基于CBERS―1IRMSS數(shù)據(jù)長株潭試驗(yàn)區(qū)城市熱島遙感探究

1、基于cbers-1 irmss數(shù)據(jù)長株潭試驗(yàn)區(qū)城市熱島遙感探究伴隨著長株潭城市群綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)經(jīng)濟(jì)一體 化的實(shí)現(xiàn)，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市熱島效應(yīng)越來越明顯, 已經(jīng)對城市氣候環(huán)境造成了很大影響。調(diào)查研究長株潭城市 群熱場特征分布規(guī)律、城市熱島的形成因素、以及制定相應(yīng) 的治理對策勢在必行。本次研究使用了中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心提供的中巴資 源一號衛(wèi)星紅外多光譜掃描儀(cbers-1 irmss)的長沙 幅、岳陽幅白天和夜間紅外多光譜掃描儀數(shù)據(jù)(白天3景， 夜間5景)，另外收集了 landsat 7衛(wèi)星的熱紅外數(shù)據(jù)、長 沙市土地利用圖及相關(guān)資料。irmss數(shù)據(jù)預(yù)處理由于掃描系統(tǒng)的控制精度以及探測器

2、響應(yīng)的差異， irmss圖像數(shù)據(jù)存在一定的畸變，盡管收集的數(shù)據(jù)經(jīng)過初步 處理，但仍存在一些問題，所以有必要針對圖像各種不同問 題產(chǎn)生的物理機(jī)理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理 包括正反掃描錯(cuò)位校正、奇偶元錯(cuò)位校正、噪聲去除等步驟。irmss數(shù)據(jù)信息提取為了達(dá)到綜合分析和研究城市熱島的客觀性和合理性， 必須采用多要素結(jié)合方法進(jìn)行空間分析和綜合評估。因此， 要對不同衛(wèi)星圖像和其他數(shù)據(jù)進(jìn)行波段配準(zhǔn)、波段相關(guān)性及 圖像合成、地理校正以及綠地特征分類和信息提取。通過數(shù) 據(jù)處理后的圖像質(zhì)量良好，在空間分辨率上低于tm影象， 近似于mss影像，其多波段合成影像圖，對地物、地貌景觀 的反映十分清楚。經(jīng)地理

3、校正后生成了地理編碼數(shù)據(jù)圖像， 可與不同比例尺的地形圖配準(zhǔn)，產(chǎn)生各種專題圖，并直接納 入gis系統(tǒng)，能用于城市熱島遙感綜合解譯。城市熱島的形成機(jī)制及影響因素根據(jù)前人資料，結(jié)合遙感圖像、實(shí)際觀察結(jié)果以及土地 利用圖、城市交通旅游圖等多要素分析法進(jìn)行綜合評估，得 出熱島的形成和分布與如下因素有關(guān)：熱島形成與分布主要 與下墊面介質(zhì)有關(guān)；天氣、氣候等氣象因子、城市水體和城 市人為熱源對熱島效應(yīng)有一定影響；植被蒸騰作用對城市熱 島的降溫效應(yīng)非常明顯。另外城市建筑密度和高度也影響城 市熱島的分布。建立熱紅外圖像解譯標(biāo)志熱紅外圖像成像波譜范圍10.512. 5uni,它記錄地物 發(fā)射熱紅外線的強(qiáng)度。地物本身

4、具有熱輻射特性，各種地物 熱輻射強(qiáng)度不同，熱容量不同，在白天和夜間熱紅外圖像上 具有不同的色調(diào)和形狀，如河流和湖泊、道路和建筑物、樹 林與草地、土壤，根據(jù)它們不同的熱紅外圖像色調(diào)和形狀， 可以建立熱紅外圖象解譯標(biāo)志，識別不同的地物。但由于各 種因素的影響，自然地物在熱紅外圖像上色調(diào)特征有一定變 化，因此具體問題要具體分析。例如，由于連續(xù)的陰雨天， 使得地物之間溫差大大減小，不同地物的差異難以在熱紅外 影像上反映出來。長株潭城市熱場特征分析遙感探測到的是城市下墊面地物的輻射溫度表現(xiàn)為9波 段的灰度值，這種輻射溫度與氣溫具有很好的相關(guān)性，可近 似反映城市地表溫度。根據(jù)地面實(shí)測溫度（y）和9波段灰

5、度等值線圖相對應(yīng)點(diǎn)的灰度值（x）,建立長株潭城市群溫度 場數(shù)學(xué)方程（1）和（2）,方程（1）表達(dá)了 2000年5月14 日地面溫度與灰度對應(yīng)關(guān)系，方程（2）表達(dá)了 2000年2月 26日地面溫度與灰度對應(yīng)關(guān)系。y=10. 8+0. 1666x（1）y=-23. 55+0. 2x （2）2000年5月14日9波段灰度范圍在91146,計(jì)算最 高最低溫差達(dá)9. 16°c, 2000年2月26 ei 9波段灰度范圍為 125146,計(jì)算最大溫差達(dá)14. 2°c,這因?yàn)槎炱骄鶞囟鹊? 而大工廠附近溫度較高造成的。從9波段灰度等值線圖上可 推測長株潭城市群熱場高低的分布情況，線條顏

6、色由藍(lán)一黃 一紅代表溫度越來越高。為了說明方便，2000年5月14日 代表夏季，2000年2月26日代表冬季。長沙市夏季溫度受城市氣候影響，城市熱島效應(yīng)明顯，城區(qū)內(nèi)等溫線比較稀疏，溫度水平梯度小，城區(qū)邊緣氣溫水 平梯度大，等溫線密集，閉合等溫線分布和走向大致與長沙 市城區(qū)輪廓平行，但城區(qū)內(nèi)也可分為三個(gè)帶，西部帶、中部 帶和東部帶。西部帶為低熱場，這主要是受岳麓山綠地和眾多湖泊的影響，但其中北部工業(yè)區(qū)為局部高熱場，如長沙紡織廠、長沙鋅廠等。湘江東岸為高熱場，是人口密集區(qū)和商業(yè)繁華地區(qū)。烈士公至南郊公一線分布有湖南省委、湖南省政府、天心公園、賀龍?bào)w育場等單位，因其建筑密度低、綠化程度 較高，為相對

7、低溫度帶。這條低溫帶將湘江東岸的長沙市區(qū) 分為兩部份，即中部帶和東部帶。其中中部帶以中山路、南 門口和開福寺之間范圍溫度較高，建湘瓷廠地區(qū)溫度最高； 東部帶熱場分布較分散，但長沙市溫度場最高區(qū)在其中，即 曙光電子集團(tuán)廠區(qū)附近，根據(jù)（1）式推斷為34.291。長沙市城區(qū)冬季溫度較低，熱島效應(yīng)不明顯，冷熱不均, 氣溫水平梯度大，等溫線密集，溫度差別較大。在烈士公園、 岳麓山，湘江附近為低溫帶；在局部地區(qū)形成高熱場，如人 民路的曙光電子集團(tuán)和長沙毛紡織廠，另外在高橋大市場由 于建筑密度高，綠化程度低，在城區(qū)東部出現(xiàn)局部高熱場。從長株潭三市熱場特征可看出：一是夏季三市由于熱島 效應(yīng)的影響，城市熱場的平

8、面展布與建成區(qū)輪廓基本一致； 冬季熱島效應(yīng)不明顯，說明城市熱島強(qiáng)度有明顯的季節(jié)變 化。二是老城區(qū)與工業(yè)區(qū)溫度較高，形成高溫區(qū)，如長沙市 黃興路周圍的老城區(qū)、湘潭鋼鐵廠；新建成區(qū)則由于規(guī)劃布 局合理、建筑容積率低、綠化程度高呈現(xiàn)低溫區(qū)；三是綠地 和水體在等值線圖上呈現(xiàn)為明顯的低溫區(qū)，例如貫穿三市的 湘江，長沙市的烈士公園和岳麓山公園，株洲的株洲市漁場、 神龍公園等，表明綠地和水體對城市的溫度起著重要的調(diào)節(jié) 作用。長株潭城市群熱島效應(yīng)綜合分析城市熱島是一種城市氣溫高于郊區(qū)的現(xiàn)象，夏季城市熱 島加強(qiáng)了長株潭城市高溫的酷熱程度，使居民感到不適，嚴(yán) 重時(shí)會引起中暑等疾病；空調(diào)降溫既消耗能源，又污染環(huán)境,

9、 影響長株潭城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，因此削減夏季城市熱島強(qiáng)度 是防御夏季高溫災(zāi)害、減輕城市熱島和保護(hù)長株潭城市生態(tài) 環(huán)境的一項(xiàng)重要措施。根據(jù)城市能量平衡方程qu+qf二qh+qe+qg+qa+qp,要削減 城市熱島效應(yīng)，關(guān)鍵是使方程式左邊的能量收入減少，右邊 的能量支出增多。 削減人為熱（qf）的排放。措施 是控制人口增長，減少城市工廠煤、石油等燃料的消耗量（如 長沙曙光電子集團(tuán)、長沙毛紡織廠、長沙紡織廠和長沙鋅廠 等），提高利用效率和開發(fā)新能源。對于株洲市和湘潭市兩 個(gè)以重工業(yè)為主的城市，更要加強(qiáng)熱量排放的控制，特別要 對排熱大戶的株洲冶煉廠和湘潭鋼鐵廠予以監(jiān)控；因?yàn)闊崃颗欧鸥叩?，空氣污染程度也較

10、髙。由于大氣污染，天空能見 度較低，將會使大氣逆輻射增加，使城市熱島效應(yīng)更加明顯。削減城市凈輻射量（qu）。措施是增大城市反射率，例 如合理規(guī)劃城市建筑物的高度和密度，增大建筑高度（h） 與街道寬度（w）之比，多用淺色涂料粉刷建筑物，擴(kuò)大天 空視度，增大地面長波射出輻射。增加城市下墊面與空氣間潛熱交換（qe）、城市植物光 合作用富集能量（qp）。措施是增加城區(qū)水域面積和噴水、 灑水設(shè)施。提高城市綠地覆蓋率。因?yàn)橹脖徊粌H能遮陽，吸 收轉(zhuǎn)化太陽輻射能，而且可蒸騰降溫和消耗二氧化碳，減低 溫室效應(yīng)，使城市下墊面與空氣間顯熱交換（qh）減少。另外在步行街、人行道、停車場等處多鋪設(shè)石板路、植草磚路等城市

11、生態(tài)型道路，因其縫隙中的草、土壤和水分能起到降低地面溫度的作用。例如，長沙市公共綠地主要有岳麓山公園、烈士公園、南郊公、望月公園等，其中以前三者較大,呈“品”字型分布；其他如居住區(qū)綠地、單位附屬綠地、防 護(hù)綠地等則均勻分布在市區(qū)，這些地區(qū)地表溫度明顯較低， 氣溫差別35,最大可差10左右。長株潭城市在過去的幾年里生態(tài)環(huán)境有了很大的改善。 2006年，長沙成為繼貴陽、沈陽之后的第三個(gè)國家森林城市。 2007年長沙市城鄉(xiāng)綠化指標(biāo)達(dá)到或超過了國家森林城市的 標(biāo)準(zhǔn)。2007年數(shù)字顯示長沙市森林覆蓋率為53. 6%,城市建 成區(qū)綠化覆蓋率42.41%,綠地率37o 8%,人均公共綠地面 積9.42平方米，基本達(dá)到長株潭經(jīng)濟(jì)一體化“十一五” 規(guī)劃要求的人均公共綠地面積達(dá)到9平方米，區(qū)域森林覆 蓋率達(dá)到并穩(wěn)定在55%以上。根據(jù)長株潭城市群（核心區(qū)）生態(tài)建設(shè)規(guī)劃（2006 2020），在長株潭城市群中大量增加綠化面積，特別是株洲、 湘潭重工業(yè)城市，并盡量做到公共綠地在城市中均勻分布， 點(diǎn)（區(qū)級、居住區(qū)級公園）、線（城市主要交通干線、鐵路 兩側(cè)及城區(qū)內(nèi)江河兩岸）、面（市級綜合性公園、主題公園） 相結(jié)合，以面為主，點(diǎn)線穿插；以小為主