基于遥感影像的北京地表城市热岛的研究

【作者】 彭静； 刘伟东； 龙步菊； 郭勇；

【机构】 中国农业大学资源与环境学院； 中国气象局城市气象研究所；

【摘要】 利用五幅陆地卫星的影像研究北京市规划区的地表城市热岛。首先用决策树分类法对影像分类。经过大量的试验发现b4/b3、b2/b5、b4/b7、b2/b7(bi表示第i波段)识别水体、裸地、居民地1、居民地2、茂密植被和稀疏植被效果较好。植被在b4/b3波段和NDVI波段上的值均异于其他地类,由NDVI波段的值把植被进一步划分为茂密植被、较茂密植被和稀疏植被。水体与其他地类的最佳区分波段是在b2/b7、b4/b7波段上。,裸地与居民地的区别主要在波段b2/b7上,在这个波段上裸地的光谱值明显低于居民地的灰度值。综上所述得到1987年至2002年5幅土地利用/覆盖分类图。接着工作是基于分类结果反演研究区域的表面温度(LST):⑴.灰度值(DN)转化为物体发射辐射能量。⑵.物体发射辐射能量转化为地表辐射亮温。⑶.比辐射率纠正。由于现实中真正的黑体是不存在的,比辐射率的纠正是必要的。⑷.利用比辐射率和象元的亮度温度计算地表温度。由地表温度的计算结果合成表面温度彩色图像。基于地表温度和分类结果,计算城区周围的地表温度,并与城区地表温度对比,得到地表城市热岛强度。1987年至2002年历年地表温度变化特点:水体和植被的表面温度比居民地与裸地的表面温度低,水体、植被在一定程度上可以缓解热岛效应,调节城市环境温度。北京城市规划区地表城市热岛的空间分布在1987年北京市规划区热岛现象主要集中在市中心,而且面积小,温度较高的市中心被周围低温的蓝色海洋包围。1987年北京规划区存在高温区集中分布于北京市的东城区、西城区、崇文区、朝阳区、宣武区,并联成一片,成为北京市规划区最突出高温区,除了丰台区和海淀区的地表城市热岛(SUHI)是由于山上大片裸地引起的以外,其余的明显表现为城市热岛特征,与周围的郊区较低的“凉”背景形成对比。2000年4月30日的“热岛”的面积远远比1987年大,热岛区域主要集中分布在西城区、东城区、崇文区、宣武区、海淀区、丰台区和朝阳区。2002年热岛几乎遍布了整个规划区,热岛分布范围更广,仅有山区、农地和水体呈蓝色,地表温度较低,大范围城区均有地表城市热岛现象出现(SUHI)。由于2000年以后北京市区绿化面积增加,2000年与1987年比较,前者的老城区范围内出现了破碎的“蓝色”斑点(低温区域)。2002年5月22日的影像中市中心的“蓝色”斑点更多。五个时相的数据地表城市热岛表现以下特点:水体和植被没有出现地表城市热岛现象(SUHI),而居民地和裸地存在地表城市热岛现象。茂密植被区域“冷岛”现象比较茂密植被和稀疏植被强,较茂密植被区域次之。本研究发现:①.不同地类的地表温度的变化没有明显的季节变化规律。②.不同土地利用类型与热岛效应有密切关系,地表城市热岛SUHI不仅受绿化面积影响,还与植被的生物量、植被结构有直接联系。植被的生物量越大,SHUI表现越不明显。③.地表城市热岛增加的区域与城市扩展区域一致,城市化过程是城市热岛面积不断增加的主要的原因。④.由于地表结构、用地类型、植被分布、水系等状况的不同,SUHI的表现有所不同。更多还原