基于遥感数据合肥市热岛时空特征变化及气温反演研究

摘要

在高速城市化的背景下，城市热环境被认为是主导整个城市环境的主要因素之一。城市化的快速推进导致城市热环境问题凸显，不透水面的增温效应是导致城市热环境问题的重要因素之一。目前，针对城市最适不透水面盖度的研究不足，对不透水面的增温效应研究较少。
　　气温的获取一直以来都是根据气象观测手法进行监测而得到的，高分辨率气温的获取一直以来都是研究与应用的难题之一。现有文献只针对气温与地温之间的转换关系进行研究，多种反演算法只针对地表温度进行反演，对气温进行反演的研究尚未有所报道。
　　针对上述问题，本文以合肥市为研究区，利用landsat-8遥感数据对合肥市热岛效应的时空特征变化进行了分析，并根据遥感数据提取城市不透水面信息，结合气象观测数据研究了不透水面的增温效应，获取城市最佳不透水面阈值，并使用遥感数据反演1.5m高气温，输出气温空间分布信息，探索气温反演技术的可行性。根据地温-气温转换模型得到城市气温空间分布，运用实测数据进行气温订正，突破了传统气温地统计学插值法的约束，实现气温分布从大尺度向小尺度的空间转换，突破实际应用的局限性。研究表明：
　　（1）合肥市四季均存在热岛现象，热岛强度表现为夏季最强，秋季次之，春季、冬季较弱。春、夏、秋三个季节热岛多集中在主城区，冬季热岛多分布在乡镇及裸土区，城区热岛强度较弱。城市热岛效应与下垫面类型密切相关，热岛多集中在不透水面和裸土区，热岛强度较大；城市热岛分布与NDVI呈明显负相关，与NDBI呈正相关关系。
　　（2）不透水面盖度与地表温度呈显著正相关，随着不透水面盖度增加，地表温度呈指数增长；不透水面盖度与气温之间为线性正相关关系。本文提出的MNDISI指数可以较好的提取不透水面信息，总体精度可以达到86.1％。随着不透水面盖度增加，地表温度上升速度高于气温的上升速度。当区域内的不透水面盖度在43%时，区域内不透水面增温效应和其他地物的降温效应达到动态平衡。当区域内不透水面盖度低于43%时，其他下垫面综合降温效应起主导作用，地表温度上升缓慢。城市最佳不透水面覆盖度应低于43%，有针对性的增加植被和水体，改善城市下垫面格局有利于缓解城市热岛效应。
　　（3）使用遥感数据反演气温是可行的。本文提出了一种基于NDVI指数划分城市下垫面的方法，可以应用于气温反演研究，划分方法具有地区通用性，划分结果与下垫面实际情况较为接近。并基于该方法获取不同下垫面的地温-气温转换模型，根据该模型对1.5米高度的气温进行反演研究，反演结果表明：气温平均绝对误差为0.88℃，并有62.93%的数据误差在1℃以内。

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1 文献综述

1.1 研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容

1.4创新点

1.5 研究技术路线

2研究区概况与数据处理

2.1研究区概况

2.2 研究数据源

2.3 地表温度反演处理方法

3合肥市热岛时空特征分析

3.1 不同季节合肥市热岛的空间变化

3.2城市热岛与地表类型的关系

3.3地表温度与NDVI和NDBI的关系分析

3.4本章小结

4合肥市不透水面增温效应研究

4.1不透水面盖度与地表温度关系分析

4.2 不透水面盖度与气温关系分析

4.3 不透水面的增温效应分析

4.4本章小结

5 气温反演研究

5.1基于NDVI指数的城市下垫面划分

5.2基于地统计分析的气温插值研究

5.3 气温反演研究

5.4 本章小结

6 结论与讨论

6.1主要结论

6.2研究展望

参考文献

致谢

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