上海多時(shí)段熱島效應(yīng)的遙感研究

陳命男,馬蔚純,周立國(guó),鄭茂輝

(1.復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,上海 200433;2.同濟(jì)大學(xué)上海防災(zāi)救災(zāi)研究所,上海 200092)

城市熱島是一種城市公害,會(huì)給人類健康和社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來不容低估的損失。目前研究熱島效應(yīng)的方法主要有三種,分別為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)法、氣象資料法以及遙感反演法。從遙感反演法而言,隨著技術(shù)的逐步完善,許多算法已能將反演實(shí)際地溫的誤差控制在1 K以下;且多數(shù)遙感衛(wèi)星的分辨率在1 000 m以下,適合在精細(xì)空間尺度上,定量化研究熱島效應(yīng);加上遙感衛(wèi)星已有20多年的歷史,還能在一定時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)熱島效應(yīng)進(jìn)行多時(shí)段比較研究。因此,采用遙感技術(shù)研究城市熱島已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者共同關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域。

Landsat5衛(wèi)星是由美國(guó)宇航局在1984年3月1日發(fā)射進(jìn)入預(yù)定軌道,發(fā)射歷史較長(zhǎng);且熱紅外波段的分辨率為120 m×120 m,空間分辨率精度較高。針對(duì)Landsat5而言,目前常用的兩種實(shí)際地溫反演算法分別為覃志豪等人的單窗算法和Jimenez-Munoz、Sobrino的單窗算法。本文利用1997年、2000年、2004年以及2008年的T M圖像,采用覃志豪等人的單窗算法反演出上海的實(shí)際地溫。因?yàn)椴煌鞘械臒釐u效應(yīng)在形成機(jī)制等方面具有復(fù)雜性,目前國(guó)內(nèi)遙感技術(shù)的研究主要集中在江蘇省、浙江省的大中城市以及北京市,對(duì)上海這樣一個(gè)熱島效應(yīng)嚴(yán)重的國(guó)際化大都市,有必要采用遙感技術(shù)豐富其熱島效應(yīng)的研究。

通過反演實(shí)際地溫之后,發(fā)現(xiàn)上海中心城區(qū)有明顯高于周圍地溫的熱島中心。從1997年、2000年、2004年和2008年4年來看,熱島面積在不斷擴(kuò)大,有將整個(gè)上海覆蓋的趨勢(shì)。

從1997年到2000年間,高溫區(qū)主要由中心城區(qū)向西北方向擴(kuò)張,即寶山區(qū)、嘉定區(qū)的方向。從2000年至2004年間,高溫區(qū)的面積變化不大,但浦東新區(qū)擴(kuò)張較大。而從2004年至2008年,高溫區(qū)則向西南方向發(fā)展,即青浦區(qū)、松江區(qū)和金山區(qū)的方向。

圖1 上海市中心城區(qū)熱環(huán)境分布

而從熱島效應(yīng)的強(qiáng)度來看,盡管上海的平均熱島效應(yīng)比率在這四年內(nèi)不斷加大,但極端高溫的區(qū)域則是越來越少,多數(shù)區(qū)域的熱島效應(yīng)比率集中在平均值附近。表明上海的熱島中心在不斷擴(kuò)大的同時(shí),其熱島效應(yīng)的強(qiáng)度則在不斷減弱。這也與上海積極進(jìn)行城市化擴(kuò)張,土地利用類型趨于同質(zhì)化有關(guān)。