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基于多源遥感数据解析成都市地温特征及影响因素

一、引言

1.1研究背景与意义

地表温度作为一个关键的地球物理参数，深刻影响着地球表面的能量交换、水分循环以及生态系统的运行。在全球气候变化的大背景下，城市作为人类活动的高度聚集区域，其地温特征的研究愈发重要。城市的快速发展带来了土地利用类型的剧烈转变、人口的高度密集以及能源消耗的急剧增加，这些因素共同作用，使得城市地温呈现出独特的变化规律，其中城市热岛效应尤为显著。

成都，作为中国西南地区的重要城市，近年来经历了快速的城市化进程。截至2023年，成都的常住人口已超过2100万，城市建成区面积不断扩大。快速的城市化导致城市下垫面性质发生显著改变，大量的自然地表被不透水的建筑和道路所取代，这极大地影响了城市的热量收支平衡。同时，成都位于四川盆地西部，独特的地形地貌和气候条件，如四周环山、静风频率高、空气湿度大等，使得城市热量不易扩散，进一步加剧了城市地温的变化。在此背景下，深入研究成都市的地温特征，对于理解城市热环境的形成机制和变化规律，具有重要的现实意义。

多源遥感数据为城市地温研究提供了强大的技术手段。不同类型的遥感卫星，如Landsat系列、MODIS等，能够获取不同空间分辨率、时间分辨率和光谱分辨率的遥感影像。Landsat数据具有较高的空间分辨率，可达30米，能够详细刻画城市地温的空间分布细节；MODIS数据则具有较高的时间分辨率，每天可获取多次影像，适合用于监测城市地温的动态变化。通过综合运用多源遥感数据，可以更全面、准确地获取城市地温信息，克服单一数据源的局限性，从而深入分析城市地温的时空变化特征及其影响因素。

本研究基于多源遥感数据对成都市地温特征进行研究，具有重要的理论与实践意义。从理论层面来看，有助于深化对城市热环境形成机制和演变规律的认识，丰富城市气候学和环境科学的理论体系。通过分析不同土地利用类型、植被覆盖度、水体分布等因素与地温之间的定量关系，揭示城市地温的影响机制，为城市热环境的数值模拟和预测提供更准确的理论依据。在实践应用方面，研究成果能够为成都市的城市规划和生态保护提供科学指导。在城市规划中，依据地温分布特征合理布局城市功能区，如将商业区、工业区等高温区域与居民区适当分离，增加城市绿地和水体面积，以缓解城市热岛效应，提高居民的生活舒适度。在生态保护方面，有助于制定针对性的生态保护策略，保护城市生态系统的平衡和稳定，促进城市的可持续发展。

1.2国内外研究现状

在多源遥感数据用于地温研究方面，国外学者开展了大量富有成效的工作。早在20世纪60年代，遥感技术的兴起就为地温研究带来了新的契机。随着Landsat系列卫星和NOAA卫星数据的出现，针对这些卫星热红外波段数据的地温反演算法不断涌现。如Qin等学者提出的单窗算法，为利用LandsatTM数据反演地表温度提供了重要方法，该算法通过对大气校正、比辐射率估计等关键参数的优化，提高了地温反演的精度。针对NOAA卫星数据，分窗算法（劈窗算法或多通道法）得到了广泛应用，其利用不同通道对大气吸收和发射特性的差异，有效消除大气对热红外辐射传输的影响，从而实现较为准确的地温反演。

近年来，随着Terra卫星的升空，MODIS和ASTER数据在地表温度研究中得到了广泛应用。Wan等学者对MODIS的劈窗算法进行了改进，通过考虑更多的大气和地表参数，进一步提高了MODIS数据反演地表温度的精度，使其能够更准确地监测大尺度的地表温度变化。针对ASTER数据，学者们提出了相应的单窗算法，充分发挥了ASTER数据在中红外波段的优势，在区域地温研究中取得了较好的效果。此外，微波遥感数据也被用于地温反演，虽然其反演算法本质上还是基于经典算法的数学回归，但微波遥感能够穿透云层和一定深度的地表，为获取复杂天气条件下的地温信息提供了可能。

国内在地温反演算法研究及其应用方面同样十分活跃。众多学者在国外经典算法的基础上，结合国内实际情况和研究需求，对算法进行了优化和创新。例如，针对我国复杂的地形地貌和气候条件，有学者提出了基于DEM的陆地温度反演算法，考虑了地形对太阳辐射、大气透过率等地温影响因素的作用，有效提高了山区等地表温度反演的精度。还有学者考虑到大气透过率的空间异质性，先通过像元尺度的大气透过率的反演再进行地温反演，从而获得更高的反演精度。在应用方面，国内学者利用多源遥感数据对多个城市的地温特征进行了研究，分析了城市热岛效应的时空变化规律，探讨了土地利用类型、植被覆盖度、水体分布等因素与地温之间的关系。

然而，在成都市地温研究方面仍存在一定的不足。尽管已有部分研究关注到成都的城市热环境，但在数据的综合性和研究的全面性上有待提升