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基于遥感数据的东莞市热岛效应分析研究基于遥感数据的东莞市热岛效应分析研究摘 要东莞市是东南沿海经济迅速发展的代表城市之一,为保障城市健康发展,改善城市人居环境,很有必要对其城市热岛效应现状展开研究。本文借助 NASA 提供的网站获取东莞市大气剖面参数,再使用 ENVI 对 Landsat 8 卫星遥感数据进行地表温度反演,计算出东莞市夏季和冬季的热岛强度,同时使用 ENVI 分析出东莞市土地利用分类数据与植被覆盖率数据,研究它们与东莞市热岛的相关性,主要研究结论如下:1) 东莞市全年都存在较高强度的热岛效应。从季节上看,夏季热岛强度高于冬季;从区域上看,西南部区域热岛强度高于东北部区域。2) 不同土地利用类型的温度存在如下梯度关系:城市用地荒地草地/田地水域林地。3) 植被覆盖率与温度存在明显的负相关性,相关系数达 0.7975。即植被覆盖率越高的区域温度越低,且植被覆盖率较高的区域热岛范围相对较小。关键词:热岛效应; 热岛强度; 东莞市; ENVI; Landsat 8; 温度反演Using Remote Sensing Data Analysis Urban Heat Island Effect in DongguanABSTRACTDongguan is one of the rapid economic development city, to ensure the healthy development of the city , improve the urban living environment, it is necessary to conduct in-depth study of its status of UHI.With the help of cross-sectional parameters of atmospheric NASA established acquisition model, we can use ENVI analyses the Landsat 8 satellite remote sensing data, surface temperature retrieval, calculate the heat island intensity in summer and winter of Dongguan, and further analysis the land use type and vegetation coverage data in Dongguan, the main conclusions are as follows:1) There is an UHI in Dongguan. From the season point of view, the summer heat island intensity is higher than that in winter; from the regional perspective, the southwest regional heat island intensity is higher than the northeast regional.2) Various land use types of temperature gradient has the following relationship: Urban land wasteland grassland / farmland waters woodland.3) The vegetation coverage rate significantly negative correlation with temperature, correlation coefficient reached 0.7975. That is, the higher the vegetation coverage, the lower the temperature. Moreover, the regional heat island areas with higher vegetation coverage is relatively small.Keywords:UHI; heat island intensity; Dongguan; ENVI; Landsat 8; temperature retrieval目 录摘 要 .2ABSTRACT .3第 1章 前言 .61.1 选题背景和研究意义 .61.2 国内外研究现状 .71.2.1采用统计方法的城市热岛强度分析 .71.2.2采用遥感方法的城市热岛强度分析 .71.3 研究内容 .7第 2章 数据预处理 .92.1 东莞市土地利用分类 .9第 3章 地表温度反演 .113.1 基于 Landsat 8遥感数据反演夏季、冬季地表温度 .113.1.1 Landsat 8遥感数据 .123.1.2 辐射定标 .123.1.3 NDVI计算 .123.1.4 植被覆盖率计算 .133.1.5 地表比辐射率计算 .163.1.6 同温度黑体辐射亮度值计算 .173.1.7 地表温度计算 .183.1.8 东莞市地表温度分布 .21第四章 夏季、冬季热岛效应的特征及影响因子分析 .234.1比较分析夏季、冬季热岛效应强度及特征 .234.1.1东莞市夏季热岛效应 .234.1.2东莞市冬季热岛效应 .274.2研究分析东莞市热岛效应影响因子 .314.2.1东莞市热岛效应与土地利用分类的关系 .324.2.2东莞市热岛效应与人口密度的关系 .324.2.3东莞市热岛效应与植被覆盖率的关系 .32第五章 结论 .34参考文献 .35致谢 .36第 1章 前言1.1 选题背景和研究意义改革开放以来,地处珠江三角洲几何中心的东莞市经济快速发展,伴随东莞市的城市化,大量的低蓄热自然下垫面逐渐转变为城市建设用地,城市下垫面发生了明显变化,城市出现高温化,形成了城市热岛效应(Urban heat island effect,UHI) 1。城市热岛效应于 1820 年由英格兰学者路克霍德华在THE CLIMATE OF LONDON一书中提出。城市热岛效应,是指城市因大量低比热容的建筑与道路的铺建,人为热源巨幅增长,林地水域等高比热容自然下垫面减少等因素,城市形成温度高于周围的高温区。热环境是城市环境的主导因素之一,对其充分的了解有利于帮助城市合理健康地发展,也有利于提高人居环境。以故,各国学者及相关部门对此展开许多了研究。先有美国航空航天局和环保署共同发起的“城市热岛试点项目 ”计划,以美国几个重点城市为试点对象,结合统计数据和遥感技术,顺利对其各城市的夏季城市热岛效应进行了探究工作。北美的加拿大为了改善其最大的城市多伦多的城市热岛现象,亦开展了“凉爽的多伦多项目”计划。随着人们对热岛问题更深刻的了解,亚欧多国也先后开展相关研究与治理工作 2。随着遥感技术的传播普及,我国亦有学者针对城市热岛效应展开了分析研究,但主要研究对象为诸如北京、上海、广州的大都市,极少有面向中小城市的城市热岛研究 3。然而中国经过安定平稳的数十载发展,许多中等城市也经历了明显的城市化,东莞市便是其中的代表城市。借改革开放之风使经济快速发展的东莞市,如今已有十分发达的交通系统,步入 2014 年之际,东莞市公路密度达 202.94km/km2。与此同时,在机动车辆日渐增多,城市水地、绿地为建筑用地所取代,大量外来人口涌入;各式耗能电器、设备的推广使用的影响下,东莞市城市下垫面发生了巨大的变化,自然下垫面为吸热快热容量小的人工构筑物所取代,人工排放的热量也急剧增长。最终使得东莞市城市热岛现状进一步恶化。因此,对东莞市城市热岛现状展开深入的研究,对保障东莞市合理建设、健康发展,改善东莞市人居环境具有重大意义。1.2 国内外研究现状伴随着人们对城市热岛效应的影响日渐增长的关注,现今已有多种城市热岛效应研究方法。其中主要有依据气象数据的统计研究方法和依据卫星遥感数据的分析研究方法。1.2.1 采用统计方法的城市热岛强度分析应用统计方法研究城市热岛强度是基于气象监测点的监测数据的研究。学者们借助在气象站上获取的连续的气象监测资料,既可以获悉城市热岛现状,也可以对城市年、季、日城市热岛效应变化特征展开研究,对其时间上的城市热岛强度波动规律展开分析。例如,国内有学者通过分析天峨气象站观测数据获悉城市热岛效应是造成温湿度差异的主要原因 4。但此方法存在研究取样点有限而无法全面准确分析城市热岛效应空间分布情况的缺点。1.2.2 采用遥感方法的城市热岛强度分析在计算机技术、航天技术颇为发达的当代,利用卫星遥感数据进行地表温度反演的城市热岛效应研究方法为人们解决了统计方法无法进行广域研究的难题。利用遥感数据进行地表温度反演的热岛效应研究能合理的考虑大气辐射对研究的影响,且随着对遥感方法更深入的研究,美国航空航天局还建立了完善的大气剖面参数获取网站,使得地表温度反演有了更高的精确度。总体上,通过遥感手段获取的观测资料还具有同时性、全面性的优点 5,选取合适的卫星波段数据即可对整个城市进行同步分析。因此,应用遥感数据的城市热岛强度研究方法是目前应用最广的研究方法。许多学者也借助不同卫星的遥感数据,对诸如北京 6、上海 7的发达城市展开了城市热岛强度的分析研究。1.3 研究内容本文通过分析处理 Landsat 8 遥感影像数据,实现了东莞市不同季节的地表温度反演,展开了针对东莞市冬季、夏季城市热岛效应现状的分析研究。具体研究内容包括:1) 获取东莞市土地分类影像2) 基于 Landsat 8 卫星热红外波段遥感数据的东莞市夏季、冬季地表温度反演3) 东莞市夏季、冬季热岛强度分析及比较4) 以夏季为例,分析不同城市下垫面和植被覆盖率对东莞市热岛效应的影响以流程图表述如下:图 1.1 东莞市热岛效应研究流程图Landsat 8 卫星数据东莞市地表温度反演城市热岛效应影响因子东莞市夏季城市热岛强度土地分类植被覆盖度东莞市夏季城市热岛强度比较分析东莞市夏季、冬季热岛效应东莞市城市热岛效应影响因子分析第 2章 数据预处理2.1 东莞市土地利用分类不同类型的城市下垫面蓄热性能不同,其地表反照率也不同 8。因此,城市的土地分类情况左右着着城市热岛强度,有必要对其展开研究。本文采用基于样本的面向对象的土地分类方法,具体流程如下:启动 ENVI,打开东莞市影像数据,使用 Example Based Feature Extraction Workflow 工具,将弹出的窗口中切换至 Custom Bands 面板,勾选 Normalized Difference 和 Color Space 属性以提高分类精度。之后进行对象的分割操作,设置 为 50, 为 809。分割完Levl ScaLevl Mrg成后进入基于样本的分类界

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