摘 要 隨著城市規(guī)模的迅速擴大，城市熱島效應(yīng)愈發(fā)明顯。遙感技術(shù)提供的大范圍地表溫度空間變化信息，非常適用于分析不同空間分辨率下的城市熱場空間分布特征。城市熱島的遙感監(jiān)測方法主要有基于溫度、基于植被指數(shù)、基于熱力景觀的方法。利用遙感技術(shù)監(jiān)測城市熱島效應(yīng)，目前比較側(cè)重?zé)釐u范圍與強度的監(jiān)測，而對于緩解城市熱島的方法和途徑的研究還比較薄弱，應(yīng)當(dāng)利用遙感資料與技術(shù)對此加強研究。
　　關(guān)鍵詞 城市熱島；地表溫度；地面亮溫；植被指數(shù)；熱力景觀
　　中圖分類號：X16；X87 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.09.072
　　城市熱島是指城市中的氣溫明顯高于外圍郊區(qū)的現(xiàn)象，是城市發(fā)展最顯著的特征之一[1]。對于城市熱島出現(xiàn)的原因，很多研究者認為與下墊面性質(zhì)結(jié)構(gòu)、植被覆蓋情況、天氣、地形、社會經(jīng)濟等密切相關(guān)。隨著城市化的發(fā)展，城市熱島強度及規(guī)模日益加劇[2]，城市熱島效應(yīng)產(chǎn)生的危害很大，熱島中心區(qū)域呈上升氣流，附近的廢氣、污染物進入城區(qū)加重污染，嚴重影響居民健康。
　　一般來說城市熱島研究有兩條途徑：1）通過固定氣象站點的觀測數(shù)據(jù)，對城市中具體站點進行時序觀測或?qū)Χ鄠�城鄉(xiāng)站點進行對比觀測，分析城鄉(xiāng)的地表溫度差異；2）利用衛(wèi)星遙感獲取的地表熱場分布數(shù)據(jù)對比分析城鄉(xiāng)的地表溫度差異。早期城市熱島研究主要運用站點的觀測數(shù)據(jù)，但由于觀測站點的分布較為稀疏，有一定的局限性，影響了對于城市熱場空間分布特征的客觀分析。因此，現(xiàn)在依賴傳統(tǒng)定點觀測的城市熱島研究越來越少。通過遙感手段獲取的觀測資料具有覆蓋范圍廣、時間同步性好的特點，其提供的大范圍地表溫度空間變化信息，非常適用于分析不同空間分辨率下的城市熱場空間分布特征。
　　1 基于溫度的監(jiān)測方法
　　根據(jù)處理溫度方法的不同，可分為基于地表溫度與基于地面亮溫兩類方法[3]。
　　1.1 基于地表溫度的監(jiān)測方法
　　城市熱島效應(yīng)與下墊面性質(zhì)結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，但由于下墊面的復(fù)雜性以及實時探空數(shù)據(jù)獲取的不易，使得地表溫度的精確反演存在一定難度，因此這一方法大多是通過簡化方法獲取大氣參數(shù)、地表比輻射率等求取地表溫度。陳健等基于MODIS和ASTER影像數(shù)據(jù)，以劈窗算法反演地表溫度，利用分類結(jié)果和歸一化植被指數(shù)（NDVI）等，定量分析滄州地區(qū)的城市熱環(huán)境。研究表明，市區(qū)為高溫中心，建筑物密集地、郊區(qū)人類活動頻繁地帶溫度較高，農(nóng)村用地和荒地也出現(xiàn)了明顯的局部熱中心[4]。楊沈斌等基于Landsat TM/ETM+影像的數(shù)據(jù)，通過反演地表溫度計算城市熱島強度，研究北京城市熱島季節(jié)特征，結(jié)果顯示北京城市熱島季節(jié)變化特征明顯，與總云量季節(jié)變化關(guān)系顯著。夏季出現(xiàn)最大熱島強度，空間分布特征表現(xiàn)為片狀發(fā)散與零星熱島并存；冬季表現(xiàn)為冷島特征，其空間分布與夏季熱島一致；春季與秋季的熱島強度最小，不過春季的熱島空間差異較大[5]。
　　1.2 基于地面亮溫的監(jiān)測方法
　　地面亮溫是傳感器在衛(wèi)星高度上能夠觀測到的熱輻射強度，也稱地表輻射溫度。在城市區(qū)域范圍有限的前提下，基于地面亮溫的城市熱島研究一般假設(shè)研究區(qū)的大氣條件接近理想，水汽狀況近似一致，可以忽略大氣對輻射亮溫的影響[6]。劉恩勤等利用Landsat7 ETM+遙感數(shù)據(jù)，利用亮溫代替實際地面溫度來表征城市熱場的方法，通過地物熱紅外波段輻射值反演研究城市熱島效應(yīng)，結(jié)果顯示研究區(qū)熱島效應(yīng)明顯，熱場分布有明顯的規(guī)律性[7]。
　　雖然利用地面亮溫數(shù)據(jù)進行城市熱島研究的成果較多，但地面亮溫并不是地表真實溫度，實際上兩者相差很大，用地面亮溫研究城市熱島效應(yīng)，只能相對表達熱島的分布狀況，其結(jié)果并不是對城市熱島強度的真實反映，所以基于地面亮溫的監(jiān)測方法存在一定的局限性。
　　2 基于植被指數(shù)的監(jiān)測方法
　　植被指數(shù)是表征地表植被信息的重要指標，作為反映城市綠地覆蓋狀況的最重要信息源，廣泛應(yīng)用于對植被覆蓋及其活力的評價。其中，NDVI反映對植被比較敏感的近紅外和可見光波段反射光譜的信息，較多地應(yīng)用于植被分布狀況研究中。王艷姣等基于植被指數(shù)的北京城市熱島變化研究表明，北京夏季郊區(qū)NDVI的增加對郊區(qū)地表溫度的調(diào)節(jié)作用非常顯著[8]。唐曦等在上海城市熱島效應(yīng)與植被關(guān)系的研究中，基于遙感數(shù)據(jù)對不同下墊面結(jié)構(gòu)的亮溫和NDVI進行線性回歸比對分析，研究表明植被與下墊面溫度的負相關(guān)程度夏季較春季高，夏季植被對溫度的影響更明顯，即夏季植被對降低下墊面溫度效果非常顯著[9]。邊倩倩等基于ETM+遙感影像的城市熱島效應(yīng)與植被覆蓋關(guān)系研究表明，研究區(qū)溫度的分布（中心高、邊緣低）與植被覆蓋程度（中心低、邊緣高）相反[10]。
　　基于植被指數(shù)研究城市熱島也存在一定局限性：1）冬季綠色植被很少的地區(qū)，無法保證結(jié)果的準確性；2）干旱地區(qū)無法適用這個方法；3）對于海拔也有一定要求，如果高程差超過500 m，則研究結(jié)果難以符合實際[11]。
　　3 基于熱力景觀的監(jiān)測方法
　　景觀生態(tài)學(xué)的興起與發(fā)展，使基于熱力景觀的監(jiān)測方法成為城市熱島研究的新方法。這種方法應(yīng)用GIS和遙感技術(shù)，從景觀生態(tài)學(xué)角度研究城市熱島，建構(gòu)城市熱島空間格局與評價體系。
　　黃聚聰?shù)冉梃b景觀生態(tài)學(xué)的方法計算景觀指數(shù)，利用Landsat ETM+影像數(shù)據(jù)反演地表溫度，使用景觀格局指數(shù)分析廈門城市熱島的季節(jié)變化特征。其所選取的景觀指數(shù)包括類型面積、斑塊數(shù)量、平均斑塊面積、最大斑塊指數(shù)、平均鄰近指數(shù)、面積加權(quán)形狀指數(shù)、連通性指數(shù)、聚合度。這些指數(shù)從數(shù)量特征、形態(tài)特征、結(jié)構(gòu)特征三個方面表征廈門城市熱島空間格局特征及季節(jié)變化，研究表明：廈門城市熱島在夏季最強，春秋次之，冬季最弱[12]。唐澤等基于Landsat ETM+影像數(shù)據(jù)，以單窗算法反演長春市夏季地表溫度，以線性光譜混合模型獲取長春市不透水面蓋度和植被覆蓋率，構(gòu)建熱力景觀動態(tài)度指數(shù)，分析城市熱力景觀格局的時空變化特征，研究表明，近10年來，長春市高溫區(qū)域向郊區(qū)擴展，熱力景觀整體呈現(xiàn)破碎化[13]。

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