基于遥感的娄底市城区热岛效应分析

2010年2月

doi:1013969/j1issn1167123168120101011007

林　业　调　查　规　划Forest　Inventory　and　PlanningVol.35　No.1

Feb.2010

基于遥感的娄底市城区热岛效应分析

胡娟

(湖南省国土资源规划院,湖南长沙410007)

摘要:以美国Landsat-5的TM卫星数据为信息源,对热红外波段遥感图像进行数据配准、线性拉伸以及密度分割等处理,生成了娄底市城市热岛的空间分布图.并据其对娄底市城区热岛的空间分布状况、分布规律进行了分析,认为其形成的原因主要是由于城市下垫面特性、大气污染及人工热源的影响.提出了热岛效应的防控措施.关键词:热岛效应;遥感;分布规律;防控措施;娄底市

中图分类号:S77118;TP79;X831　　文献标识码:A　　文章编号:1671-3168(2010)01-0027-04

AnalysisofUrbanHeatIslandEffectofLoudiCitybasedonRemoteSensing

HUJuan

(HunanPlanningInstituteofLandandResources,ChangshaHunan410007,China)

Abstract:TakingTMsatellitedataofLandsat-5asinformationsource,throughrectifying,linearstretchinganddensityslicing,theurbanheatislandspatialdistributionmapwasmade1Thesituationandlawoftheheatislanddistributionwereanalyzed1Itwasconcludedthatthemainreasonsfortheformationofurbanheatislandaresurfacecharacteristics,atmosphericpollutionandartificialheatsources1Keywords:heatislandeffect;remotesensing;distributionlaw;preventivemeasure;Loudicity

　　城市热岛效应也称“大气热污染现象”,是城市化发展导致城市中的气温高于外围郊区的现象.在气象学近地面大气等温线图上,郊外的广阔地区气

温变化很小,如同一个平静的海面,而城区则是一个明显的高温区,如同突出海面的岛屿.由于这种岛屿代表着高温的城市区域,所以就被形象地称为“城

收稿日期:2009-08-261

作者简介:胡娟(1983-),女,湖南长沙人,工程师,研究方向:3S技术应用.Email:xzjhnrs@1631com

化(包括系统建库工作),系统中用户的建立、权限设置、更新、删除等管理工作,为其他应用系统提供数据转化接口及实现系统日志查询.

究与实现[J]1城市勘测,2008(2):26-281

[2]费丽娜,方源敏,吴晓明1基于GIS应急处理系统的设

计[J]1中全生产安全技术,2007(2):99-1021

[3]沙宗尧,田扬戈1森林防火地理信息系统的设计与开发

[J]1地理空间信息,2007(2):8-101

[4]姜喜麟,靳爱仙,田禾1基于GIS的森林防火信息管理

4结论

利用GPS、GPRS及GIS技术建立的森林防火应急资源管理系统实现了森林消防车、扑火队伍等的全方位实时监控,具有实时定位、信息传输和语音传输等功能.为森林防火提供了一种可靠、精确、高覆盖率的消防定位手段.与此同时,结合Web网络技术和分布式数据库技术,实现了对空间数据的存取、检索和基本分析等操作,多用户并放式访问保证了数据的实时性、完整性和一致性.但总体功能还有待于进一步提高.

参考文献:

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系统的构建[J]1林业科技开发,2007,21(1):72-731

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森林防火系统[J]1林业劳动安全,2007,20(4):40-431

[6]黄志强,刘海军,李红双1森林防火辅助指挥系统的设

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[9]朱秀丽,苗作华1基于ArcGIS的基础地理空间数据库

系统的设计[J]1山西建筑,2009,35(6):363-3651

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林业调查规划

第35卷

市热岛”,其成因在于人类对原有自然下垫面的人为改造并以城区温度明显增高为主要标志.它的出现加强了城市夏季高温的酷热程度,同时还伴随有植被覆盖空洞、城市干岛、城市霾岛等现象,影响着城市生态环境质量.

随着娄底市经济和社会的发展,城市人口不断增加,城市规模迅速扩展,城市热岛效应也相应突出.以往的城市热岛研究主要采用代表路线观测和选点观测相结合的方法,但其不能全面、同步地反映地面的热辐射状况.因此,随着遥感技术的发展,采用遥感图像的热红外波段对娄底市进行地面热状况调查,有利于较全面地研究娄底市热岛的形成因素、分布规律以及提出相应的治理对策,是削减城市热岛强度、保护城市生态环境的一项重要措施,同时也为娄底市创建省级园林城市提供了基础材料.

212图像处理

TM6接收的是与地表温度高低相对应的强度

不等的热红外辐射,因此通过TM6所接收到的地面

各处热辐射值大小可以直接反映出地表温度的相对高低.通过研究表明,TM6的数据(探测到的地表物体的热红外辐射值)可还原成辐射亮度,再换算成辐射亮度温度,进而通过进行大气订正求出地表真实温度,并做出等温线图.与常规气象资料结合,可反映气候资源分布,通过卫星图像多时像的对比,可分析工作区范围内月、季、年热量资源的变化情况.本次遥感解译,因无对应该时像、该时间地面的准确温度,所以不能作定量分析,仅根据经验作定性分析.遥感热红外数据的具体处理过程如下:

1)热红外波段数据与高分辨率全色波段数据校正:因为热红外波段数据地理信息相对较弱,应用ENVI软件对娄底幅热红外波段数据与高分辨率全1城市概况

娄底市位于湖南省中部、涟水中游,湘黔铁路与涟邵铁路交汇处.面积428km,其中城区面积约32km,人口29万.属中亚热带季风湿润气候,年内最

2

2色波段数据进行校正,达到地理信息的一致性.经校正后生成了热红外6波段图像,可与高分辨率全色波段数据匹配、融合,融合后的图像具有地理信息,可用于校正选点.

2)热红外波段数据与quickBird数据校正:应用ENVI软件对娄底幅热红外波段数据与quickBird数据进行校正,达到地理信息的一致性.

3)遥感探测到的是城市下垫面地物的辐射温

高气温4112℃,最低气温-116℃,年均气温1714℃.

娄底市市民高度重视以自然生态资源加人为要素营造出的和谐生存环境.受悠久的历史文化熏陶,经数千年的沉淀积累,娄底历史文化内涵逐渐渗透到城市的园林绿化建设中.近年来,在、市的正确领导和全市人民的共同努力下,随着各建设项目的实施和竣工,一座科学规划、功能完善、环境优美的现代化生态园林城市犹如一颗“湘中明珠”正在冉冉升起.

度,表现为热红外波段的灰度值,这种辐射温度与气温具有很好的相关性,可近似地反映城市地表温度.因此对经校正后的热红外波段数据进行统计分析,将该数据区分10个等级进行密度分割,根据遥感数

据值大小分区段分别赋深浅不一的颜色(黑色、蓝黑色、蓝色、浅蓝色、淡蓝色、绿色、绿黄色、黄色、橙色、红色),不同颜色代表不同温度分区,温度值不断升高.

4)把地理底图与密度分割图像叠合,形成娄底市城区热岛效应分布影像图(图1).

2研究方法

211遥感数据选择

目前,常用于热红外卫星遥感的信息源主要有NOAA气象卫星AVHRR的第4通道(1015～

μm)、μm)以及陆地卫星1113第5通道(1115～1215

+

μm)数据.虽然TM/ETM的第6波段(1014～1215

TM6波段的噪声等效温差(NETD即温度分辨率)为015K,比NOAA卫星热红外通道(NETD为011～

+

013K)低,但是其地面分辨率为120m(TM热红外

3数据分析

311热岛空间分布分析

娄底市城区遥感热红外数据从136～161,据经验,遥感热红外数据一个亮度值代表地面012℃的温差,图像内DN数据值共相差25个亮度值,说明娄底市城区最热的地方与城区周围最凉快的地方相差5℃左右,城市热岛效应较明显.

娄底市城区热岛效应分布影像图(图1)表明,

波段数据为60m),远高于NOAA气象卫星的111km.因此本次调查选用美国陆地卫星Landsat-5在2007年9月获取的TM热红外波段数据,结合以往

+

研究成果进行调查,对于研究热岛效应空间分布的细部信息更为有效.

第1期

胡娟:基于遥感的娄底市城区热岛效应分析

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图1　娄底市热岛效应分布影像

娄底市城区整体温度偏高,呈现高温区.城区内温度

水平梯度小,城区边缘气温水平梯度大.娄底市城区是一个由众多热岛组成的大热岛,强热岛(影像中红色区域)和二级热岛(影像中橙色、黄色区域)占整个城区面积的三分之二以上.中心城区范围内热岛分布更加普遍,除几个大型公园周围呈现较低温区以外,其它地区均为二级热岛以上区域.娄底市热岛主要分布于涟钢厂区、中心城区西南以及城区铁路沿线.经人机交互解译,娄底市内有大小强热岛区

2

域81个,面积达327188hm,占城区总面积的

2

10%.其中面积大于10hm的强热岛区域有:华达

2

机械总厂区域(26128hm),涟钢电炉分厂(231562

hm),城区西南市食品厂、市皮革厂、市粮果厂,外

2

贸局汽车队区域(23147hm),涟钢钢渣堆放场(20151hm2),火车站内车站轨道区域(1417322

hm),市一中操场及其西侧单位(16158hm),热轧

2

薄板厂西边工厂(11102hm),热轧薄板厂南边工

22

厂(10146hm)等8处;面积大于5hm的强热岛

2

区域有12个,小于5hm的强热岛区域有61处.

湖泊边缘水温明显高于内部,同时,沿江和沿湖地区的温度也相对偏低.在城区内分布的热岛附近有多个低温中心,主要分布在几个较大湖面区如石马公园、娄星广场、春园公园等人工湖,说明水体对城市温度的影响十分明显,这是因为水体热容量大,对周边环境有一定的调节能力,可以改善局部区域气候状况.

由此可见,下垫面的亮温分布与地面覆盖类型有很强的相关性.具有水泥等结构的城镇用地亮温较高,而植被覆盖率较高的水田、林地以及各类坑塘等介质的亮温低于城镇,亮温最低的介质是较深的水体.Quattrochi等对亚特兰大等一些美国城市以及周红妹等对上海市的热岛效应进行研究时也得出过类似结论.

312热岛分布规律

经过分析可以看出娄底市热岛主要分布于4类地区:

1)建筑物密集区:娄底市娄邵铁路与氐星路之间的老城区;

2)厂矿集中分布地区:华达机械总厂、涟钢集团各分厂、市食品厂等;

3)大型公共场所如娄底火车站、外贸局汽车队;

4)未峻工的大型建筑工地:娄底、市新址.

根据娄底市热岛的主要分布规律可以看出,太阳向城市下垫面提供了强度均匀的辐射,但由于下垫面的结构和热学性质不同,造成了区域亮温的差异.

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313热岛形成原因分析

林业调查规划

第35卷

外围的物质、能量流动,使生态系统得以恢复和完善.

3)合理增加城市水面.水面不仅能够有效地缓

娄底市城区热岛效应明显,城市热岛的形成显然是与城市化发展密不可分的,分析其形成的直接

原因有以下4点:

1)城市下垫面特性.城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等,改变了下垫面的热属性,这些人工构筑物吸热快而热容量小,在相同的太阳辐射条件下,它们比自然下垫面(绿地、水体等)升温快,因而其表面的温度明显高于自然下垫面.

2)城市大气污染.城市中的机动车辆、工业生产以及大量的人群活动产生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉尘等,这些物质可以大量地吸收环境中热辐射的能量,产生众所周知的温室效应,引起大气的进一步升温.

3)人工热源的影响.工厂、机动车、居民生活等燃烧各种燃料、消耗大量能源,都在排放热量.

4)城市中的自然下垫面减少.城市的建筑、广场、道路等大量增加,绿地、水体等自然因素相应减少,放热的多了,吸热的少了,缓解热岛效应的能力就被削弱了.

综上所述,城市中人工构筑物的增加、自然下垫面的减少是引起热岛效应的主要原因.绿地改变了城市下垫面的性质,影响到地表的热量平衡状况.绿地因反射和吸收部分太阳辐射,使地表所得净辐射减少,而所得净辐射又有大部分用于植物蒸腾耗能和光合作用,使能增加环境温度的热量大大减少.

解城市内的热岛效应,而且也是城市生态系统的重要组成部分.根据娄底市的自然条件和城市特点,在有条件的地区,利用天然水逐步增加水体面积,对于建设生态完善、环境优美的城市空间具有积极的意义.

4)建立规模化的集中绿地,减低热岛的影响.

只有绿地单体达到一定的规模,才能形成以绿地为中心的低温区域.在当前整个城市市区普遍高温,热岛效应严重的情况下,这些低温区域可以为城市居民提供宝贵的户外活动空间.

5)重视绿地分布的均匀度,改善城市热辐射的总体状况.随着与绿地距离的增加,绿地对热岛的辐射削减作用明显衰减,“远绿难解近热”.因此城市绿地规模要有相当的数量,且要分布均匀合理.

6)采用合理的绿化结构提高单位面积绿地以削减热岛的效益.乔灌草复层种植结构的绿地降温效果最好,其次为乔草型和灌草型绿地,草坪型绿地最低.合理布置绿化结构可提高绿地削减热岛效应的能力.

7)绿地系统的规划应根据娄底城市热场分布特点,从可持续发展的战略出发,合理布局集中绿地、建立生态廊道、增加水面等,有重点、有针对性地进行绿地建设,转变城市绿化工作“见缝插绿”的局面,实现“规划建绿”,建立完善的城市绿地系统.

参考文献:

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4热岛效应防控措施

城市热岛效应危害很大.热岛现象可加剧大气污染,还可能造成一些地质灾害,另外,酷热的天气给人们生活造成严重的影响.通过对城市热岛形成和影响因素分析,认为城市绿化、水面和城市风是削减城市热岛效应的有效因素.增加城市绿地、改善城市下垫面的热特性是消减城市热岛效应有效和切实可行的途径.具体措施如下:

1)加强城市绿化,提高城市绿化的总体水平.城市绿地中的园林植物通过蒸腾作用,不断地从环境中吸收大量的热量,降低环境空气的温度.还能通过光合作用大量吸收空气中的二氧化碳,抑制温室效应,放出氧气,净化空气.

2)科学建立城市生态廊道系统.根据娄底市的主导风向,在市区逐步建立合理的生态廊道体系,将城市外围(生态腹地)凉爽、洁净的空气引入城市内部,可有效缓解城市内部的热岛效应,并促进城市与

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