基于Landsat遥感影像的杭州城市人为热定量估算研究

摘要

工业革命以来，城市作为人类活动最频繁的地域空间，一直是物质、能量、信息交换最活跃的场所。城市人为热通量(Anthropogenic Heat Flux，AHF)是指城市中由人类活动产生并排放到大气中的那一部分热量，过去由于人为热的排放较小，在城市热岛的研究中常常忽略其影响，近年来随着城市能源消耗的不断增加，产生的人为热量释放是城市热岛效应加剧的重要影响因子。学界对于人为热的研究还处在探索阶段，对其进行定量研究分析具有理论和实践两方面的意义。
　　本文在整理国内外城市人为热研究领域相关文献的基础上，通过对比能源清单法和地表能量平衡法两种计算人为的方法，发现基于能量平衡法的遥感估算方法在空间分布和数值上更加接近实际情况。利用1991年、2000年、2010年LandsatTM遥感影像计算了研究区的NDVI、MNDWI、地表反照率、地表比辐射率、地表温度等地表参数，同时提取了三年的土地利用/覆盖分类信息。结合同期气象数据计算了多个气象参数，包括空气动力学阻力、地表水汽扩散阻力、空气比辐射率、大气透射率等一系列参数。基于城市地表能量平衡方程，利用上述这些遥感参数和气象参数分别计算出地表净辐射、显热通量、潜热通量、土壤热通量，最终可以获取不同年份的城市人为热通量排放的空间分布图像。杭州人为热排放的最大值在1991年为83.63Wm-2，2000年为147.68Wm-2，到2010年为287.17Wm-2，利用GIS空间分析功能统计出历年平均值分别为18.76Wm-2、27.5 Wm-2、125.66 Wm-2，得出2000-2010年间是人为热排放增加迅速的时期。运用定量和定性相结合的方法，在分析杭州人为热时空变化的基础上，对人为热和城市发展的社会经济、用地扩张、不透水地面变化的关系进行分析，发现城市人为热通量与城市人口密度、GDP、不透水面比率呈正相关，而与城市建设用地面积无绝对关系，用地内部发生的活动变化是导致人为热在数值上攀升的主因。通过提取城市南北向和东西向剖面线上LST曲线和AHF曲线，发现城市人为热通量和地表温度变化趋势基本一致，得到城市人为热的排放对地表有增温作用，从而证明了人为热排放是城市热岛效应加剧的主要原因之一。最后针对不同的人为热源提出了人为热排放减缓的措施与建议。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 全球气候变化与城市热岛效应加剧

1．1．2 新型城镇化与节能减排新形势下的要求

1．1．3 城市热岛研究深入拓展的需要

1．2 研究意义

1．2．1 理论意义

1．2．2 实践意义

1．3 国内外城市人为热的相关研究动态

1．3．1 国外城市人为热研究

1．3．2 国内城市人为热研究

1．3．3 城市人为热估算方法比较

1．4 研究内容及框架

第二章 理论基础与研究方法

2．1 研究区概况

2．2 研究的理论基础

2．3 数据获取与介绍

2．4 研究方法

2．4．1 定量遥感方法

2．4．2 GIS空间分析方法

2．4．3 定性分析与定量分析相结合

第三章 相关地表参数的遥感提取

3．1 数据预处理

3．2 遥感因子计算

3．2．1 归一化植被指数

3．2．2 水体信息的提取

3．2．3 地表反照率的计算

3．2．4 地表比辐射率的计算

3．3 地表辐射温度反演

3．4　土地利用／覆盖分类

第四章 城市人为热遥感估算模型

4．1 地表净辐射的计算

4．1．1 向下的短波辐射分量

4．1．2 向上的短波辐射分量

4．1．3 向下的长波辐射分量

4．1．4 向上的长波辐射分量

4．2 显热通量的计算

4．3 潜热通量的计算

4．4 土壤热通量的计算

4．5 城市人为热通量

4．6 计算模型的实现

第五章 杭州城市人为热排放特征分析

5．1 城市人为热时空分布特征

5．1．1 杭州城市人为热的时间变化特征

5．1．2 杭州城市人为热空间分布特征

5．2 城市人为热与城市发展分析

5．2．1 城市人为热与城市社会经济发展的关系

5．2．2 城市人为热与城市用地扩张的关系

5．2．3 城市人为热与不透水地面变化的关系

5．3 城市人为热与地表温度的关系

5．4 城市人为热减缓措施

第六章 主要结论与研究展望

6．1 研究的主要结论

6．2 研究不足与展望

附录

参考文献

作者简历