基于時空融合技術的合肥市熱島效應時空演變分析.pdf

1、隨著城市人口急速增加和城市規(guī)模不斷擴大，以城市熱島效應(Urban HeatIsland，UHI)為代表的熱環(huán)境變化，逐漸成為影響城市環(huán)境質量的重要因素。中國是城市化進程最快速的國家之一，安徽省屬于中國中東部經濟區(qū)，呈現(xiàn)多樣性的地貌、氣候和水文地質狀況。作為安徽省省會，合肥從2000至2016年建成區(qū)面積擴大了近3倍。近年來，國家氣象局根據(jù)長期的氣象資料統(tǒng)計出的中國最熱的十大城市，合肥市一直榜上有名。因此定量分析合肥市域及其周邊地區(qū)熱島

2、效應的長時序時空演變特征及其影響因素，對于合肥市城市規(guī)劃，改善居住環(huán)境具有重要的科學指導意義。本文以合肥市行政區(qū)為研究對象，對2000-2016（2006、2008年數(shù)據(jù)缺失）夏季的Landsat系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)進行定量溫度反演，Landsat TM/ETM+數(shù)據(jù)采用單窗口算法，Landsat8 OLI/TIRS數(shù)據(jù)采用大氣校正法。利用時空融合技術獲取缺失的2006和2008年的數(shù)據(jù)。對于現(xiàn)有MODIS地表溫度產品存在空值的問題，將譜多流形

3、聚類(SMMC)算法與梯度距離平方反比法相結合進行空值重建求解。結合城市不透水面覆蓋度、城市植被覆蓋度等遙感資料和城市土地利用類型、城市化發(fā)展指數(shù)等合肥市統(tǒng)計年鑒資料，全面系統(tǒng)的分析合肥市城市熱島時空演變特征的主要影響因素及其相互關系，并在一定程度上提出熱島效應的應對方案。
　　本研究主要內容包括：⑴長時序Landsat地表溫度數(shù)據(jù)集獲取，利用現(xiàn)有的比較成熟的地表溫度反演方法，獲取準確的合肥市2000-2016年(2006、200

4、8年數(shù)據(jù)缺失)夏季的Landsat地表溫度。融合2005年，2006年兩期MODIS地表溫度數(shù)據(jù)和2005年Landsat地表溫度數(shù)據(jù)得到2006年Landsat地表溫度數(shù)據(jù);融合2007年，2008年兩期MODIS地表溫度數(shù)據(jù)和2007年Landsat地表溫度數(shù)據(jù)得到2008年Landsat地表溫度數(shù)據(jù)。在MODIS地表溫度空值數(shù)據(jù)修復過程中，引入聚類算法的S-GIDS方法估算MODIS地表溫度空值數(shù)據(jù)優(yōu)于GIDS方法。單地表類型地表

5、溫度重建精度要明顯高于混合地表類型，且穩(wěn)定性較高，并表現(xiàn)出GIDS和S-GIDS兩種方法對耕地、林地的估算效果較好，對城鎮(zhèn)建設用地、裸土的估算效果相對較差。⑵合肥市熱島效應時空演變特征，從時間變化來看，2000-2006年的熱島分布較集中，熱島效應以老城市中心區(qū)域呈橢圓形狀分布，2006年和2008年的熱島中心比較相似，但2008年的熱島區(qū)域比2006年擴張的更加明顯。2010年，由于都市區(qū)人口密度逐年增加、建設用地遞增、耕地和植被面積

6、卻在逐年減少，熱島分布由市中心向四周擴張。2012-2016年合肥市熱島效應分布比較類似，雖然這一時期建成區(qū)面積在擴大，人類活動加劇，使市區(qū)熱島效應的傾向更加嚴重;但是由于加大綠化建設，顯著降低城市的熱島強度。因此，這一時期合肥市熱島強度整體變化不是很大。從空間分布來看，2000-2016年合肥市熱島的分布特征與城市建成區(qū)的布局基本保持一致，熱島效應空間分布狀態(tài)為東北—西南高、東南—西北低，隨著新興工業(yè)區(qū)的擴展和老城區(qū)加大綠化建設，強熱

7、島效應地區(qū)由老城區(qū)不斷向東部和南部擴展。⑶合肥市熱島效應影響因素及其相互關系，利用指數(shù)函數(shù)模型可以更好的定量表示地表溫度與城市不透水面的關系，兩者呈正相關關系。利用指數(shù)模型可以較好地反映地表溫度與植被覆蓋率的定量關系，隨著植被覆蓋度的不斷升高，地表溫度呈明顯下降趨勢，二者存在負相關關系。不同土地利用類型下的地表溫度大小略有差異，但總體來說，建設用地的平均溫度最高，水體的平均溫度最低，林地和農用地平均溫度大致相同。建設用地的溫度標準是所有

8、用地類型中最大的，農用地的變化大于林地，水體的溫度標準差最小。經濟推動并決定著城市化的進程;市區(qū)總人口增長，房地產開發(fā)導致促進了建成區(qū)面積和城市規(guī)模的急速擴大，導致了城市地區(qū)的熱島效應的擴張。此外，由于城市內部綠化建設力度也在不斷加大，園林綠地面積呈現(xiàn)明顯加速的趨勢，改變了城市下墊面結構，其增長的速率與城市建成區(qū)的增加速率相當，從而使得這一時期的城市熱島效應并未出現(xiàn)劇烈的擴張，園林綠地體現(xiàn)出對城市熱島發(fā)展有效的減弱作用。⑷合肥市熱島效應