北京地区地表温度空间分布特征与其与下垫面关系分析

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1、硕士论文：北京地区地表温度空间分布特征及其与下垫面的关系研究1绪论1．1研究背景及意义近年来，随着全球气候变暖和城市化进程的加快，大量自然地表不断被城市地表所替代，下垫面性质发生了明显的改变，产生了显著的地表温度差异，这种地表温度差异的增强表现为城市热岛的加剧。同时伴随而来的是一系列的城市生态环境问题，以及全球气候变化的复杂化。因此，在全球气候变化和城市化的背景下，研究LST与下垫面特征的关系，探究城市地表热力差异的成因，对于城市气候的研究，乃至全球气候变化响应的研究具有重要理论意义。北京地区作为政治、文化、经济交流的中心，近年来发展迅速。下垫面性质改变明显，地表温度差异更加突出，热环

2、境问题更加明显。因此研究北京地区地表温度与下垫面特征的关系，探究北京市热力差异成因，对北京市热环境治理，城市合理规划有重要实践意义。1．2国内外研究进展．．19世纪初期，Howard曾对伦敦城区和郊区的气温进行同时间的对比观测，发现城区气温比四周郊区气温高【l】。此后各国学者对不同类型的城市作了大量的城、郊温度对比研究也发现类似的现象。这种城区温度高，周围温度低的现象被称为“城市热岛”(uHI，UrbanHeatIsland)。城市热岛实质是温度差异的空间分布，是下垫面性质、城市人为热、气候条件综合作用的结果[21。城市热岛研究一直是国内外学者关注的热点，在城市化和全球气候变化加快的背

3、景下，下垫面特征及LST空间分布特征发生了显著变化，使得城市热岛的空间分布特征研究成为热岛研究的研究重点。UHI空间特征研究中传统的监测方法主要有气象台站观测、定点观测方法、运动样带法等。这些方法所获得的温度数据都是特定点上的、孤立的数据，缺乏空间上的连续性以及时间上的同步性。以此来研究具有连续性的城市热岛的空间分布特征和内部结构时具有很大的局限性，尤其当研究区域较大时，这种局限性更加突出。而遥感监测方法获取的数据具有时间上的同步性，空间上的连续性和覆盖范围广布性，弥补了传统方法在UHI空间分布特征研究中的不足。Rao(1972)首先证实了城市区域可以通过分析卫星热红外数据区分出来，并

4、使用ITOS．1卫星数据制作了美国大西洋中部沿海城市的地面热场分布刚31。很大程度上推动了利用各种遥感数据进行城市热岛研究的开展。硕士论文：北京地区地表温度空间分布特征及其与下垫面的关系研究纵观国内外基于遥感数据的城市热岛空间特征研究，主要是利用各种传感器的热红外数据进行温度(包括亮温及地表温)反演，在此基础上分析研究区域的温度分布模式；计算各种表征下垫面性质的指数；探究温度分布特征与下垫面性质的关系。起初是用NOAAAVHRR数据。Price(1979)等利用热红外制图仪数据评估了美国西北部地区城市热岛的范围和强度[41。BallingandBrazel等研究了凤凰城地区的辐射温度场

5、【51。Roth等(1989)对南美洲西岸几个城市的地表温度分布特征进行了研究【61。GaUo等(1993)利用NOAA／AVHRR数据获取了地表辐射温度并首次获取了植被指数，研究了地表温度与植被指数间的关系，结果表明城乡地表温度与植被指数存在线性关系[71。国内也有不少学者利用NOAA／AVHRR数据对沈阳、苏州等多个城市的热岛现象进行了研究【8．9】。各学者对不同区域的城市热场研究表明：在无风或微风条件下，城市热岛的空间分布位置、范围、形状都与建成区基本一致；在城市内部，城市热场的分布结构与土地覆盖特征密切相关，低植被的工业区和商业区呈现出明显的高温中心，植被覆盖度大的乡村则显示为

6、低温区域。然而，NOAA／AVHRR气象卫星数据1．1km的空间分辨率只适用于大尺度热制图，只能用于宏观分析城市热岛水平分布形态以及与土地覆盖类型的关系，无法详细地分析城市内部热力差异以及与城市地表格局的关系。中分辨率的LandsatTM／ETM+，ASTER，以及ATLAS数据更适合研究城市内部热力差异以及与城市内部地表覆盖性质的关系。CarnahanandLarson用120m空间分辨率的TMTIR数据研究了Indianapolis城区与郊区的中尺度温度差异【10】。Kim(1992)研究了首府华盛顿的UHI现象，指出土壤反射率和土壤湿度对地表能量平衡的重要意义【111。Nicho

7、l(1994)用TM数据详细研究了新加坡的住宅区的小气候[12】。Weng(2001；2003)研究了广州及珠江三角洲城市群LST模式和地表覆盖的关系【13-14】。赵丽丽、赵云升(2006)利用ETM+遥感影像对广州城市热岛效应进行了监测【l51。黄荣峰、徐涵秋(2005)利用LandsatE1rM+影像研究了福州市土地利用／覆盖与城市热环境的关系【16】。张新刚等(2004)利用TM数据对杭州市热岛效应进行了监Ntl7】。周红姝、周成虎等(