胡峻瑄

摘 要 改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加快，隨之而來(lái)的城市熱島效應(yīng)也愈加嚴(yán)重。利用遙感手段，可以對(duì)城市進(jìn)行大面積的同步觀測(cè)，具有時(shí)效性優(yōu)勢(shì)，同時(shí)具有很強(qiáng)的綜合性與可比性，有利于城市熱島效應(yīng)的研究。本文利用Landsat 8遙感影像，利用大氣校正法對(duì)中國(guó)“四大火爐”之一的武漢市2013年夏季的遙感影像進(jìn)行了地表溫度反演，結(jié)合GlobalLand30全球30m遙感地表類型分類產(chǎn)品，將武漢市分為了人造地表、水體與濕地、植被三類地表類型，定量分析了不同下墊面類型對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響。溫度反演結(jié)果顯示人造地表有最高的平均溫度，達(dá)40.5℃，植被為33.9℃，水體和濕地為31.2℃，即人造地表對(duì)溫度有較強(qiáng)的升溫作用，植被、水體與濕地有明顯的降溫作用。本文可為城市規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、舊城改造、宜居城市建設(shè)等項(xiàng)目中提供一定參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞 武漢市；城市熱島；下墊面類型；遙感；Landsat8

中圖分類號(hào) TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）17-0047-03

彭少麟等[1-2]提出，城市熱島是由于城市下墊面性質(zhì)的改變等原因使城市溫度明顯高于郊區(qū)，形成類似高溫孤島的現(xiàn)象；李延明等[3]也同樣指出城市熱島效應(yīng)與城市下墊面密切相關(guān)。目前研究人員對(duì)城市下墊面類型會(huì)對(duì)城市熱島效應(yīng)產(chǎn)生影響已成共識(shí)。

因此，本題目擬通過(guò)遙感影像，研究相同光照條件下，城市地表溫度與下墊面種類之間的聯(lián)系，定量分析不同下墊面種類對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響。本文基于Landsat 8遙感影像，利用大氣校正法對(duì)中國(guó)“四大火爐”之一的2013年武漢市夏季遙感影像進(jìn)行了地表溫度反演，結(jié)合GlobalLand30全球30m遙感地表類型分類產(chǎn)品，將武漢市分為了人造地表、水體與濕地、植被三類地表類型，定量分析了不同下墊面類型對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響。

1 研究區(qū)域與研究數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)域

武漢是我國(guó)華中地區(qū)的特大工業(yè)城市，人口超過(guò)1 000萬(wàn)，經(jīng)過(guò)多年的工業(yè)化、城市化建設(shè)，城市下墊面類型發(fā)生了巨大變化。同時(shí)武漢也是中國(guó)“四大火爐”之一，由于地理、氣候等因素，造成夏季氣溫異常炎熱（見(jiàn)圖1）。而城市熱島會(huì)使溫度更高，嚴(yán)重危害室外工作者身體健康，也使得城市宜居程度下降。因此有必要研究武漢市的城市熱島現(xiàn)象，在城市規(guī)劃中最大程度降低城市熱島效應(yīng)造成的影響。

1.2 研究數(shù)據(jù)

本文選用美國(guó)陸地衛(wèi)星Landsat 8遙感數(shù)據(jù)對(duì)武漢市熱島效應(yīng)進(jìn)行地表溫度反演和定量解譯。本文所用數(shù)據(jù)為L(zhǎng)andsat 8第4波段、第5波段和第10波段，綜合數(shù)據(jù)可用性、云量等因素，本文選取了2013年7月31日拍攝的遙感影像。

因?yàn)楸疚牡哪康氖茄芯坎煌聣|面類型對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響，因此需要得到地表類型，本文采用的是全球30m地表分類產(chǎn)品GlobalLand30。數(shù)據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)所用數(shù)據(jù)為2009、2010、2011年全球各地遙感數(shù)據(jù)共一萬(wàn)余景，其中數(shù)據(jù)以2010年數(shù)據(jù)為主，共將全球地表分為了10個(gè)類型，分別是耕地、森林、草地、灌木地、濕地、水體、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久積雪。

2 研究方法

本文中首先使用大氣校正法[4]對(duì)Landsat 8熱紅外波段進(jìn)行地表溫度反演。

大氣校正法首先估計(jì)大氣對(duì)地表熱輻射的影響，然后把這部分大氣影響從衛(wèi)星傳感器所觀測(cè)到的熱輻射總量中減去，從而得到地表熱輻射強(qiáng)度，再把這一熱輻射強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的地表溫度。

得到地表溫度分布圖后，裁剪GlobalLand30全球30m地表類型分類產(chǎn)品，得到對(duì)應(yīng)范圍的武漢市地表類型分類產(chǎn)品。并提取對(duì)應(yīng)各種地表類型的范圍，對(duì)反演得到的地表溫度圖進(jìn)行裁剪，得到每種地表類型的溫度圖，然后分析每種地表類型的地表溫度分布范圍。

觀察武漢市地表類型分類數(shù)據(jù)可知，武漢市存在的地表類型為森林、人造地表、草地、水體、濕地、裸地、耕地這7種，其中森林有1 090 033像素點(diǎn)，人造地表717 184像素點(diǎn)，草地316 203像素點(diǎn)，水體1 316 117像素點(diǎn)，濕地97 902像素點(diǎn)，裸地11 234像素點(diǎn)，耕地5 774 895像素點(diǎn)。其中一個(gè)像素點(diǎn)為30m見(jiàn)方的地表。

裸地的數(shù)量最小，并且地表分類圖為2010年數(shù)據(jù)，地表溫度圖為2013年數(shù)據(jù)，中間土地類型可能發(fā)生變化，因此，忽略裸地類型，而根據(jù)熱力學(xué)特性，將某些地表類型合并，將類型劃分為植被（森林/草地/耕地）、人造地表、水體和濕地三種類型。

3 結(jié)果與分析

使用上述遙感數(shù)據(jù)與地表溫度反演方法對(duì)武漢市進(jìn)行地表溫度反演，反演結(jié)果如圖2所示。

如圖2所示，暖色調(diào)為溫度較高的區(qū)域，冷色調(diào)為溫度較低的區(qū)域，從圖像粗略分析來(lái)看，可以看到非常明顯的城市熱島效應(yīng)，即市中心溫度相比郊區(qū)溫度高的現(xiàn)象存在。下面結(jié)合GlobalLand30 全球30m地表分類數(shù)據(jù)對(duì)武漢市的下墊面類型與地表溫度之間的關(guān)系進(jìn)行分析。

利用提取得到的植被（森林/草地/耕地）、人造地表、水體和濕地三種類型相對(duì)應(yīng)的地表范圍對(duì)溫度圖進(jìn)行裁剪，得到溫度分布如3圖所示。

對(duì)上述三種地表類型的溫度分布圖進(jìn)行直方圖統(tǒng)計(jì)，得到溫度及其分布模式如圖4所示。

對(duì)圖4數(shù)據(jù)進(jìn)行求溫度均值，人造地表平均溫度為40.533 5℃，植被平均溫度為33.98℃，水體和濕地平均溫度為31.19℃。

綜合可知，不同的地表類型在城市熱島中起到的作用不同，其中人造地表的溫度最高，平均溫度高達(dá)40.5℃；植被次之，為33.9℃；水體和濕地最低，為31.2℃。

4 結(jié)論

結(jié)合上述的結(jié)果與分析可知，不同的地表類型在城市熱島中起到的作用不同，人造地表會(huì)對(duì)城市起到升溫作用，在例子中的平均溫度高達(dá)40.5℃，且與另兩種地表類型的平均溫度相差高達(dá)7℃；植被、水體和濕地起降溫作用，兩者在例子中的平均溫度分別為33.9℃和31.2℃。

因此，在武漢市的城市規(guī)劃中，要減少城市熱島效應(yīng)的影響，建議增加植被、水體和濕地的面積，兩者均對(duì)城市熱島效應(yīng)有較好的緩解作用。若綜合考慮成本及可行性等因素，增加植被（植樹、種草）成為一個(gè)可行度很高的方案。

參考文獻(xiàn)

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[2]彭少麟，周凱，葉有華，等.城市熱島效應(yīng)研究進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2005，14（4）：574-579.

[3]李延明，郭佳，馮久瑩.城市綠色空間及對(duì)城市熱島效應(yīng)的影響[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2004（1）：1-4.

[4]鄭偉，曾志遠(yuǎn).遙感圖像大氣校正方法綜述[J].遙感信息，2004（4）：66-70.endprint