指数(Urban-Heat-Island Ratio Index,URI)从1994年的0.553增加到2016年的0.689,热岛效应加剧程度居4个"火炉城市"之首,而南京的热岛效应则有一定程度的缓解。针对城市建成区小气候与地表要素的关系研究发现,建筑用地和植被与地表温度之间有着显著的相关关系,同时建筑用地和植被斑块的聚合、破碎,也同样是造成城市小气候变化的重要原因。     

多时相影像福州市不透水面对城市地表温度的空间分布研究

随着城市化进程的加快,城市热力场也随之发生变化,从而影响着城市区域环境、社会经济以及社会环境。由于NDVI具有季相变化的不稳定性,本研究采用两个时相TM/ETM+影像分析福州市及其周边地区不透水面对热力场的时空分布变化状况。为了获取精确的城市不透水面信息,本实验采用NDVI二元法结合2000年同区域的IKONOS影像提取不透水面信息。通过定量分析不透水面百分比、NDVI与地表温度的关系,得出不透水面百分比与城市地表温度呈线性相关,其相关系数在0.7左右;尤其30%以上的不透水面对地表热环境的空间分布影响最为突出,因此,相对于不稳定的NDVI而言,不透水面信息能更好地反映城市热环境的空间分布状况。     

基于Landsat 8遥感影像的新旧城区热环境特征对比研究——以成都市为例

近年来,在快速城市化的背景下,大量城市涌现出新型城市区,城市热环境特征发生显著变化。为重点分析城市化过程中新旧城区热环境差异及其影响因素,选择四川省成都市为典型研究区,基于该区域2014年8月13日夏季Landsat 8卫星数据,分别获取地表温度、城市建筑用地和植被覆盖等关键地表参数信息,进而开展成都市新城区与旧城区的热环境差异及其内在影响因素研究。结果发现:(1)整体而言,旧城区地表温度高于新城区,旧城区的地表温度呈现中部区域及北部地区高于南部地区的分布趋势,新城区中部偏西、北地区少部分区域存在高温区域,南部偏东区域地表温度略低,其余地区的地表温度分布相对均匀,并呈现出形状比较规则的低温度斑块;(2)旧城区比新城区的城市热岛比例指数更大,通过新旧城区的热场剖面分析得出旧城区到新城区的地表温度呈现下降的趋势。这都表明旧城区的城市热环境效应强于新城区;(3)建筑用地密度高,城市植被覆盖少的地区易于形成"热岛效应",而合理的城市景观规划布局则有利于改善城市热环境。上述新旧城区热环境效应对比研究表明,成都市新城区的城市规划布局表明其对改善新城区热环境具有积极作用,能为今后新城区的城市规划提供重要借鉴意义。     

成都市地表温度对不透水面的响应研究

根据成都三环路内的Landsat 7/ETM+影像,利用单窗算法和不透水面与植被覆盖度在城市建成区呈负相关关系两种反演方法,通过空间建模建立反演模型,获取地表温度与不透水面信息。通过随机样点分析、相关性分析以及等温线与等透水面线叠加分析等方法,研究了城市地表温度对不透水面的响应效果。结果表明:地表温度随距市中心区距离增大而降低,同时不透水能力也降低;成都市地表温度与不透水面之间存在着正相关关系,相关度为0.7253;等透水面线的空间分布对等温线具有显著的响应规律。研究成果对于改善城市生态环境、提升土地利用水平和加强科学规划等都具有参考价值。     

使用单窗算法研究北京城区热岛效应

随着全球变暖和城市化进程的加快,大城市城区的热岛效应日益严重。城市下垫面对地表能量交换的影响巨大,引起地表温度分布的不均一性。遥感技术的发展为地表温度的反演提供了可能。近年来人们使用劈窗算法对均一的海面温度的反演很成功,但是受空间分辨率的限制以及陆面的不均一性,陆面温度的反演一直是一个没有解决好的问题。覃志豪提出了一种TM热红外波段单窗算法,可以利用辅助气象资料快速计算出地表温度。本文以北京市城区为研究区,采用LandsetETM第6波段的单窗算法,反演了亮度温度和地表实际温度,分析了城市下垫面情况下NDVI与地表温度的相关关系,并解释了北京城区热岛在空间上的分布及其可能的原因。结果表明:北京市城区热岛效应显著;地表温度与NDVI相关性显著;城区绿地和水体在区域的温度分布中起到重要作用。     

城市地表端元丰度与地表亮温关系

由于城市人口急剧增长,城市化进程成为全球变暖的主要贡献来源:城市裸露、半裸露土地和不透水面温度较高。针对城市地表物质丰度与温度的关系,以武汉市2013年夏季Landsat-8遥感数据为数据源,使用多端元光谱混合分析法动态提取每个像元中的植被-不透水面-土壤(V-I-S)端元组分,并采用大气顶层辐射值反演地表亮温,通过聚类分析典型地表物质类型的地表亮温区位表现,结合三角图分析每个像元内的端元丰度与相应地表亮温之间的关系,拟合多元回归方程探究端元丰度对地表温度的影响能力,以及地表亮温对端元丰度数值变化的表现。实验结果表明,V-I-S端元丰度情况可解释夏季地表亮温98.563%的变化,其中不透水面丰度对夏季亮温的影响最大,而植被丰度的大小与植被温度调节能力成正比。     

杭州市城市空间扩展及其热环境变化

通过Landsat卫星影像分别获取了杭州市1989、2000和2010年的城市空间扩张、地表温度及作为主要地表参数的建筑用地和植被的信息,用以研究杭州市城市扩展及其城市热环境变化。结果表明:在21 a间,杭州市建成区范围有了大幅扩展,且城市热岛区域的空间变化与建成区的空间扩展变化基本一致。研究还发现杭州市区的特高温区面积比例在逐渐减小,城市热岛比例指数(URI)从0.78降至0.71,表明城市热岛效应有一定缓解。建筑用地比例的减小与建筑用地密度的下降是城市热岛得以缓解的主要原因。定量分析表明建筑用地的升温效应要强于植被的降温效应。总的看来,杭州市的城市热岛效应现象在整个研究时段内虽有一定的改善,但仍一直处于较强烈的状态。     

重钢重工业区迁移对区域生态的影响研究

随着城市化进程的推进,位于城市或即将被纳入城市范围的重工业区终将由于有限的城市空间和高标准的环境质量要求而面临着改造或搬迁。以重庆钢铁集团为例,应用Landsat系列遥感卫星影像、城市热岛比例指数(URI)和遥感生态指数(RSEI)定量比较和分析了该集团"环保搬迁"前后的热环境及生态变化。对比搬迁前的2005年和搬迁后的2014年,重钢工业区的热岛效应显著降低,生态质量明显好转,反映这些变化的URI值从0.387下降到0.128,降低66.7%;RSEI值从0.398上升至0.553,升高38.9%。这主要得益于"环保搬迁"所带来的工业区停产以及地表覆盖类型和性质的转变。总体看来,工业区的停产,地表不透水面的减少,植被面积的增大,对缓解城市热岛效应,提高生态质量起到了关键的作用。该研究能为当代城市重工业区的改造和搬迁,实现城市的健康可持续发展提供借鉴和数据支持。     

HJ-1B卫星遥感数据在重庆市城市热环境监测的应用分析

本文以MODIS反演大气透射率,以HJ-1B/CCD分类结果反演地表比辐射率,并基于单窗算法,利用HJ-1B/IRS4数据反演地表温度.在此基础上,提取研究区的热场变异指数来分析重庆热岛空间分布特征,并就NDVI与NDBI对热岛效应的影响进行了分析.其结果如下:1)重庆城市热岛大致位于中梁山、铜锣山之间,呈东北、西南走向分布;2)热岛中心不在市中心,而是集中在大渡口工业园区、江北机场这些能耗大、人口密集区域,热岛强度范围在5?C-10?C之间;3)接近长江、嘉陵江水域的建筑用地密集区域,其热岛效应并不明显;4)NDVI与热岛强度呈负相关关系,NDBI与热岛强度呈现较为明显的正相关关系,二者对热岛都有重要影响,而NDBI的影响更大.因此,利用HJ-1B数据监测城市热环境,能较好地揭示重庆城市热岛空间分布特征,为城市环境监测与改善提供参考.     

广州市地表温度反演与土地利用覆盖变化关系研究

利用环境星1A/1B遥感影像,运用Jiménez-Munoz & Sobrino's普适性单通道算法定量反演广州市的地表温度(Land Surface Temperature,LST) ,结合MNF主成分分析和支持向量机获取的不透水面分布格局,利用面向对象分类方法获得了土地利用覆盖情况,重点研究广州市不透水面、土地覆盖和植被指数与城市热环境的定量关系。研究结果显示:基于大气水汽含量实测数据的JM&S普适性单通道算法反演结果更精确;广州市2009~2011年的不透水面面积和土地覆盖与平均地表温度相关性分析表明:广州市连续3 a呈现城市扩张的现象,城市热效应显著加剧;城市平均地表温度与不透水面面积呈现正相关,与城市的植被指数和裸土指数呈现负相关。