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不同地表覆盖类型对城市热岛效应的影响探究 1 引言 城市热岛效应是指城市气温明显高于周边郊区气温的现象，其效应强弱可用热岛强度表示。城市热岛效应是由于人口密集、产业集中形成市区温度高于郊区的现代城市小气候现象，它不仅是一种大气热污染现象，也是城市环境不可缺少的重要组成部分，被认为是最典型的城市气候特征之一。随着城市规模的不断扩大以及城市化进程的加快，城市热岛效应越来越显著。城市热岛不仅使人容易高温中暑，使城市能耗增加，而且还会因为城市热岛的热力作用，形成所谓的城市热岛复合环流，造成从郊区吹向市区的局地风，把市区已扩散到郊区的污染大气又送回市区，加剧城市的大气污染。目前城市热岛效应严重制约着人们的日常生活和城市的可持续发展，如何有效的缓解城市热岛已成为近年来国内外研究的热点，研究城市热岛效应的形成机理、变化特征、影响因素以及演变规律可为城市的可持续发展提供一定的理论指导。 19 世纪初，Lake Howard 首次提出城市热岛概念，指出伦敦城区气温高于郊区气温；1972年 Rao 首次利用热红外遥感数据研究城市热岛现象；Callo 等人于 1993 年利用 NOAA 卫星遥感数据研究城市热岛对最低气温升高的影响。目前，气温和地表温度都成为了研究城市热岛效应的有效手段。地表温度是反映城市热岛效应的一个重要指标，传统的地表温度研究主要利用气象资料或实测数据进行对比研究，但由于站点空间分布不均以及受观测条件的限制，无法全面反映整个地区的温度状况。随着卫星遥感技术的发展，利用卫星遥感影像数据研究城市热岛也成为当前的一种趋势，它可以大范围的监测其变化趋势及空间分布，具有监测时相多，监测范围广，资料同步性好，数据易于分析等优点，为研究城市热岛效应提供了便利。 本文以石家庄市区为研究区域，利用 2004 年 8 月 30 日、2008 年 7 月 16 日、2010 年 8月 15 日 Landsat-5 TM 卫星遥感影像数据，采用单窗算法对研究区进行地表温度反演，利用地面实测 0cm 地表温度数据对算法的可靠性进行了验证。以反演得到的地表温度为基础，探讨石家庄市城市热岛时空分布规律以及变化特征，结合地表覆盖类型分析研究不同地表类型对城市热岛的影响情况。最后，定量分析石家庄城区一定规模的水体和绿地对周边热环境的影响，并利用缓冲区技术对影响范围进行了定量估算。该项研究可以为石家庄市城市建设和土地合理规划提供一定的理论依据和技术指导。 2 研究区概况及数据源 2.1 研究区概况 本文选取石家庄市区作为研究区域。石家庄市地处河北省中南部，太行山东麓，位于北纬 37deg;27～38deg;47，东经 113deg;30～115deg;20之间。石家庄属于温带半湿润半干旱大陆性季风气候，太阳辐射的季节性变化显著，四季分明。近年来，由于城市工业化进程加快，使得城市绿地越来越少，城市下垫面结构发生改变，城市工业、交通运输和居民向大气中排放的人为热和废热日益增加，城郊之间某些气象要素已出现明显差异，城市热岛效应愈发显著。通过研究石家庄城市热岛效应，可以掌握气候对城市环境发展的相互作用规律，对石家庄城市建设、城市规划、大气污染治理、能源利用、提高城市气象预报、城市灾害防御和生态平衡的改善等方面都具有重要的意义，也可以为今后的城市规划提供一定的理论依据和技术支撑。 2.2 数据介绍 本文所用的遥感影像数据为晴空无云条件下 2004 年 8 月 30 日 11：32 时、2008 年 7 月16 日 10：50 时、2010 年 8 月 15 日 10：51 时过境的石家庄市 Landsat-5 TM 数据，数据由国家科学数据服务平台提供（/）。其覆盖石家庄市区的影像图条带号/行编号（轨道号）为 124/34。Landsat-5 TM 影像包含 7 个波段，波段 1-5 和波段 7的空间分辨率为 30m，波段 6（热红外波段）的空间分辨率为 120m。南北的扫描范围大约为170km，东西的扫描范围大约为 183km。。研究中通过运用最邻近算法将第 6 波段（热红外波段）的120m分辨率影像重采样到30m分辨率。 3 反演算法及精度验证 3.1 单窗算法 早在 20 世纪 60 年代初期发射 TIROS-Ⅱ以来，学者们就用卫星遥感数据反演地表温度。70 年代以后，越来越多的遥感数据被应用于地表温度反演，如 MODIS、AVHRR、TM/ETM+等，针对不同数据特点，国内外专家学者陆续提出了一系列反演地表温度的算法，如单窗算法、分裂窗算法以及多通道算法等。单窗算法主要是针对当时只存在一个热红外波段的 TM 数据提出来的。相对于多通道算