基于熱紅外遙感的熱環(huán)境區(qū)劃研究

楊金香　畢思文　程學(xué)豐

摘 要： 青藏高原的熱環(huán)境的變化，不僅對(duì)我國(guó)，對(duì)亞洲乃至北半球的大氣環(huán)流均具有 極為重要的作用，直接影響著東亞季風(fēng)氣候的形成和演變。用亞東－格爾木－ 錫鐵山走 廊域的地學(xué)剖面實(shí)測(cè)溫度數(shù)據(jù)和青藏高原MODIS遙感影像數(shù)據(jù)，研究分析了該走廊域的熱環(huán) 境特征。研究表明，在研究區(qū)域內(nèi)熱環(huán)境分布具有明顯的南北條帶性：西北部的溫度 偏低，東南部次之，中東部溫度最高。

關(guān)鍵詞：熱紅外遙感；亞東-格爾木-錫鐵山；熱環(huán)境；區(qū)劃

中圖分類號(hào)：X87 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-1098(2008)03-0001-04

青藏高原是世界上最高大、地形最復(fù)雜的高原［1］，具有清澈透明的大氣層，高原 的氣 溫接近植物生長(zhǎng)發(fā)育的臨界點(diǎn)，對(duì)溫度的變化非常敏感，其微小變化都會(huì)導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)類型 、分布及其環(huán)境的巨大變化。而且高原的自然環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)在全球占有特殊的地位，它位 于全球兩大季風(fēng)系統(tǒng)（南亞季風(fēng)和東亞季風(fēng)）的交匯區(qū)，是亞洲季風(fēng)氣候變化的啟動(dòng)區(qū)，對(duì) 中國(guó)及亞洲季風(fēng)區(qū)的其它國(guó)家的環(huán)境影響極大，在全球變化研究中占有十分重要的地位。但 由于印度板塊與歐亞板塊的持續(xù)碰撞， 高原的持續(xù)隆升， 引起了地下溫度場(chǎng)的變化， 影 響了 大氣環(huán)流和大洋環(huán)流形式， 導(dǎo)致高原的熱環(huán)境發(fā)生顯著的變化。 因此， 青藏高原的熱環(huán) 境的 變化， 不但對(duì)我國(guó)， 而且亞洲乃至北半球的大氣環(huán)流均具有極為重要的作用， 直接影響 著東亞季風(fēng)氣候的形成和演變［1］。

1 研究區(qū)范圍

研究區(qū)位于亞東－格爾木－錫鐵山地學(xué)剖面［2］，南起西藏亞東，往北經(jīng)拉薩、當(dāng) 雄、安多、進(jìn)入青海省經(jīng)唐古拉山口、沱沱河、昆侖山口以及格爾木市，北至青海省柴達(dá)木 盆地錫鐵山，全長(zhǎng)約1 400 km，走向NNE-SSW，走廊域?qū)?00 km （見圖1）。

2 數(shù)據(jù)處理

2．1 青藏高原地質(zhì)剖面地溫測(cè)量數(shù)據(jù)

地質(zhì)剖面溫度的實(shí)測(cè)是從2001年8月24日開始， 到2001年9月10日止； 以亞東為起點(diǎn)， 沿 青藏公路布點(diǎn)， 至格爾木到錫鐵山， 全長(zhǎng)約1 400 km； 實(shí)地觀測(cè)了75個(gè)探孔 的剖面溫度，鉆孔測(cè)溫方法采用長(zhǎng)1.2 m， 直徑5 cm的洛陽鏟作 為鉆具， JM22便攜式數(shù)字溫度計(jì)測(cè)溫。 該儀器獲取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度為±0.2% ℃ ， 精度為0.1 ℃， 完全滿足測(cè)試要求。 測(cè)點(diǎn)分別設(shè)置在： 地表100 cm、 地表0 cm、 地下-20 cm、 -40 cm、 -60 cm、 -80 cm、-100 cm、-120 cm 8個(gè) 層面 （見圖2） 。

從圖2中可以看出，雖然亞東－格爾木－錫鐵山沿線的地－氣溫度變化比較大，但從整體分 析，地表0cm的溫度與地表100 cm的溫度的波動(dòng)趨勢(shì)具有良好的一致性，最高值 均出現(xiàn)在格爾木－西大灘一帶，最小值出現(xiàn)在五道梁附近。而地下-20 cm～- 120 cm的剖面溫度的波動(dòng) 趨勢(shì)具有很好的一致性。北部錫鐵山—唐古拉山即柴達(dá)木－昆侖－巴顏喀拉－羌塘地塊，剖 面溫度最低，且由北向南剖面溫度依次降低；南部浪卡子－亞東剖面即喜馬拉雅地塊體溫度 次之；中部拉薩－岡底斯地塊剖面溫度最高。其中在地震帶附近和格爾基村附近溫度最低， 出現(xiàn)冷異常；在曲水附近溫度陡增，出現(xiàn)熱異常，即怒江－班公湖縫合帶出現(xiàn)熱異常。

（1） 數(shù)據(jù)的選取 本次研究選取2001-09-09-10兩幅青藏高原的MODIS影像。MODIS有 36個(gè)通道，其中通道 1～19和通道26分布在可見光和近紅外波段，其他16個(gè)通道都分布在3～18 μm 的熱紅外波段。選取31通道（10.780～11.280 μm）和32通道（11.770～12.27 0 μm）的輻射數(shù)據(jù)作為本研究的數(shù)據(jù)源。

（2） MODIS數(shù)據(jù)的熱輻射量計(jì)算 利用定標(biāo)數(shù)據(jù)—通道的比例系數(shù)（radiance-scales ）和通道的偏移量（radianc-offse ts），將MODIS每個(gè)通道的計(jì)數(shù)值N（SIB,T,FS）換算為物理量。MODIS 1B數(shù)據(jù)中的每個(gè)通道 都是16位的整數(shù)儲(chǔ)存，在紅外通道經(jīng)定標(biāo)換算后就獲得光譜輻射亮度L（LB,T,FS）。運(yùn)算關(guān) 系式如下：

LB =radiance-scaleB (N-radiance-offsetB)

radiance-scaleB，radiance-offsetB的值可在相應(yīng)波段數(shù)據(jù)集的屬性域中獲得或者利 用Explore Inspector獲得，使用的軟件是ENVI4.0。

（3） 遙感影像的幾何糾正、鑲嵌、剪裁 利用ENVI軟件的強(qiáng)大圖像處理功能，對(duì)數(shù)據(jù)源進(jìn) 行幾何糾正、鑲嵌。并選取N26.3°～N38.25°、E88.62°～E99.69°（包含亞東—格爾木 －錫鐵山長(zhǎng)約1 400 km，寬約100 km，走向NNE-SSW的走廊域）， 長(zhǎng)約1 300 km，寬約1 036 km的長(zhǎng)方形區(qū)域作為研究區(qū)域，進(jìn)行剪 裁(見圖3)。

（4） 遙感圖像熱信息的提取 利用ENVI的波段運(yùn)算功能，以普朗克方程為基礎(chǔ)，進(jìn)行遙感影像熱信息的提取，將光譜 輻射亮度變?yōu)檩椛涞刃Я翜?見圖4)。

3 熱環(huán)境區(qū)劃

3.1 遙感影像亮溫分析

為了對(duì)影像進(jìn)行有效的區(qū)劃，首先需要對(duì)影像進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定亮溫值的范圍及其分布特 征。經(jīng)過運(yùn)算、轉(zhuǎn)換得到的輻射等效亮溫影像，其計(jì)數(shù)值代表亮溫值，單位為K。

研究區(qū)域內(nèi)亮溫值的范圍為208.82～316.717 K。其中亮溫值<2 73 K（即0 ℃）的區(qū)域， 占整個(gè)研究區(qū)域的44.81％（其中亮溫值 在208 ～220 K之間的區(qū)域， 僅占整個(gè)研究區(qū)域的0.014％）； 介 于273～300 K之間的，占整個(gè)研究區(qū)域的51.84％；>300 K的占整個(gè)研究區(qū)域的3 .53％。

根據(jù)以上分析，結(jié)果可以將影像上的亮溫值以10 K單位分為10個(gè)等級(jí)（除第一 等級(jí)外），即208～220 K，220～230 K，230～240 K ，240～250 K，250～260 K，260～270 K，270～280 K，290～300 K，300～310 K,310～320 K ，并以不同顏色表示，結(jié)果如圖5所示。

從區(qū)劃的結(jié)果可以看出：在研究區(qū)域內(nèi)，溫度分布具有明顯的區(qū)域性：西北部的溫度偏低， 即柴達(dá)木－昆侖－巴顏喀拉－羌塘地塊，平均溫度在0 ℃以下；東南部次之， 即喜馬拉雅地體，平均溫度在0 ～23 ℃；中東部溫度最高，即 拉薩－岡底斯地塊，在23 ℃以上。其中，位于N29°E91°左右存在熱異常，即 怒江—班公湖縫合帶存在熱異常。這與地面實(shí)測(cè)剖面溫度結(jié)果相一致，也與畢思文、延昊等 人［2］的研究結(jié)論相一致，說明此區(qū)劃結(jié)果可信。

4 結(jié)論

通過上述的分析，可以得出以下結(jié)論：在研究區(qū)域內(nèi)，熱環(huán)境分布具有明顯的南北條帶性， 即西北部的溫度偏低，即柴達(dá)木－昆侖－巴顏喀拉－羌塘地塊，平均溫度在0 ℃以下；東南部次之，即喜馬拉雅地體，平均溫度在0 ～23 ℃ ；中東部溫度最高，即拉薩－岡底斯地塊，在23 ℃以上。其中，位于N29°E91 °左右存在熱異常，即怒江—班公湖縫合帶存在熱異常，與地面實(shí)測(cè)剖面溫度結(jié)果相一致。

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(責(zé)任編輯：宋曉梅)