城市热岛的遥感监测方法及应用
沈阳城区热岛效应遥感信息提取与分析

沈阳城区热岛效应遥感信息提取与分析摘要:城市热岛效应是城市气温高于四周郊区的温差现象,能对环境生态系统和人类活动产生重大影响。
近年来以遥感、地理信息系统和全球定位系统(3s)为代表的空间信息技术,因其具有传统方法所不可比拟的宏观性、多波段性及多时相性等优点,而被广泛应用于城市热岛的研究,并成为环境科学的一个新热点。
本文利用遥感监测技术对不同年代沈阳城区热岛的空间分布特征进行分析。
选用1989年、2002年、2006年、2007年4个年份的美国陆地卫星数据,主要利用erdas软件实现图像处理、建模、计算和分析。
研究结果表明,1989年到2007年沈阳市植被覆盖有所上升,与之相对应的地区地表温度较低。
热岛现象多分布在植被覆盖较少地区,其中沈阳市大东区、沈河区、皇姑区、和平区和铁西区均存在不同程度的热岛效应。
由此可针对不同地区提出相应的热岛效应缓解策略。
关键词:遥感技术;城市热岛效应;地表亮温;植被覆盖指数(ndvi)abstract: urban heat island effect is a temperature phenomena that city temperature is higher than surrounding suburbs temperature. it can seriously affect environmental and ecological systems and human activities. in recent years, spatial information technology represented by remote sensing, geographic information system and global positioning system(called 3s).itis widely used on the study of urban heat island and becoming a new hot spot of environmental science, because it is broader and has more multi-band and temporal nature than traditional methods. satellite images from landsat system for four dates in 1989, 2002, 2006 and 2007 were used to analyze the spatial distribution characteristics over shenyang city. the image datas were mainly processed by software of erdas imagine in this study.the results show that the vegetation cover increasing in shenyang 1989 to 2007, corresponding to the region the surface temperature is lower. heat island phenomenon scattered in the areas with less vegetation cover. dadong district, shenhe district, huanggu district, heping district and the district of west in shenyang have different degrees of heat island effect. therefore we can propose appropriate tactics to help relieve heat island effect for different regions. keywords: remote sensing technology; urban heat island effect; surface brightness temperature; ndvi中图分类号:tp7 献标识码:文章编号:2095-2104(2013)1-0020-02由于城市化的速度加快,城市建筑群密集、柏油路和水泥路面比郊区的土壤、植被具有更大的热容量和吸热率,使得城区储存了较多的热量,并向四周和大气中幅射,造成了同一时间城区气温普遍高于周围的郊区气温,高温的城区处于低温的郊区包围之中,如同汪洋大海中的岛屿,人们把这种现象称之为城市热岛效应[1]。
近十年南京城市热岛演变的遥感研究

资助项 目 国家重 点基 础研究 发 展规 划项 目 (0 0 B 2 55 2 1C 4 8 0 ) 作 者 简 介 江志红 , , 女 博士 , 教授 , 博士生导师 , 主要 从 事 气 候 学 研究 . ̄in@ n i .d .n z ag us eu c t 1 南京 信息工 程大学 气 象灾 害省部共 建教 育部重点实验室 , 南京 ,10 4 20 4
DS资料 的 地 温 的 空 间 分 布 型 态 与 实 际 I 接 近 ;) 于 M D 1 2数 据 和 基 于 M0 2基 O 1A 一
已被广泛 地应 用 于 U I的分 布 监 测 . o H Rt h等 和 G l ao等 研 究 了 l
U I H 与植被 指数 关 系及 U I H 对最 低 气温 的影 响 ; w n等 利 用植 被 Oe
DSL B 数 据 的 地 袁 温度 在 2 0 -2 0 I 1 00 08
年都反 映 了南京 的热 岛效 应 , 岛 区主 热 要 分布在 主城 区、 大厂 区和江 宁区, 总体 呈“ 饼 式 ” 大 趋 势 , 基 于 M D S 摊 扩 但 O I L B 数 据 的 热 岛 范 围 扩 大 比 基 于 1 M D 1 2数据 的明显很 多 ; ) O 1A 3 南京夏 季 热岛区面积在 20 -2 0 0 0 08年起 伏增 加 ,
31 1 ~ 3 3 。4 2。 6 N.
2 ∞ ∞ 吣 吣 8 O 2 4 6 。 2 2 2 2 ∞ ∞ ∞ ’ l 3 5 7 2 2 ∞ 2
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遥感专题讲座——热红外遥感

热红外遥感热红外遥感是利用热红外波段研究地球物质特性的技术手段,可以获取地球表面温度,在城市热岛效应、林火监测、旱灾监测等领域有很好的应用价值。
由于热红外遥感涉及知识多而且深,特别是地表温度反演,需要大气传输、几个定律等方面的知识,本文用通俗语言总结了热红外遥感基本原理和方法,能知道热红外遥感怎么回事及简单的应用。
本文主要包括:●基本定义和原理●常见名词●简单应用与温度反演●ENVI下地表温度反演1、基本定义和原理热红外遥感(infrared remote sensing )是指传感器工作波段限于红外波段范围之内的遥感。
这是一个狭义的定义,只是说明的数据的获取。
另外一个广义的定义是:利用星载或机载传感器收集、记录地物的热红外信息,并利用这种热红外信息来识别地物和反演地表参数如温度、湿度和热惯量等。
热红外遥感的信息源来自物体本身,其基础是:只要其温度超过绝对零度,就会不断发射红外能量,即地表热红外辐射特性。
如下图为黑体的辐射光谱曲线(不同温度下物体辐射能量随波长变化的曲线),常温的地表物体(300K左右)发射的红外能量主要在大于3μm的中远红外区,即地表热辐射。
热辐射不仅与物质温度的表面状态有关,物质内部组成和温度对热辐射也有影响。
在大气传输过程中,地表热辐射能通过3-5μm和8-14μm两个窗口,这也是大多数传感器的设计波段范围。
热红外遥感在地表温度反演、城市热岛效应、林火监测、旱灾监测、探矿、探地热,岩溶区探水等领域都有很广的应用前景。
2、常见名词热红外遥感涉及的知识多而且深,下面来了解热红外遥感中几个基本的名词。
● 辐射出射度单位时间内,从单位面积上辐射出的辐射能量称为辐射出射度,单位是 2-⋅m W● 辐射亮度辐射源在某一方向上单位投影表面、单位立体角内的辐射通量,称为辐射亮度 (Radiance),单位是瓦/平方米*微米*球面度(1-12μm --⋅⋅⋅Sr m W )。
很多地方会将辐射亮度和辐射强度区分,我这里理解的是一个概念。
西安市城市热岛效应卫星遥感分析

监 督 分 类 法 对 西 安 市 影 像 进 行 土 地 利 用 / 盖 变 化 分 类 ;在 此 基 础 上 对 西 安 市 城 市 热 岛 的 空 间 分 覆 布 特 征 及 城 市 热 岛 与 土 地 利 用 / 盖 变 化 的关 系 进 行 研 究 。 果 表 明 : 安 市 城 区地 表 温度 明 显 比 覆 结 西 郊 区地 表 温 度 高 ,由市 中心 向外 呈 现地 表 温 度 逐 渐 降 低 的趋 势 。城 市 地 表 温 度 与 土地 利用 类 型 密 切 相关 ,不 同地 表 覆 盖 类 型 的地 表 温 度 差 异 显 著 ,城 市 用 地 和 裸 地 是 城 市 热 岛强 度 的 主要 贡 献 因 素 ,水 体 和 林 地 具 有 较 好 的 降 温 作 用 。 关 键 词 :L n st T a da M ;城 市 热 岛 ;土 地 利 用 / 盖 变 化 ;亮 度 温 度 E 覆
一 0 0 7 0 8 8 + 3 2, . 3 5 D . () 1
4 结 果 与 分 析
4 1 西安 市城 市热 岛空 间分布 特征 .
由图 1可 以看 出 ,西安市 城 区亮 度 温度 明显
其 次 把辐 射亮 度值转 化为亮 度 温度
T—K2 (n ( l + 1 ) / I / )。 () 2
3 亮 温 反 演 及 土 地 利 用 / 盖 的 关 系 研 究 覆 3 1 亮 温反 演 .
计算得 到 西安市 夏 季城 区亮 温分 布结果 ( 见
图 1。 )
TM/ T E M 的 热 红 外 波 段 接 收 的 是 与地 表
遥感在城市建设中的应用

遥感在城市建设中的应用周贵强(贵阳市测绘院贵阳市遵义路4号550002)摘要:本文在简单阐述遥感的基本原理和分析方法的基础上,着重说明了遥感在现代城市建设中的应用。
文章主要从城市测绘、城市规划、城市公共安全系统、城市环境监测等方面来举例说明。
最后简单说明遥感与城市地理信息系统的关系。
关键词:遥感地理信息系统城市建设在信息时代,城市建设与信息技术密不可分,更离不开地球科学的支持。
3S (遥感RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS的简称)技术使地球科学得到前所未有的发展和广泛的应用。
随着遥感技术的不断发展和成熟,它已经成为获取地球表面信息的最重要方式。
在现代城市建设中发挥着重要作用。
一、遥感的基本原理及分析方法遥感(Remote Sensing),即“遥远的感知”。
即远距离不接触“物体”而获得其相关信息[1]。
遥感通过电磁波、力、声波等形式采集数据。
应用最多的是以电磁波方式获取数据。
因此,遥感的理论基础是电磁辐射与地表的相互作用。
电磁波遥感分为被动遥感和主动遥感。
被动遥感主要利用太阳辐射能——通过照相机或多光谱扫描仪记录地表反射或发射的电磁辐射;主动遥感——人为发出电磁能量,并记录其返回的辐射能,常见的雷达就属于主动遥感。
其中,主动遥感的过程大致如下:太阳辐射能——通过大气传播(衰减)——部分到达地面的辐射波段与地表物质相互作用——再次进入大气传播——被遥感仪器记录地表反射或发射的电磁辐射——得到图像数据——对图像数据进行处理、分析、解译——得到各种信息产品——分发给不同应用部门进行使用。
地球表面特征十分复杂,不同波段的能量到达地表后,被选择性地反射、吸收、透射、折射等。
即使同一物体在不同状态下与电磁波的作用都不尽相同。
遥感正是利用物质对电磁波的不同作用表现,进行大量的实验研究后,得到不同物质对电磁波的响应关系,从而能够通过对记录的电磁波谱特征进行反解得到地球表面的信息。
对遥感图像的分析处理的方法主要是目视法、计算机自动处理、人机交互法。
利用HJ-1B星热红外遥感图像研究城市热岛效应

H N Qj F i yn P N Z iin Y N e WN GAcu A in U Qa a A hqag A GL i i o A ihn
( hn e t r eo re ae i a C iaC ne f sucs tleD t A pi t n B in 0 0 4 C ia ro R S lt e& p l ai , e ig10 9 , hn ) c o j
( 中国资源卫星应用 中心 , 北京 10 9 ) 0 04
摘 要 文章针对中国 H 一 B “ J1 ( 环境一号” ) B 星热红外数据特点 , 以现有单通道地表温度反演算法为 基础 , 开展 H 一 B星 热 红外数 据 的地 表 温度 反 演算 法研 究 , 利 用 H — B星热 红 外遥 感 温度 图像 研 究 北 京 J1 并 Jl 热岛效应 , 对北京城 区热岛在空间上的分布及其可能的成 因作 了相应分析 。 结果表 明: 随着城市化的发展 , 北
tem li rrd d t c aatr t s a d fr e n l e e ig h a s n i te b s fln U ̄c h r a n ae a hrc ii . n ut r a ay s B in eti a d O h ai o a d SI e f a e sc h z j l l s a
D I 1 .9 9jsn1 0 — 5 82 1 .1 1 O :03 6 /i .0 9 8 1 . 2O . 0 .s 0 0
文章编 号 :09 8 1(02 0— 0 7 0 10 — 58 2 1 )10 6— 8
S u yo b n He tIln fe twi - B e m a n r r d t d n Ur a a sa d Ef c t HJ 1 Th r lI fa e h
城市热岛效应的产生及研讨方法

城市热岛效应的产生及研讨方法文章标题:城市热岛效应的产生及研讨方法工摘要:本文在简述城市化进程中城市热岛效应内涵的基础上,分析了城市热岛效应产生的原因和热岛效应给人们的工作、生活带来的不利影响,介绍了城市热岛效应研究的几种方法,探讨了遥感技术应用于城市热岛效应的前景及进一步研究的意义。
关键词:城市化热岛效应遥感前景1热岛效应产生的原因热岛效应是由多方面的原因造成的,主要原因是城市规模不断扩大和城市迅速开展,城市中高楼林立,建筑物高度集中。
城市地面导热性比松土或湿土高出数倍,并且热容量很高,散热速度快,大量接受太阳辐射,并积蓄能量,吸收和反射、辐射的热量大量被积聚、截留在不太流通的城市街道空间,从而产生热岛效应。
热岛的产生还受到地理条件和自然条件的影响,街道的走向对城市通风的影响也是热岛产生的原因。
城市人口集中,空调的密集使用排出热气,进入空气,形成一个恶性循环。
垃圾废弃物集中,汽车尾气排放的CO2也是城市热岛产生的原因之一。
同时有利于减少热岛强度的因素在城市中又被削弱,首先,在城市中缺乏高大的树木以及灌木和草地,特别是高大的乔木,因为植物能有效地阻挡、吸收太阳辐射、净化空气、减轻热岛强度;其次,建筑物阻碍空气流通,风速减小。
另外,城市中水体缺乏,蒸发量少,植被缺乏,蒸腾量也少,也增加了热岛强度。
2热岛效应的危害2.1夏季发病率提高。
夏季中暑与高温关系十分密切,每年都有因高温而中暑甚至引发死亡的事情发生,尤其在日最高温度超过37℃时,中暑病人、患肠胃疾病病人和高血压、冠心病发作的病人明显增加,由于高温导致死亡的人数也明显增加,温度升高与中暑的死亡率成正比关系。
2.2光化学污染加剧。
在高温季节,汽车尾气和工厂排放的废气中的氮氧化物和碳氢化物,经光化学反响形成一种浅蓝色的烟雾,在热岛的影响下,形成二次污染物,不易沉降,空气混浊,造成散射光,显著降低能见度,水平视程缩短,不利于车辆的行驶安全,对人的眼睛有强烈的刺激作用,也容易引发呼吸道感染。
基于遥感数据的地表温度测量与分析方法

基于遥感数据的地表温度测量与分析方法地表温度是指地表及其附近地区的温度,它是地球气候系统中一个重要的参数。
地表温度的高低不仅直接影响着人类的生产和生活,还对气候变化研究、生态环境保护等方面具有重要意义。
而遥感技术因其全面、连续、实时等特点,在地表温度测量与分析中发挥着重要作用。
本文将介绍基于遥感数据的地表温度测量与分析方法,并探讨其应用领域与发展趋势。
一、遥感数据的获取遥感数据是通过遥感卫星、飞机、无人机等载体获取的地球表面信息。
在地表温度测量与分析中,常用的遥感数据包括红外热像仪数据、多光谱遥感数据和高光谱数据。
其中,红外热像仪数据是通过探测被测物体释放的热辐射来测量地表温度的,具有高时空分辨率的优点。
多光谱和高光谱数据则通过测量不同波段的辐射能量来反推地表温度,具有获取面积广、获取周期短和获得参数多样性的优点。
二、地表温度测量方法1. 基于热红外技术的地表温度测量方法热红外技术是指根据地物在红外波段的热辐射能量来测量地表温度的一种技术。
该方法广泛应用于城市热岛效应、土地利用/土地覆盖变化等研究领域。
通过分析热红外图像,可以得出不同地物的温度分布情况,进而计算地表温度。
然而,该方法在云雾天气下的应用受到限制,且需要光谱辐射校正和大气校正等步骤。
2. 基于光谱反射率和辐射率的地表温度测量方法该方法通过测量地物的光谱反射率和辐射率来推算地表温度,常用的数据源包括红外多光谱和高光谱数据。
通过获取地物在不同波段的反射率和辐射率信息,结合地物表面的辐射和气象参数,可以利用反演模型来计算地表温度。
该方法具有较高的可靠性和准确度,特别适用于季节性冰雪覆盖地区。
三、基于遥感数据的地表温度分析方法1. 空间分布分析利用遥感数据获取的地表温度图像,可以对地表温度的空间分布特征进行分析。
通过相关统计和空间插值等方法,可以研究地表温度在不同区域的差异,揭示出城市热岛效应、气候变化等问题。
2. 时间序列分析利用遥感数据的时间序列,可以对地表温度的变化趋势和周期性进行分析。
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城市热岛的遥感监测方法及应用
城市热岛是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象,是城市发展最显著的特征之一。
对于城市热岛出现的原因,很多研究者认为与下垫面性质结构、植被覆盖情况、天气、地形、社会经济等密切相关。
随着城市化的发展,城市热岛强度及规模日益加剧,城市热岛效应产生的危害很大,热岛中心区域呈上升气流,附近的废气、污染物进入城区加重污染,严重影响居民健康。
一般来说城市热岛研究有两条途径:1)通过固定气象站点的观测数据,对城市中具体站点进行时序观测或对多个城乡站点进行对比观测,分析城乡的地表温度差异;2)利用卫星遥感获取的地表热场分布数据对比分析城乡的地表温度差异。
早期城市热岛研究主要运用站点的观测数据,但由于观测站点的分布较为稀疏,有一定的局限性,影响了对于城市热场空间分布特征的客观分析。
因此,现在依赖传统定点观测的城市热岛研究越来越少。
通过遥感手段获取的观测资料具有覆盖范围广、时间同步性好的特点,其提供的大范围地表温度空间变化信息,非常适用于分析不同空间分辨率下的城市热场空间分布特征。
1 基于温度的监测方法
根据处理温度方法的不同,可分为基于地表温度与基于地面亮温两类方法。
1.1 基于地表温度的监测方法
城市热岛效应与下垫面性质结构关系密切,但由于下垫面的复杂性以及实时探空数据获取的不易,使得地表温度的精确反演存在一定难度,因此这一方法大多是通过简化方法获取大气参数、地表比辐射率等求取地表温度。
陈健等基于MODIS和ASTER影像数据,以劈窗算法反演地表温度,利用分类结果和归一化植被指数(NDVI)等,定量分析沧州地区的城市热环境。
研究表明,
市区为高温中心,建筑物密集地、郊区人类活动频繁地带温度较高,农村用地和荒地也出现了明显的局部热中心。
杨沈斌等基于Landsat TM/ETM+影像的数据,通过反演地表温度计算城市热岛强度,研究北京城市热岛季节特征,结果显示北京城市热岛季节变化特征明显,与总云量季节变化关系显著。
夏季出现最大热岛强度,空间分布特征表现为片状发散与零星热岛并存;冬季表现为冷岛特征,其空间分布与夏季热岛一致;春季与秋季的热岛强度最小,不过春季的热岛空间差异较大。
1.2 基于地面亮温的监测方法
地面亮温是传感器在卫星高度上能够观测到的热辐射强度,也称地表辐射温度。
在城市区域范围有限的前提下,基于地面亮温的城市热岛研究一般假设研究区的大气条件接近理想,水汽状况近似一致,可以忽略大气对辐射亮温的影响。
刘恩勤等利用Landsat7 ETM+遥感数据,利用亮温代替实际地面温度来表征城市热场的方法,通过地物热红外波段辐射值反演研究城市热岛效应,结果显示研究区热岛效应明显,热场分布有明显的规律性。
虽然利用地面亮温数据进行城市热岛研究的成果较多,但地面亮温并不是地表真实温度,实际上两者相差很大,用地面亮温研究城市热岛效应,只能相对表达热岛的分布状况,其结果并不是对城市热岛强度的真实反映,所以基于地面亮温的监测方法存在一定的局限性。
2 基于植被指数的监测方法
植被指数是表征地表植被信息的重要指标,作为反映城市绿地覆盖状况的最重要信息源,广泛应用于对植被覆盖及其活力的评价。
其中,NDVI反映对植被比较敏感的近红外和可见光波段反射光谱的信息,较多地应用于植被分布状况研究中。
王艳姣等基于植被指数的北京城市热岛变化研究表明,北京夏季郊区NDVI的增加对郊区地表温度的调节作用非常显著。
唐曦等在上海城市热岛效应与植被关系的研究中,基于遥感数据对不同下垫
面结构的亮温和NDVI进行线性回归比对分析,研究表明植被与下垫面温度的负相关程度夏季较春季高,夏季植被对温度的影响更明显,即夏季植被对降低下垫面温度效果非常显著。
边倩倩等基于ETM+遥感影像的城市热岛效应与植被覆盖关系研究表明,研究区温度的分布(中心高、边缘低)与植被覆盖程度(中心低、边缘高)相反。
基于植被指数研究城市热岛也存在一定局限性:1)冬季绿色植被很少的地区,无法保证结果的准确性;2)干旱地区无法适用这个方法;3)对于海拔也有一定要求,如果高程差超过500 m,则研究结果难以符合实际。
3 基于热力景观的监测方法
景观生态学的兴起与发展,使基于热力景观的监测方法成为城市热岛研究的新方法。
这种方法应用GIS和遥感技术,从景观生态学角度研究城市热岛,建构城市热岛空间格局与评价体系。
黄聚聪等借鉴景观生态学的方法计算景观指数,利用Landsat ETM+影像数据反演地表温度,使用景观格局指数分析厦门城市热岛的季节变化特征。
其所选取的景观指数包括类型面积、斑块数量、平均斑块面积、最大斑块指数、平均邻近指数、面积加权形状指数、连通性指数、聚合度。
这些指数从数量特征、形态特征、结构特征三个方面表征厦门城市热岛空间格局特征及季节变化,研究表明:厦门城市热岛在夏季最强,春秋次之,冬季最弱。
唐泽等基于Landsat ETM+影像数据,以单窗算法反演长春市夏季地表温度,以线性光谱混合模型获取长春市不透水面盖度和植被覆盖率,构建热力景观动态度指数,分析城市热力景观格局的时空变化特征,研究表明,近10年来,长春市高温区域向郊区扩展,热力景观整体呈现破碎化。
相关研究表明,基于热力景观的监测方法能够比较快捷地获得空间范围内的地温、土地利用类型和植被指数等,但是其在时间连续性上还存在局限性。
4 结语
遥感技术的优势使其成为监测城市热岛效应不可或缺的重要手段,但目前利用遥感技术监测城市热岛比较侧重热岛范围与强度的监测,而对于缓解城市热岛的方法和途径的研究还比较薄弱,建议今后利用遥感资料与技术对此加强研究。