基于MODIS数据的长株潭地区城市热岛时空分析

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1、维普资讯http://www.cqvip.com维普资讯http://www.cqvip.com第5期历华等基于MODIS数据的长株潭地区城市热岛时空分析109法还在发展之中，目前还没有一个简单可行的多波段算法和1分别是MODIS第2波段和第1波段的反射率。可以用来进行地表温度反演。分裂窗算法是目前发展比较4结果与分析成熟的地表温度遥感反演方法，这一算法需要两个彼此相邻的热红外波段遥感数据来进行地表温度的反演。分裂4．1长株潭城市热岛的季相变化特征窗算法主要是针对NOAA—AVHRR的热红外通道4和5的数根据上述公式得到地表温度以后，对地表温度的每一据推导而来，MOD

2、IS的第31和32波段很接近于AVHRR4个像元值减去整个研究区域像元的平均值，以反映城市与和5通道的波段范围，也可以采用此算法反演地表温度。郊区的温度差异，即UHI强度时空特征。Mao等针对此特点提出了适合于MODIS数据的分裂窗算图1表示长株潭地区2005年冬、春、夏、秋(1月2法，并对其参数进行了确定。本文采用此算法来反演地日，4月21日，8月3日和10月26)4个季节的地表温度表温度，公式如下：距平的空间分布。从图1中可以明显地看出长株潭地区春=(C32(3l+D31)一C31(D32+32))／(C32A3l—C3lA32)季和夏季的UHI效果比较明显，特别

3、是夏季非常明显，而(1)其他两个季节并不明显。A3l=0．13787e3l3l从图1中可以看出夏季城市热岛最强，夏季长株潭地B31=0．13787l+31．656777"313l一31．65677区地表温度差异的空间分布呈现出明显的3个水平，即长株潭城市区的高温区，近郊区的中温区和远郊区的低温区。Ca1=(1一31)(1+(1一s31)31)0．13787城区与近郊区的地表温度差异为4。一6℃，与远郊区的差异D31=(1一31)(1+(1一s31)31)31．65677廿h兴为8。一10℃。已有研究表明，世界上UHI最强是在中高纬A32：0．1184932度的大中城市

4、，如热岛强度最大值为德国柏林13℃、加拿B32=0．11849T32+26．5003673232—26．50036大温哥华11℃、中国北京9℃、美国亚特兰大12℃。由此Ca2=(1一32)(1+(1一s32)32)0．11849可见，长株潭城区与远郊区8。一10℃的温度差异说明夏季D32=(1一32)(1+(1一s32)32)26．50036城市热岛十分严重。3．2大气透射率计算为了更为直观地显示城市热岛强度，以长沙市为例，利用公式(1)计算地表温度时需要31和32波段的大在市中心沿东西方向做了一个水平剖面，如图2所示。从图2中可以清楚地看到春季和夏季城区温度明显比郊

5、区高气透射率和地表比辐射率s。对于大气透射率，可根据大出很多，UHI效果十分明显；而冬季和秋季相差却不是很气水分含量W计算，Mao等给出了两者的关系。对于31波段：3l=2．89798—1．88366e一‘，多，UHI效果并不明显。从4幅图中可以看到城区左侧有R=0．99748个低峰值，这里就是穿过城市的湘江。从图1中也可以看出湘江形成了一个沿城市的线状相对低温带，这主要是由对于32波段：32=一3．59289+4．60414e，于水的热传导较强，水面不宜积聚热量而使表面温度相对R=0．99685较低。其中大气水分含量可以通过两通道比值法进行计算，对于MODIS数据第

6、2波段为大气窗口波段，透射率接近于1，而第19波段为水汽强烈吸收波段，这样可以利用这两一一10～8个波段的反射率的比值来计算出大气水分含量。Kaufman和一iGao12]通过了大量实验研究得出了利用MODIS数据计算大一一8～一6

7、气水分含量的公式(2)、(3)：一一6⋯4。

8、。

9、攀≯一嘲一4-~-2：f一—lnTw(—19／2)1(2)一8，一一2～O(19／2)=,O19／p2=exp(a一8)，R=0．999(3)0～2a2005年1月2日b2005年4月21日其中：是大气透射率，P。和P分别是MODIS影2一～4；jI像19和2波段的反射率，W为大气水分含量

10、，对于混合4～6型地表，O／=0．020，=0．651；对于植被覆盖的地表，a—6~8i

11、=0．012，口=0．651；对于地表是裸土的情况，a=一8_、100．040，口=0．651。由于研究区为城市区域，故采用混合

12、。_{：C型地表参数。3．3地表比辐射率计算_一般来说，对于MODIS影像1km的尺度，可以把像元c2005年8月3日d2005年10月26日大体分为两类：水体和陆地(由裸土和植被组成的混合像图1长株潭地区2005年4个季节的元)。对于水体，直接使用2个波段范围内的水体比辐射率地表温度的空间距平分布图的平均值来代替(31波段是0．99