基于RS和GIS的韶關(guān)市湞江區(qū)河流冷島效率分析

張妤琳

（韶關(guān)學(xué)院 廣東·韶關(guān) 512005）

0 前言

城市熱島效應(yīng)是指區(qū)域內(nèi)同一時(shí)間內(nèi)城市空氣溫度明顯高于郊區(qū)空氣溫度的現(xiàn)象。冷島效應(yīng)是一種緩解熱島效應(yīng)的現(xiàn)象，是相對(duì)于熱島效應(yīng)而提出的，較多學(xué)者認(rèn)為城市綠地降溫效應(yīng)顯著。邱海玲研究表明城市綠地具有緩解城市熱島效應(yīng)的作用。李東海利用RS和GIS技術(shù)，定量探討了河流寬度差異所引起的緩解差異。軒春怡等從水域布局為出發(fā)點(diǎn)，研究不同布局對(duì)城市的降溫作用。

因此，本文利用RS和GIS技術(shù)，揭示研究區(qū)河流冷島效應(yīng)的有效范圍，對(duì)河流作用于不同梯度景觀的冷島效率進(jìn)行定量分析，對(duì)比河流不同緩沖區(qū)距離內(nèi)的溫度差異，找出冷島效應(yīng)的有效范圍，對(duì)比分析河流作用于“森林—農(nóng)村—城市”三種梯度景觀的冷島效率。

1 數(shù)據(jù)與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文利用的遙感數(shù)據(jù)源為韶關(guān)市 2016年8月1日的LandsatOLI遙感影像，該影像研究區(qū)域無(wú)云，地表特征清晰，圖像干擾較少。采用遙感影像處理平臺(tái)（ENVI）以及地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)（Arcgis）對(duì)遙感影像進(jìn)行處理。

1.2 研究方法

土地利用分類(lèi)采用監(jiān)督分類(lèi)方法，分為建設(shè)用地、水域、林地、耕地和未利用地五類(lèi)，其中水域通過(guò)NDWI指數(shù)進(jìn)行提取。通過(guò)大氣校正法的地表溫度反演方法，獲得研究區(qū)圖像輻射定標(biāo)、黑體輻射亮度，最終得到地表溫度反演數(shù)據(jù)。

冷島強(qiáng)度定義為冷島中心溫度與城市中心平均溫度差值，可理解為降溫幅度，公式為：冷島強(qiáng)度=城市中心平均溫度-緩沖區(qū)內(nèi)平均溫度。冷島效率定義為冷島效應(yīng)單位距離內(nèi)的冷島強(qiáng)度。公式為：冷島效率=冷島強(qiáng)度/緩沖區(qū)面積。

2 研究結(jié)果

2.1 湞江區(qū)2016年土地利用

從土地利用圖中可以看出河流主要分布在西南部，行政區(qū)邊界與其重疊，建設(shè)用地主要是分布于河流的兩岸。數(shù)據(jù)表明，建設(shè)用地占總行政區(qū)面積的14.07%，水域占 8.43%，耕地占18.37%，未利用地占5.87%，林地占53.26%。

2.2 熱空間分布格局

分析得出研究區(qū)反演最高溫度是42℃，最低是21℃，平均溫度是26.81℃。低溫區(qū)域主要分布在東部的山體，高溫分布在湞江區(qū)的西南和東北方向，主要為工業(yè)區(qū)，該地區(qū)有較多裸露的地表。建設(shè)用地的地表平均溫度是28.76℃，比平均溫度高了1.95℃；水域平均溫度為24.32℃，比平均溫度低了2.49℃。

圖1：湞江區(qū)土地利用現(xiàn)狀圖

圖2：湞江區(qū)地表溫度反演圖（圖例單位℃）

2.3 河流對(duì)周邊環(huán)境的冷島效應(yīng)

本文的研究是針對(duì)不同梯度景觀的，因此沿河流選取了三個(gè)景觀代表位置。城市景觀是位于Y字形河流的主體位置，湞江區(qū)城市的中心位置；以建設(shè)用地為主；農(nóng)村景觀位于Y字形河流最下端的郊區(qū)地帶，以耕地為主；森林景觀是位于Y字形河流的左上端，以森林為主。

2.3.1 不同土地景觀河流緩沖區(qū)溫度分析

本文利用緩沖區(qū)分析河流冷島效應(yīng)的范圍。以河流岸邊為起點(diǎn)，每隔 50米作為一個(gè)緩沖區(qū)，最大緩沖半徑是 250m；利用交集取反、聯(lián)合、分區(qū)統(tǒng)計(jì)等工具，得到各個(gè)緩沖區(qū)內(nèi)的面積、最低溫、最高溫、平均溫等數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）。

表1：研究區(qū)河流緩沖區(qū)溫度分析

2.3.2 不同土地景觀緩沖區(qū)溫度變化趨勢(shì)

將城市、農(nóng)村、森林緩沖分析結(jié)果的平均溫度做成變化趨勢(shì)圖，可以發(fā)現(xiàn)：在150m緩沖范圍內(nèi)，河流對(duì)周邊環(huán)境有明顯的降溫作用，距離河流越近，降溫效果越明顯；而對(duì)于150m以外的范圍，河流幾乎不起降溫作用。由此說(shuō)明湞江區(qū)河流的降溫效果主要產(chǎn)生于河流岸邊的150m范圍內(nèi)。

圖3：研究區(qū)內(nèi)不同土地景觀緩沖區(qū)溫度變化趨勢(shì)圖

由“森林—農(nóng)村—城市”三種梯度景觀對(duì)比分析可得出：農(nóng)村溫度遠(yuǎn)低于城市，最大差值為4.16℃。森林平均溫度都比城市和農(nóng)村的高，即T森林＞T城市＞T農(nóng)村。從變化趨勢(shì)上看，城市景觀梯度溫度變化幅度最大，差值為 3.33℃；農(nóng)村景觀梯度次之，為 1.50℃；森林景觀梯度最小，趨勢(shì)線較為平穩(wěn)，差值為0.31℃。

2.4 三種不同梯度景觀的冷島效率分析

城市梯度景觀冷島效率計(jì)算結(jié)果表明0-50m緩沖區(qū)范圍內(nèi)，河流冷島效率最高，并隨著與河流距離的增加，冷島效率降低，冷島效率與河流的距離呈負(fù)相關(guān)。與此同時(shí)，冷島效率隨著距離的增加降幅逐漸減小，并逐漸有平穩(wěn)的趨勢(shì)（如圖4）。

圖4：城市景觀冷島效率趨勢(shì)圖

農(nóng)村梯度景觀冷島效率最高在0-50m緩沖區(qū)范圍內(nèi)，隨著與河流距離的增加，冷島效率降低，冷島效率與河流的距離呈負(fù)相關(guān)。與此同時(shí)，在0-250m緩沖區(qū)范圍內(nèi)，冷島效率降幅逐漸增大，由此表明在農(nóng)村梯度景觀中溫度差異大（如圖5）。

圖5：農(nóng)村景觀冷島效率趨勢(shì)圖

森林梯度景觀冷島效率最高的范圍依然是0-50m，并隨著與河流距離的增加，冷島效率降低，冷島效應(yīng)與河流的距離呈負(fù)相關(guān)。森林梯度景觀與城市梯度景觀和農(nóng)村梯度景觀相比，冷島效率依然是變化較為平緩的（如圖6）。

圖6：森林景觀冷島效率趨勢(shì)圖

3 結(jié)論與討論

本文以Landsat8 OLI遙感影像為數(shù)據(jù)源，基于RS和GIS技術(shù)進(jìn)行土地利用分類(lèi)，得到了湞江區(qū)2016年土地利用現(xiàn)狀圖；在水域提取的基礎(chǔ)上，采用大氣校正法進(jìn)行地表溫度反演，得到湞江區(qū)地表溫度分布格局。同時(shí)采用空間分析方法，定量探討了河流對(duì)周邊環(huán)境的降溫作用，發(fā)現(xiàn)城市與郊區(qū)溫度最大差值為4.16℃；建設(shè)用地地表溫度較高，水域地表溫度明顯低于建設(shè)用地地表溫度，差值為 4.44℃；根據(jù)各緩沖區(qū)的平均地表溫度進(jìn)行分析，認(rèn)為森林梯度景觀溫度＞城市梯度景觀溫度＞農(nóng)村梯度景觀溫度，但森林梯度景觀的溫度變化差異較少，而農(nóng)村梯度景觀溫度變化差異大，所研究的三個(gè)梯度景觀的共同點(diǎn)在于，河流降溫效果主要集中在150m的區(qū)域范圍內(nèi)。

該遙感影像成像時(shí)剛好研究區(qū)是在強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“妮妲”的影響范圍內(nèi)，因此本文地表溫度反演的結(jié)果可能會(huì)受到當(dāng)時(shí)環(huán)境的影響而比不同年份的當(dāng)季溫度要低。另外，本次研究都是基于同一個(gè)遙感數(shù)據(jù)源，不足以代表整體情況，且研究的區(qū)域是湞江區(qū)，缺乏代表性。