减化比值植被指数在城市热环境研究中的应用

摘要

城市热环境效应研究,传统上主要利用归一化植被指数(NDVI)作为指标来评估地表温度(LST)与植被覆盖的关系,本研究探讨了减化比值植被指数(RSR)在地表温度与植被覆盖关系中的适用性,比较了两种植被指数在表征城市热环境效应方面的能力.以南京市ETM+影像为数据源,经ATCOR2模块大气校正后,提取了南京城区地表温度、归一化植被指数和减化比值植被指数,基于实测值和同时相ASTER数据反演结果的双重验证,拟合了两种植被指数与地表温度的定量关系,并进行了对比研究.结果表明:除水体外,植被覆盖度高的区域地表温度明显低于植被稀少或无植被区;地表温度与NDVI呈显著线性负相关,与RSR呈显著幂函数负相关,后者的相关性高于前者;以RSR=3.2为界,此值之前,地表温度随着植被覆盖增加而锐减,降温速率超过1℃/1RSR,此值之后,植被覆盖继续增加,地表温度却趋于恒定,呈现植被降温效应"饱和"现象.说明若以NDVI作为热环境指标,地表温度随着植被覆盖增加而递减的速率是恒定的,与植被覆盖度大小无关,而RSR与地表温度的关系却表明,地表温度递减率随着植被覆盖的增加而降低,且植被降温效率在不同土地利用类型上存在差异已被普遍证实,并发现NDVI与RSR间的指数关系和NDVI的易饱和现象明显.对比比值植被指数(RVI)的应用结果发现,近红外和红光比值的线性拉伸是导致NDVI和RSR在表征城市热环境效应方面差异的主因,此外还与短波红外对水分敏感和能真实反映植被冠层结构有关.我国6大城市热环境研究结果均表明:RSR能直接说明对于不同下垫面,增加相同的植被覆盖度其降温效果存在差异,而不进行土地利用分类,NDVI无法揭示此现象.相比NDVI而言,RSR是一种可互补的、甚至是更适用的城市热环境评价指标,植被降温效率随着植被覆盖增加而降低,高值区植被降温的"饱和"效应是较普适性的结论.在城市绿化实践中,继续增加绿化程度较好区域的植被覆盖不仅无法达到降温效果,更因限制通风条件和增大湿度,易形成高温闷热环境,增加分布于城镇、居民区和工业区等稀疏植被区的集中绿地对于缓解城市热岛、改善城市热环境效果更为显著.