基于CBERS―1IRMSS數(shù)據(jù)長(zhǎng)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(zhǎng)株潭試驗(yàn)區(qū)城市熱島遙感探究伴隨著長(zhǎng)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(lái)越明顯, 已經(jīng)對(duì)城市氣候環(huán)境造成了很大影響。調(diào)查研究長(zhǎng)株潭城市 群熱場(chǎng)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(duì)策勢(shì)在必行。本次研究使用了中國(guó)資源衛(wèi)星應(yīng)用中心提供的中巴資 源一號(hào)衛(wèi)星紅外多光譜掃描儀(cbers-1 irmss)的長(zhǎng)沙 幅、岳陽(yáng)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(zhǎng) 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(cè)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(guò)初步 處理，但仍存在一些問(wèn)題，所以有必要針對(duì)圖像各種不同問(wèn) 題產(chǎn)生的物理機(jī)理，對(duì)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(píng)估。因此， 要對(duì)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(guò)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(duì)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(píng)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(duì)熱島效應(yīng)有一定影響；植被蒸騰作用對(duì)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(shù) 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(shí)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(wèn)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(lái)。長(zhǎng)株潭城市熱場(chǎng)特征分析遙感探測(cè)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(cè)溫度（y）和9波段灰

5、度等值線圖相對(duì)應(yīng)點(diǎn)的灰度值（x）,建立長(zhǎng)株潭城市群溫度 場(chǎng)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(duì)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(duì)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(cè)長(zhǎng)株潭城市群熱場(chǎng)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(lái)越高。為了說(shuō)明方便，2000年5月14日 代表夏季，2000年2月26日代表冬季。長(zhǎng)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(zhǎng)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(chǎng)，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(chǎng)，如長(zhǎng)沙紡織廠、長(zhǎng)沙鋅廠等。湘江東岸為高熱場(chǎng)，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(chǎng)等單位，因其建筑密度低、綠化程度 較高，為相對(duì)

7、低溫度帶。這條低溫帶將湘江東岸的長(zhǎng)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(mén)口和開(kāi)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(chǎng)分布較分散，但長(zhǎng)沙市溫度場(chǎng)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(zhǎng)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(chǎng)，如人 民路的曙光電子集團(tuán)和長(zhǎng)沙毛紡織廠，另外在高橋大市場(chǎng)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(chǎng)。從長(zhǎng)株潭三市熱場(chǎng)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(chǎng)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(shuō)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(zhǎng)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(zhǎng)沙市的烈士公園和岳麓山公園，株洲的株洲市漁場(chǎng)、 神龍公園等，表明綠地和水體對(duì)城市的溫度起著重要的調(diào)節(jié) 作用。長(zhǎng)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(zhǎng)株潭城市高溫的酷熱程度，使居民感到不適，嚴(yán) 重時(shí)會(huì)引起中暑等疾?。豢照{(diào)降溫既消耗能源，又污染環(huán)境,

9、 影響長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)，減少城市工廠煤、石油等燃料的消耗量（如 長(zhǎng)沙曙光電子集團(tuán)、長(zhǎng)沙毛紡織廠、長(zhǎng)沙紡織廠和長(zhǎng)沙鋅廠 等），提高利用效率和開(kāi)發(fā)新能源。對(duì)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(duì)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(jiàn) 度較低，將會(huì)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(zhǎng)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(yáng)，吸 收轉(zhuǎn)化太陽(yáng)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(chǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)株潭城市在過(guò)去的幾年里生態(tài)環(huán)境有了很大的改善。 2006年，長(zhǎng)沙成為繼貴陽(yáng)、沈陽(yáng)之后的第三個(gè)國(guó)家森林城市。 2007年長(zhǎng)沙市城鄉(xiāng)綠化指標(biāo)達(dá)到或超過(guò)了國(guó)家森林城市的 標(biāo)準(zhǔn)。2007年數(shù)字顯示長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)株潭城市群（核心區(qū)）生態(tài)建設(shè)規(guī)劃（2006 2020），在長(zhǎng)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(jí)、居住區(qū)級(jí)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(jí)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