本文關鍵詞： 城市化 城市熱島 土地覆蓋 不透水面覆蓋比例 HJ-1B 溫度變化速度　出處：《浙江大學》2013年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：快速的城市化進程,不僅僅是城鎮(zhèn)人口的增長和建設用地規(guī)模的擴大,也是對城市容納能力的巨大考驗,勢必對城市環(huán)境包括氣候、水文、生態(tài)等帶來一系列影響。近年來,在全球變暖和快速城市化進程的背景下,城市熱環(huán)境在地表物理性質(zhì)和人類社會經(jīng)濟活動的雙重作用下,是城市生態(tài)環(huán)境的綜合概括。城市熱島效應是城市熱環(huán)境的集中體現(xiàn),不僅影響城市居民的居住舒適感和身體健康,同時也可能導致各種熱浪災害的發(fā)生。我國在《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中明確要求,為提升城市功能和節(jié)約利用空間,要把城市熱島效應的形成機制與人工調(diào)控技術作為重點研究內(nèi)容。 人類對土地的利用和管理方式的變化引起地球表面土地覆蓋的變化,城市化導致在城市區(qū)域形成了有別于自然地表的土地覆蓋狀況。土地覆蓋的變化導致近地層大氣動力和熱力學結構發(fā)生改變,對區(qū)域大氣環(huán)境、邊界層結構、氣候狀況等都產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。因此,開展城市熱島對土地覆蓋及其變化的響應關系的研究可為土地利用管理和城市規(guī)劃提供理論依據(jù)；基于中等空間分辨率的遙感影像開展這一研究,能夠為集成遙感和地理信息系統(tǒng)手段對區(qū)域城市熱島進行監(jiān)測和分析奠定一定的基礎,從而為應對未來人類活動可能引發(fā)的全球氣候變化提供更多所需的技術知識。 本研究利用HJ-1B衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演土地覆蓋和地表溫度信息,結合氣象站點觀測氣溫數(shù)據(jù),分析土地覆蓋與不同時刻的氣溫(Tair)和基于遙感反演的地表溫度(LST)、與不同時刻的Tair和LST的相關性以及與城市氣溫熱島和城市地表溫度熱島的空間分布的相關關系；利用Landsat系列遙感影像監(jiān)測杭州市區(qū)上世紀90年代以來的土地覆蓋變化狀況,并且從土地覆蓋的年際變化和季節(jié)性變化兩個時間尺度,定性和定量研究土地覆蓋變化與城市熱島的強度和空間分布的相關關系。通過研究,取得的主要成果如下： (1)利用HJ-1B遙感影像反演大氣氣溶膠濃度(AOD)和大氣校正、提取土地覆蓋信息以及反演地表溫度。針對HJ-1B缺少暗目標法反演AOD的重要波段—2.1μm,提出了一種綜合利用HJ-1B同臺搭載的多光譜CCD和IRS2(1.6μm)反演AOD的方法：利用CCD第4波段(近紅外)和AFRI植被指數(shù)提取暗目標像元、采用6S大氣輻射傳輸模型模擬構建查找表、基于暗目標像元的紅波段和藍波段的地表反射率具有較好的線性關系這一原理反演AOD,精度分析結果表明：該方法較為穩(wěn)定和可靠,能夠滿足實際應用的需求；針對HJ-1B多光譜CCD30米空間分辨率導致城市區(qū)域存在嚴重的混合像元問題,提出了一種提取城市土地覆蓋信息的方法：首先基于線性光譜混合分析,利用高反射率、低反射率、植被和藍色建材四個端元對研究區(qū)像元進行光譜分解,其次在光譜分解結果的基礎上,利用重復自組織數(shù)據(jù)分類技術(Iterative ISODATA)提取城市土地覆蓋信息,最終得到每個像元的土地覆蓋構成-不透水面覆蓋比例、植被覆蓋比例、土壤覆蓋比例和水體覆蓋比例,精度分析結果表明：基于該方法提取城市土地覆蓋信息的結果在合理的誤差范圍之內(nèi),可用于進一步的應用研究；針對HJ-1B熱紅外波段反演地表溫度所需地表比輻射率估算方法的研究空白,利用ASTER光譜庫數(shù)據(jù)和HJ-1B熱紅外波段光譜響應函數(shù)進行計算,給出了HJ-1B熱紅外通道的典型地物的地表比輻射率,并針對HJ-1B熱紅外波段數(shù)據(jù)300米空間分辨率導致的混合像元的問題,利用與其同臺搭載的30米空間分辨率的CCD數(shù)據(jù)計算混合像元地表比輻射率,采用普適性算法反演地表溫度,反演結果與地表實際情況較為吻合。 (2)不透水面與植被對LST和夜間的Tair變化十分敏感,不透水面覆蓋比例和植被覆蓋比例可作為表征LST和夜間的Tair的有效指標。LST(10：30am)與不同時刻的Tair呈顯著性相關,尤其是與上午10點和晚上0點高度相關,時間相近是導致LST與上午10點的Tair高度相關的主要原因,土地覆蓋是導致LST與夜間Tair高度相關的重要因子并且不透水面覆蓋比例是表達這一相關性的有效指標。建設密度越大、建筑物越高的區(qū)域越容易發(fā)生城市地表溫度熱島效應,白天沒有明顯的城市氣溫熱島現(xiàn)象,夜間城市氣溫熱島易發(fā)生在建設密度較大的區(qū)域。 (3)定量化城市氣溫熱島的空間分布,輔助人們的居住選址,結果表明杭州最優(yōu)的居住區(qū)域為在“冷島”區(qū)域附近或者具有較大的溫度變化速度區(qū)域,主要為杭州市區(qū)南方向(S)至東北方向(NE)(順時針)。定量化城市氣溫熱島包括三個步驟：1、根據(jù)氣象站點的空間分布簡化城市氣溫熱島的空間格局；2、利用城市中心與其他站點的溫差定量化城市氣溫熱島強度；3、利用溫度變化速度指標定量化城市氣溫熱島空間分布。本研究首次提出了溫度變化速度這一指標,用于衡量在城市生活中人們犧牲生活便利度換取相對優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境的效率。 (4)利用Landsat系列數(shù)據(jù)監(jiān)測上世紀90年代以來杭州市區(qū)土地覆蓋的時空變化特征,結果表明：城市擴張、人們生活水平的提高、政府相關保護政策以及農(nóng)業(yè)結構調(diào)整導致不透水面、城市綠地和水產(chǎn)池塘面積增加,占用了大量農(nóng)田(水田和旱地)和少量林地,西溪濕地在后期由于得到了政府的大力保護而未繼續(xù)被占用；從空間分布上來看,城東、城西、下沙和之江區(qū)塊的不透水面逐步向行政邊界方向擴張,主城和濱江區(qū)塊的不透水面逐步向錢塘江方向擴張,城市濕地由城市內(nèi)部逐步向城市郊區(qū)方向萎縮。 (5)城市化導致城市熱島效應加強,并且熱島區(qū)域的空間分布更為連續(xù)和集中,在擴張過程中建設用地占用濕地資源對城市熱島效應的促進作用大于占用植被資源。杭州市區(qū)的城市熱島效應夏季最強,春、秋次之,冬季沒有明顯的熱島效應,在不同的季節(jié),不同的土地覆蓋類型緩解城市熱島效應的作用有所不同,不受季節(jié)和氣候變化影響的城市不透水面覆蓋比例可作為表征城市熱島強度季節(jié)性變化的良好指標。
[Abstract]:In recent years , in the context of global warming and rapid urbanization , urban thermal environment is a comprehensive summary of urban ecological environment . In recent years , in the context of global warming and rapid urbanization , urban thermal environment is a comprehensive summary of urban ecological environment . This research can provide theoretical basis for land use management and urban planning , which can provide theoretical basis for land use management and urban planning . Therefore , it can provide a certain foundation for the monitoring and analysis of regional urban heat island by integrating remote sensing and geographic information system , so as to provide more technical knowledge for the global climate change which may be caused by future human activities . In this study , the relationship between land cover and surface temperature information ( Tair ) and surface temperature ( LST ) based on remote sensing inversion are analyzed by using the data of the data inversion of the satellite data . The correlation between the land cover and the spatial distribution of the city ' s temperature heat island and the urban surface temperature heat island is analyzed . The relationship between the change of land cover and the intensity and spatial distribution of the urban heat island is studied qualitatively and quantitatively from the interannual variation and seasonal variation of the land cover . The main results obtained are as follows : This paper presents a method to extract the information of urban land cover , which is based on the results of spectral decomposition . The results show that the method is more stable and reliable and can meet the needs of real application . The results show that the method is stable and reliable , and the surface emissivity of the mixed image element is calculated by using the CCD data of 30 meters spatial resolution . LST ( 10 : 30am ) is related to Tair height at 10 : 00 a.m . ( 3 ) To quantify the spatial distribution of urban air temperature heat island and to assist people ' s residential location . The results show that Hangzhou ' s optimal residential area is near the area of " cold island " or has a large temperature change speed area , mainly the south direction ( S ) to the northeast ( NE ) ( clockwise ) of Hangzhou city . ( 4 ) The spatial and temporal characteristics of land cover in Hangzhou urban area since 1990 ' s are monitored by using the data of the series data . The results show that the urban expansion , the improvement of people ' s living standard , the government - related protection policy and the adjustment of agricultural structure result in the water - impermeable surface , the urban green land and the aquaculture pond area increase , occupy a large amount of farmland ( paddy field and dry land ) and a small amount of forest land . ( 5 ) The urbanization leads to the strengthening of the urban heat island effect , and the spatial distribution of the hot island region is more continuous and concentrated . The urban heat island effect of the construction land in the expansion process is greater than that of occupying the vegetation resources . The urban heat island effect in the urban area of Hangzhou is the strongest in summer , and in the spring and autumn , there is no obvious thermal island effect . In different seasons , different land cover types can alleviate the effect of the urban heat island , and the coverage ratio of the urban water impermeable surface which is not affected by the seasons and climate change can be used as a good indicator for characterizing the seasonal variation of the strength of the urban heat island .

【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：X16;P237

【參考文獻】

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