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基于遙感的南京市冬季熱島效應研究

2017-03-24 18:47梁芮涵
環(huán)球人文地理·評論版 2016年12期
關鍵詞:城市熱島熱島工業(yè)區(qū)

梁芮涵

摘要:工業(yè)的發(fā)展往往伴隨著嚴重的熱污染問題,城市熱島效應對城市空氣質量及人類健康狀況有極大的影響。為大范圍整體監(jiān)測分析,采用先進的遙感手段,可以及時監(jiān)控地面熱場的分布狀況。本文利用南京地區(qū)2013年至2014年冬季Landsat 8影像,通過大氣校正法對熱紅外波段影像進行了地表溫度反演和定量解譯。結合南京市當日歷史氣象數據,顯示溫度反演結果具有較高可信度。反演結果顯示南京市冬季城市熱島效應并不明顯,但工業(yè)區(qū)熱島現象相當顯著,與其他部分地區(qū)溫差高達6℃。初步分析,南京市城區(qū)冬季城市熱島效應不明顯與冬季日照較弱,以及南方城市沒有集中供暖等因素有關,工業(yè)區(qū)強熱島效應與工業(yè)熱排放相關。本研究可給熱島效應的治理及市政建設、環(huán)境保護、人居環(huán)境優(yōu)化等方面提供信息參考。

關鍵詞:熱島效應;南京市;遙感溫度反演;Landsat 8

1 引言:城市建設造成了城市下墊面性質變化、城市人工熱源增加和城市建筑規(guī)模膨脹,這些因素均會導致城市熱島效應的發(fā)生和加劇[1]。熱島效應也稱“大氣熱污染現象”,是指一個地區(qū)的氣溫高于周圍地區(qū)的現象,中心的高溫區(qū)就像突出海面的島嶼,所以就被形象地稱為熱島。熱島效應會影響城市空氣對流,不利于污染物的擴散,給居民的身體健康造成危害。同時夏季時熱島效應會加劇高溫,危害室外工作者的身體健康[2]。遙感是指應用探測儀器,不與探測目標相接觸,從遠處把目標的電磁波特性記錄下來,通過分析,揭示出物體的特征性質及其變化的綜合性探測技術。搭載在衛(wèi)星平臺的遙感傳感器,可以對地球表面進行大范圍的連續(xù)動態(tài)觀測,為研究帶來了便利[3]。本文利用遙感手段反演南京市地表溫度,進行南京市熱島效應研究。

2 數據

本文選用美國陸地衛(wèi)星Landsat 8遙感數據對南京城市熱島效應進行地表溫度反演和定量解譯。數據選取了2013年11月5日、2013年12月1日、2014年1月2日、2014年11月8日、2014年12月4日等五個日期,成像時間為當地時間上午10:40左右。數據行列號為120行、38列[4]。

Landsat 8數據的共有11個波段,其中1- 7波段為可見光近紅外短波紅外波段,空間分辨率30米;第8波段是全色波段,空間分辨率15米;第9波段是卷云波段,空間分辨率30米;第11和12波段是熱紅外波段,波段分辨率100米,衛(wèi)星每16 天可以實現一次全球覆蓋。

3. 方法

本文采用方法基于大氣校正法[5]對Landsat 8 第10波段進行大氣校正。大氣校正法首先估計大氣對地表熱輻射的影響, 然后把這部分大氣影響從衛(wèi)星傳感器所觀測到的熱輻射總量中減去, 從而得到地表熱輻射強度, 再把這一熱輻射強度轉化為相應的地表溫度。

4. 溫度反演結果與驗證

使用上述遙感數據與反演方法對南京市進行地表溫度反演,反演結果如下圖所示:

*注:圖1右下中的紅點為南京市酒店分布圖,可粗略代表南京市城區(qū)分布。

為了驗證南京市地表溫度反演結果的正確性,本文選取了南京市的歷史氣象數據,來進行對比。見下表:

在天氣晴朗的情況下,一般每天的最低溫出現在凌晨1:00左右,最高溫出現在午后14:00左右[7]??紤]到遙感影像的成像時間為當地時間上午10:30左右,通過上表對照可知,遙感影像反演的可信度較高。

5. 結論與討論

通過分析溫度反演結果,可以明顯發(fā)現南京市冬季熱場的分布區(qū)域有較強的規(guī)律性。比如圖像左側中上部有一條狹長的低溫帶(經考證為自然風景區(qū)),圖像中下部及右側上部都有固定的高溫區(qū)域(經考證為工業(yè)區(qū))。

通過結合南京市酒店分布圖(酒店分布可大致反應城區(qū)分布)與反演結果地面資料可知:南京市冬季城市熱島效應較弱,但工業(yè)區(qū)熱島效應顯著,與其他部分區(qū)域溫差最高達6℃,工業(yè)區(qū)形成島嶼狀的高溫區(qū)域,界線清晰可辨。

關于為何冬季城市區(qū)域熱島效應較弱而工業(yè)區(qū)熱島效應較強,初步分析有以下幾點原因:

1.冬季日照較弱,柏油路面等人工地面沒有與樹冠草地等自然地表有明顯溫差;

2.南京市屬于南方城市,沒有城市集中供暖,導致城市與郊區(qū)沒有明顯熱源差異;

3.隨著城市的發(fā)展,工業(yè)區(qū)外遷到城市周邊區(qū)域,而工業(yè)區(qū)域的熱排放使得在同一張影像中城市熱島效應更不明顯;

雖然南京市城市區(qū)域的熱島效應并不明顯,但工業(yè)區(qū)的熱島效應顯著,生活在工業(yè)區(qū)的居民需要注意由于熱島效應帶來的空氣污染不易消散、夏季加劇高溫等問題。

參考文獻

[1]彭少麟, 周凱, 葉有華,等. 城市熱島效應研究進展[J]. 生態(tài)環(huán)境學報, 2005, 14(4):574-579.

[2] 曾俠, 錢光明, 潘蔚娟. 珠江三角洲都市群城市熱島效應初步研究[J]. 氣象, 2004, 30(10):12-16.

[3]李小文. 遙感科學與定量遙感[J]. 科學觀察, 2006(5):1-1.

[4]初慶偉, 張洪群, 吳業(yè)煒,等. Landsat-8衛(wèi)星數據應用探討[J]. 遙感信息, 2013, 28(4):110-114.

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

[6]徐希孺. 遙感物理[J]. 北京: 北京大學出版社, 2005.

[7]黃良美, 黃海霞, 項東云, 等. 南京市四種下墊面氣溫日變化規(guī)律及城市熱島效應[J]. 生態(tài)環(huán)境, 2007, 16(5): 1411-1420.

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