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1、基于CBERS-1 IRMSS数据长株潭试验区城市热岛遥感探究伴随着长株潭城市群综合配套改革试验区经济一体 化的实现，城市规模的不断扩大，城市热岛效应越来越明显, 已经对城市气候环境造成了很大影响。调查研究长株潭城市 群热场特征分布规律、城市热岛的形成因素、以及制定相应 的治理对策势在必行。本次研究使用了中国资源卫星应用中心提供的中巴资 源一号卫星红外多光谱扫描仪(CBERS-1 IRMSS)的长沙 幅、岳阳幅白天和夜间红外多光谱扫描仪数据(白天3景， 夜间5景)，另外收集了 Landsat 7卫星的热红外数据、长 沙市土地利用图及相关资料。IRMSS数据预处理由于扫描系统的控制精度以及探测器
2、响应的差异， IRMSS图像数据存在一定的畸变，尽管收集的数据经过初步 处理，但仍存在一些问题，所以有必要针对图像各种不同问 题产生的物理机理，对数据进行相应的预处理。数据预处理 包括正反扫描错位校正、奇偶元错位校正、噪声去除等步骤。IRMSS数据信息提取为了达到综合分析和研究城市热岛的客观性和合理性， 必须采用多要素结合方法进行空间分析和综合评估。因此， 要对不同卫星图像和其他数据进行波段配准、波段相关性及 图像合成、地理校正以及绿地特征分类和信息提取。通过数 据处理后的图像质量良好，在空间分辨率上低于TM影象， 近似于MSS影像，其多波段合成影像图，对地物、地貌景观 的反映十分清楚。经地理
3、校正后生成了地理编码数据图像， 可与不同比例尺的地形图配准，产生各种专题图，并直接纳 入GIS系统，能用于城市热岛遥感综合解译。城市热岛的形成机制及影响因素根据前人资料，结合遥感图像、实际观察结果以及土地 利用图、城市交通旅游图等多要素分析法进行综合评估，得 出热岛的形成和分布与如下因素有关：热岛形成与分布主要 与下垫面介质有关；天气、气候等气象因子、城市水体和城 市人为热源对热岛效应有一定影响；植被蒸腾作用对城市热 岛的降温效应非常明显。另外城市建筑密度和高度也影响城 市热岛的分布。建立热红外图像解译标志热红外图像成像波谱范围10.512. 5uni,它记录地物 发射热红外线的强度。地物本身
4、具有热辐射特性，各种地物 热辐射强度不同，热容量不同，在白天和夜间热红外图像上 具有不同的色调和形状，如河流和湖泊、道路和建筑物、树 林与草地、土壤，根据它们不同的热红外图像色调和形状， 可以建立热红外图象解译标志，识别不同的地物。但由于各 种因素的影响，自然地物在热红外图像上色调特征有一定变 化，因此具体问题要具体分析。例如，由于连续的阴雨天， 使得地物之间温差大大减小，不同地物的差异难以在热红外 影像上反映出来。长株潭城市热场特征分析遥感探测到的是城市下垫面地物的辐射温度表现为9波 段的灰度值，这种辐射温度与气温具有很好的相关性，可近 似反映城市地表温度。根据地面实测温度（Y）和9波段灰
5、度等值线图相对应点的灰度值（x）,建立长株潭城市群温度 场数学方程（1）和（2）,方程（1）表达了 2000年5月14 日地面温度与灰度对应关系，方程（2）表达了 2000年2月 26日地面温度与灰度对应关系。Y=10. 8+0. 1666X（1）Y=-23. 55+0. 2X （2）2000年5月14日9波段灰度范围在91146,计算最 高最低温差达9. 16C, 2000年2月26 EI 9波段灰度范围为 125146,计算最大温差达14. 2C,这因为冬天平均温度低, 而大工厂附近温度较高造成的。从9波段灰度等值线图上可 推测长株潭城市群热场高低的分布情况，线条颜色由蓝一黄 一红代表温度
6、越来越高。为了说明方便，2000年5月14日 代表夏季，2000年2月26日代表冬季。长沙市夏季温度受城市气候影响，城市热岛效应明显，城区内等温线比较稀疏，温度水平梯度小，城区边缘气温水 平梯度大，等温线密集，闭合等温线分布和走向大致与长沙 市城区轮廓平行，但城区内也可分为三个带，西部带、中部 带和东部带。西部带为低热场，这主要是受岳麓山绿地和众多湖泊的影响，但其中北部工业区为局部高热场，如长沙纺织厂、长沙锌厂等。湘江东岸为高热场，是人口密集区和商业繁华地区。烈士公至南郊公一线分布有湖南省委、湖南省政府、天心公园、贺龙体育场等单位，因其建筑密度低、绿化程度 较高，为相对低温度带。这条低温带将湘
7、江东岸的长沙市区 分为两部份，即中部带和东部带。其中中部带以中山路、南 门口和开福寺之间范围温度较高，建湘瓷厂地区温度最高； 东部带热场分布较分散，但长沙市温度场最高区在其中，即 曙光电子集团厂区附近，根据（1）式推断为34.291。长沙市城区冬季温度较低，热岛效应不明显，冷热不均, 气温水平梯度大，等温线密集，温度差别较大。在烈士公园、 岳麓山，湘江附近为低温带；在局部地区形成高热场，如人 民路的曙光电子集团和长沙毛纺织厂，另外在高桥大市场由 于建筑密度高，绿化程度低，在城区东部出现局部高热场。从长株潭三市热场特征可看出：一是夏季三市由于热岛 效应的影响，城市热场的平面展布与建成区轮廓基本一
8、致； 冬季热岛效应不明显，说明城市热岛强度有明显的季节变 化。二是老城区与工业区温度较高，形成高温区，如长沙市 黄兴路周围的老城区、湘潭钢铁厂；新建成区则由于规划布 局合理、建筑容积率低、绿化程度高呈现低温区；三是绿地 和水体在等值线图上呈现为明显的低温区，例如贯穿三市的 湘江，长沙市的烈士公园和岳麓山公园，株洲的株洲市渔场、 神龙公园等，表明绿地和水体对城市的温度起着重要的调节 作用。长株潭城市群热岛效应综合分析城市热岛是一种城市气温高于郊区的现象，夏季城市热 岛加强了长株潭城市高温的酷热程度，使居民感到不适，严 重时会引起中暑等疾病；空调降温既消耗能源，又污染环境, 影响长株潭城市生态环境
9、质量，因此削减夏季城市热岛强度 是防御夏季高温灾害、减轻城市热岛和保护长株潭城市生态 环境的一项重要措施。根据城市能量平衡方程Qu+QF二QH+QE+QG+QA+QP,要削减 城市热岛效应，关键是使方程式左边的能量收入减少，右边 的能量支出增多。 削减人为热（QF）的排放。措施 是控制人口增长，减少城市工厂煤、石油等燃料的消耗量（如 长沙曙光电子集团、长沙毛纺织厂、长沙纺织厂和长沙锌厂 等），提高利用效率和开发新能源。对于株洲市和湘潭市两 个以重工业为主的城市，更要加强热量排放的控制，特别要 对排热大户的株洲冶炼厂和湘潭钢铁厂予以监控；因为热量排放高的，空气污染程度也较髙。由于大气污染，天空能
10、见 度较低，将会使大气逆辐射增加，使城市热岛效应更加明显。削减城市净辐射量（Qu）。措施是增大城市反射率，例 如合理规划城市建筑物的高度和密度，增大建筑高度（H） 与街道宽度（W）之比，多用浅色涂料粉刷建筑物，扩大天 空视度，增大地面长波射出辐射。增加城市下垫面与空气间潜热交换（QE）、城市植物光 合作用富集能量（QP）。措施是增加城区水域面积和喷水、 洒水设施。提高城市绿地覆盖率。因为植被不仅能遮阳，吸 收转化太阳辐射能，而且可蒸腾降温和消耗二氧化碳，减低 温室效应，使城市下垫面与空气间显热交换（QH）减少。另外在步行街、人行道、停车场等处多铺设石板路、植草砖路等城市生态型道路，因其缝隙中的
11、草、土壤和水分能起到降低地面温度的作用。例如，长沙市公共绿地主要有岳麓山公园、烈士公园、南郊公、望月公园等，其中以前三者较大,呈“品”字型分布；其他如居住区绿地、单位附属绿地、防 护绿地等则均匀分布在市区，这些地区地表温度明显较低， 气温差别35,最大可差10左右。长株潭城市在过去的几年里生态环境有了很大的改善。 2006年，长沙成为继贵阳、沈阳之后的第三个国家森林城市。 2007年长沙市城乡绿化指标达到或超过了国家森林城市的 标准。2007年数字显示长沙市森林覆盖率为53. 6%,城市建 成区绿化覆盖率42.41%,绿地率37o 8%,人均公共绿地面 积9.42平方米，基本达到长株潭经济一体
12、化“十一五” 规划要求的人均公共绿地面积达到9平方米，区域森林覆 盖率达到并稳定在55%以上。根据长株潭城市群（核心区）生态建设规划（2006 2020），在长株潭城市群中大量增加绿化面积，特别是株洲、 湘潭重工业城市，并尽量做到公共绿地在城市中均匀分布， 点（区级、居住区级公园）、线（城市主要交通干线、铁路 两侧及城区内江河两岸）、面（市级综合性公园、主题公园） 相结合，以面为主，点线穿插；以小为主，中小结合，植树 与植草相结合，联成完整的园林绿地系统，以减低城市热岛 效应的影响。按规划准备建设长株潭三市的沿江（湘江）风 光带，这将使长株潭三市公共绿地增加许多，并使城市公共 绿地连成一个整体，形成较完善的长株潭城市绿地系统。这 将大大改善城市小气候，有利于建设环境宜居、城乡统筹的 新型城市，使长株潭地区人居环境变的更加舒适。（因版面限制，选登论文内容有删节。）
