天津市城市热岛遥感监测研究

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1、天津市城市热岛遥感监测研究王春红（天津中科遥感信息技术有限公司，天津，300384）摘要：随着城市化水平的提高，城市化进程的加快，城市热岛现象日益明显，成为越来越关注的环境问题。利用2009年8、9月份采集的天津市Landsat-5TM影像，通过改进的单窗算法反演天津地表温度，进而分析天津城市热岛的分布区域，并对影响城市热岛的因素进行分析，对后期工作进行展望。关键词：单窗算法、城市热岛、热红外、植被覆盖度1序言地球表面温度是一个重要的水文、气象参数，它影响大气、海、陆之间的显热和潜热交换。大空间尺度、长时间序列的温度资料，是诸多研究领域不可或缺的

2、基础资料。对于城市而言，地球表面温度是研究城市热污染的直接资料来源。市热污染是指市区气温比郊区明显偏高的大气现象，也就是人们熟知的“热岛效应”。它是指因大城市气温比周边地区气温高，导致气候变化异常和能源消费增大，从而给居民生活和健康带来影响的现象。在用等温线表示的气温分布图上，气温高的部分呈岛状，因而被称为“热岛”。近年来,随着我国城市化水平的提高和城市化进程的加快,特别是大城市区域规模的扩大,城市热岛现象日益明显,直接影响到人们的生产与生活,逐渐成为人们日益关注的重要环境问题[1]。城市热岛效应加剧了城市高温出现的频率和高温灾害，并因此带来了巨

3、大的经济损失。由于城市热岛现象的存在，使得城市地区环境质量下降，污染物不易扩散，由此引起了一系列的城市病和多发性流行病。对城市热岛动态监测的研究主要是对地表温度场的监测。由于遥感技术具有动态快速、全方位获取不同空间分辨率、光谱分辨率的特征,已成为对城市热岛效应规模及范围监测与分析的有效手段。2研究区域天津市是中华人民共和国四个中央直辖市之一,是中国大陆三大经济、金融、贸易和航运中心之一。天津市是中国北方的经济中心，国际港口城市，生态城市，是中国北方最大的沿海开放城市、近代工业的发源地、近代北方最早对外开放的沿海城市之一、我国北方的海运与工业中心，

4、拥有中国第四大的工业基地、第三的外贸港口。天津市，北纬38°34'至40°15'，东经116°43'至118°04'之间，位于我国大陆海岸线北部的渤海湾，海岸线长156公里，地处华北平原东北部、海河流域下游、环渤海湾的中心，东临渤海，北依燕山，位于海河流域下游，是海河五大支流的汇合处和入海口。气候属于温带季风气候。天津全市总面积11917.3平方公里，共辖13个区、3个县。区包括市内六区、环城四区、远郊二区和滨海新区。市六区包括：和平区、南开区、河西区、河东区、河北区、红桥区；环城四区包括东丽区、西青区、津南区、北辰区；远郊二区包括武清区和宝坻区

5、；滨海新区（原大港区、汉沽区、塘沽区行政范围）包括：天津港、天津经济技术开发区、天津保税区、原塘沽、汉沽、大港三个管委会和东丽、津南区的一部分。县包括静海县、宁河县、蓟县。1总体技术流程1.1采用数据源遥感按其探测波段可分为紫外遥感、可见光遥感、红外遥感和微波遥感。红外遥感主要探测波段在0.76-1000微米之间，根据波长又可进一步划分为近红外(0.76-3微米)、中红外(3-69微米)、远红外(6-15微米)和超远红外（15-1000微米)。从辐射源看，近红外属于太阳辐射，6微米以上属于地球辐射(又称热红外)，中红外波段是太阳辐射与大地辐射交叉

6、部分。显然，监测城市“热岛效应”应当利用热红外波段。因此地表温度反演采用数据源是2009年8-9月的Landsat-5TM（1-5、7波段分辨率是30米，6波段分辨率是60米）卫星影像。天津市覆盖4景TM，经过校正、镶嵌、天津矢量边界裁切，天津原始影像如图1：图1天津TM真彩色卫星影像1.2温度反演流程地表温度遥感估算的方法主要有两类：经验方法和理论方法。经验方法是在实际工作中利用地面定标，实测出在传感器过顶时的地面温度，建立起图像灰度值和地面温度的回归方程，求出地表温度图像[2]。理论方法是通过求解辐射传输方程，消除大气影响，求出陆地表面温度。

7、随着空间信息技术的发展，遥感陆面温度的反演技术也取得了很大进步，已发展出了多套地面温度反演方法。目前遥感反演地表温度的方法主要有传统的大气校正法、单窗算法、劈窗算法。单窗算法适用于只有一个热波段的遥感数据，主要用于TM6数据进行地表温度反演。长期以来，从TM6数据中演算地表温度通常是通过所谓大气校正法，这一方法需要估计大气热辐射和大气对地表热辐射传导的影响，计算过程很复杂，误差也较大，在实际中应用不多。覃志豪[4-5]根据地表热辐射传导方程，推导出一个简单易行并且精度较高的演算方法，把大气和地表的影响直接包括在演算公式中。该算法需要用地表辐射率、

8、大气透射率和大气平均温度3个参数进行地表温度的演算。验证表明，该方法的地表温度演算精度较高。当参数估计没有误差时，该方法的地表温度演算精