熱紅外遙感技術(shù)在城市熱島效應(yīng)中的應(yīng)用研究

韋　偉

摘要:現(xiàn)代遙感技術(shù)可以快速、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、周期的獲取海量數(shù)據(jù),利用熱紅外遙感技術(shù),輔以GIS空間分析技術(shù),可以獲得城市熱島強(qiáng)度的大小、空間分布及變化趨勢。文章分析了城市熱島效應(yīng)的形成及防治辦法,對(duì)遙感技術(shù)在城市熱島監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞:熱紅外遙感技術(shù);熱島效應(yīng);形成;監(jiān)測

中圖分類號(hào):TP79文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)10-0064-01

城市熱島效應(yīng)又稱“大氣熱污染現(xiàn)象”,是城市化的發(fā)展導(dǎo)致城市區(qū)域氣溫要明顯高于周圍郊區(qū)的現(xiàn)象。在氣象學(xué)近地面等溫線圖上,郊區(qū)的氣溫變化范圍很小,如同平靜的海水面,而城區(qū)則是一個(gè)明顯的高溫區(qū),如同海面上突出的島嶼,故形象的稱之為“熱島效應(yīng)“。一般情況下,城市熱島中心區(qū)域的氣溫比周圍郊區(qū)高1℃左右,最高可達(dá)6℃以上。熱島效應(yīng)加劇了夏季高溫的酷熱程度,形成高溫?zé)崂?局部城郊環(huán)流會(huì)導(dǎo)致大氣污染物滯留,嚴(yán)重影響城市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和人類生存環(huán)境。

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展,城市人口數(shù)量的不斷增加,城市的規(guī)模迅速擴(kuò)大,城市熱島效應(yīng)現(xiàn)象日益突顯。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展,采用熱紅外遙感對(duì)城市進(jìn)行地面熱狀況調(diào)查,有利于較全面的研究熱島的成因、分布特點(diǎn),提出相應(yīng)的治理措施,達(dá)到保護(hù)城市生態(tài)環(huán)境,為城市園林規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的目的。

1熱島效應(yīng)形成

熱島的形成與城市化的發(fā)展密不可分。首先,城市內(nèi)大量的人工建筑物使得下墊面的熱性質(zhì)發(fā)生改變,人工構(gòu)筑物的反射率小、吸熱快、熱容量小,在相同的太陽輻射條件下,它比自然下墊面(如綠地、水面等)升溫快,表面溫度要明顯高于自然下墊面。其次,城市中大量的機(jī)動(dòng)車輛等耗能裝置、工業(yè)生產(chǎn)、居民生活會(huì)排放大量的熱能量,導(dǎo)致城市氣溫升高。再次,城市大氣污染物種類復(fù)雜、數(shù)量大 。工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)動(dòng)車輛以及居民生活均會(huì)排放大量氮氧化物、二氧化碳、粉塵等可以吸收大量輻射能量的溫室效應(yīng)物質(zhì),從而加劇熱島效應(yīng)。

2熱島效應(yīng)的監(jiān)測

目前,常用于熱紅外衛(wèi)星遙感信息源主要有陸地衛(wèi)星TM/ETM+第6通道(10.4~12.5mic)數(shù)據(jù)以及NOAA氣象衛(wèi)星AVHRR第4通道(10.5~11.3mic)、第5通道(11.5~12.5mic),雖然TM6波段的溫度分辨率(NRTD)較NOAA低,但其地面分辨率為120m,遠(yuǎn)高于NOAA,更適宜分析研究城市熱環(huán)境的細(xì)部特征,有利于研究熱島的空間分布。

熱紅外遙感所探測到的是地面目標(biāo)的熱輻射能量,并與地面溫度、強(qiáng)度相對(duì)應(yīng),其地理信息相對(duì)較弱,可與高分辨率全色波段數(shù)據(jù)進(jìn)行校正、匹配、融合,并與Quick Bird數(shù)據(jù)進(jìn)行校正達(dá)到地理信息的一致性。通過對(duì)地表熱輻射的觀測,可推測地面溫度狀況,從而掌握地表的熱儲(chǔ)存狀況,獲得下墊面熱島分布狀況,也就間接的反映了城市氣溫?zé)釐u的分布情況。

分析過程中以相對(duì)亮溫來表示熱島強(qiáng)度,并將此無量綱因子應(yīng)用于比較同一城市同一季節(jié)的不同區(qū)域熱島強(qiáng)度差異、同一區(qū)域不同時(shí)期中的熱島強(qiáng)度的發(fā)展情況采用密度分割法對(duì)城市熱島分布狀況進(jìn)行模擬,并根據(jù)反演值的大小進(jìn)行分區(qū)段設(shè)色,不同的顏色表示不同的溫度分區(qū),尤其以同一色別不同明度更能表示數(shù)量上的差異。密度分割圖與地理地圖進(jìn)行疊加,借助GIS空間分析等輔助工具,對(duì)熱島成因及分布進(jìn)行定性分析,提出緩解熱島效應(yīng)的有效措施,并提供決策依據(jù)。

3熱島效應(yīng)的防治

緩解熱島效應(yīng)是一項(xiàng)長期的、綜合性的系統(tǒng)工程,需要相關(guān)部門的密切配合。在現(xiàn)有社會(huì)條件下,應(yīng)考慮控制空調(diào)的使用、改善市區(qū)道路的保水性能、淡化建筑物、提高能源的利用率等。加強(qiáng)城市規(guī)劃,選擇合理的城市結(jié)構(gòu)模式,樹立城市生態(tài)學(xué)觀念,尤其增加植被面積,選擇高效美觀的綠化形式,通過植物吸收熱量來改善城市局部氣候,以“綠島”拯救“熱島”,并與河湖凈化、空氣質(zhì)量監(jiān)測等生態(tài)建設(shè)活動(dòng)配合進(jìn)行。

4結(jié) 語

熱紅外遙感能夠通過獲取城市地表熱輻射狀況,捕捉城市下墊面熱島強(qiáng)度的大小和空間分布,進(jìn)而推測出城市氣溫?zé)釐u強(qiáng)度的大小和空間分布。遙感技術(shù)能夠全面有效地探測下墊面溫度特征,能快速、實(shí)時(shí)、周期、動(dòng)態(tài)地監(jiān)測城市熱環(huán)境空間分布和變化趨勢,并為熱島成因分析和治理辦法提供依據(jù),是研究城市熱島效應(yīng)的有效手段之一。目前,國內(nèi)很多城市都已建立城市熱島監(jiān)測體系,進(jìn)行城市熱島的監(jiān)測與分析。

參考文獻(xiàn):

[1] 賈海峰,劉雪華.環(huán)境遙感原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.