基于遥感数据的东莞市热岛效应分析研究初稿Word格式.docx
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东莞市;
ENVI;
Landsat8;
温度反演
UsingRemoteSensingDataAnalysisUrbanHeatIslandEffectinDongguan
ABSTRACT
Dongguanisoneoftherapideconomicdevelopmentcity,
toensurethehealthydevelopmentofthecity,improvetheurbanlivingenvironment,itisnecessarytoconductin-depthstudyofitsstatusofUHI.
Withthehelpofcross-sectionalparametersofatmosphericNASAestablishedacquisitionmodel,wecanuseENVIanalysestheLandsat8satelliteremotesensingdata,surfacetemperatureretrieval,calculatethe
heatislandintensityinsummerandwinterofDongguan,
andfurther
analysisthelandusetype
andvegetation
coveragedata
inDongguan,
themainconclusionsareasfollows:
1)ThereisanUHIinDongguan.Fromtheseasonpointofview,thesummer
heatislandintensity
ishigherthanthatinwinter;
from
theregionalperspective,
thesouthwest
regionalheatisland
intensityishigherthanthe
northeast
regional.
2)Variouslandusetypesoftemperaturegradienthasthefollowingrelationship:
Urbanland>
wasteland>
grassland/farmland>
waters>
woodland.
3)Thevegetationcoveragerate
significantlynegativecorrelation
with
temperature,correlationcoefficientreached
0.7975.Thatis,thehigherthevegetationcoverage,thelowerthetemperature.Moreover,
theregional
heatislandareas
withhighervegetationcoverage
isrelativelysmall.
Keywords:
UHI;
heatislandintensity;
Dongguan;
ENVI;
Landsat8;
temperatureretrieval
目录
摘要2
ABSTRACT3
第1章前言6
1.1选题背景和研究意义6
1.2国内外研究现状7
1.2.1采用统计方法的城市热岛强度分析7
1.2.2采用遥感方法的城市热岛强度分析7
1.3研究内容7
第2章数据预处理9
2.1东莞市土地利用分类9
第3章地表温度反演11
3.1基于Landsat8遥感数据反演夏季、冬季地表温度11
3.1.1Landsat8遥感数据12
3.1.2辐射定标12
3.1.3NDVI计算12
3.1.4植被覆盖率计算13
3.1.5地表比辐射率计算16
3.1.6同温度黑体辐射亮度值计算17
3.1.7地表温度计算18
3.1.8东莞市地表温度分布21
第四章夏季、冬季热岛效应的特征及影响因子分析23
4.1比较分析夏季、冬季热岛效应强度及特征23
4.1.1东莞市夏季热岛效应23
4.1.2东莞市冬季热岛效应27
4.2研究分析东莞市热岛效应影响因子31
4.2.1东莞市热岛效应与土地利用分类的关系32
4.2.2东莞市热岛效应与人口密度的关系32
4.2.3东莞市热岛效应与植被覆盖率的关系32
第五章结论34
参考文献35
致谢36
第1章前言
1.1选题背景和研究意义
改革开放以来,地处珠江三角洲几何中心的东莞市经济快速发展,伴随东莞市的城市化,大量的低蓄热自然下垫面逐渐转变为城市建设用地,城市下垫面发生了明显变化,城市出现高温化,形成了城市热岛效应(Urbanheatislandeffect,UHI)[1]。
城市热岛效应于1820年由英格兰学者路克·
霍德华在《THECLIMATEOFLONDON》一书中提出。
城市热岛效应,是指城市因大量低比热容的建筑与道路的铺建,人为热源巨幅增长,林地水域等高比热容自然下垫面减少等因素,城市形成温度高于周围的高温区。
热环境是城市环境的主导因素之一,对其充分的了解有利于帮助城市合理健康地发展,也有利于提高人居环境。
以故,各国学者及相关部门对此展开许多了研究。
先有美国航空航天局和环保署共同发起的“城市热岛试点项目”计划,以美国几个重点城市为试点对象,结合统计数据和遥感技术,顺利对其各城市的夏季城市热岛效应进行了探究工作。
北美的加拿大为了改善其最大的城市多伦多的城市热岛现象,亦开展了“凉爽的多伦多项目”计划。
随着人们对热岛问题更深刻的了解,亚欧多国也先后开展相关研究与治理工作[2]。
随着遥感技术的传播普及,我国亦有学者针对城市热岛效应展开了分析研究,但主要研究对象为诸如北京、上海、广州的大都市,极少有面向中小城市的城市热岛研究[3]。
然而中国经过安定平稳的数十载发展,许多中等城市也经历了明显的城市化,东莞市便是其中的代表城市。
借改革开放之风使经济快速发展的东莞市,如今已有十分发达的交通系统,步入2014年之际,东莞市公路密度达202.94km/km2。
与此同时,在机动车辆日渐增多,城市水地、绿地为建筑用地所取代,大量外来人口涌入;
各式耗能电器、设备的推广使用的影响下,东莞市城市下垫面发生了巨大的变化,自然下垫面为吸热快热容量小的人工构筑物所取代,人工排放的热量也急剧增长。
最终使得东莞市城市热岛现状进一步恶化。
因此,对东莞市城市热岛现状展开深入的研究,对保障东莞市合理建设、健康发展,改善东莞市人居环境具有重大意义。
1.2国内外研究现状
伴随着人们对城市热岛效应的影响日渐增长的关注,现今已有多种城市热岛效应研究方法。
其中主要有依据气象数据的统计研究方法和依据卫星遥感数据的分析研究方法。
1.2.1采用统计方法的城市热岛强度分析
应用统计方法研究城市热岛强度是基于气象监测点的监测数据的研究。
学者们借助在气象站上获取的连续的气象监测资料,既可以获悉城市热岛现状,也可以对城市年、季、日城市热岛效应变化特征展开研究,对其时间上的城市热岛强度波动规律展开分析。
例如,国内有学者通过分析天峨气象站观测数据获悉城市热岛效应是造成温湿度差异的主要原因[4]。
但此方法存在研究取样点有限而无法全面准确分析城市热岛效应空间分布情况的缺点。
1.2.2采用遥感方法的城市热岛强度分析
在计算机技术、航天技术颇为发达的当代,利用卫星遥感数据进行地表温度反演的城市热岛效应研究方法为人们解决了统计方法无法进行广域研究的难题。
利用遥感数据进行地表温度反演的热岛效应研究能合理的考虑大气辐射对研究的影响,且随着对遥感方法更深入的研究,美国航空航天局还建立了完善的大气剖面参数获取网站,使得地表温度反演有了更高的精确度。
总体上,通过遥感手段获取的观测资料还具有同时性、全面性的优点[5],选取合适的卫星波段数据即可对整个城市进行同步分析。
因此,应用遥感数据的城市热岛强度研究方法是目前应用最广的研究方法。
许多学者也借助不同卫星的遥感数据,对诸如北京[6]、上海[7]的发达城市展开了城市热岛强度的分析研究。
1.3研究内容
本文通过分析处理Landsat8遥感影像数据,实现了东莞市不同季节的地表温度反演,展开了针对东莞市冬季、夏季城市热岛效应现状的分析研究。
具体研究内容包括:
1)获取东莞市土地分类影像
2)基于Landsat8卫星热红外波段遥感数据的东莞市夏季、冬季地表温度反演
3)东莞市夏季、冬季热岛强度分析及比较
4)以夏季为例,分析不同城市下垫面和植被覆盖率对东莞市热岛效应的影响
以流程图表述如下:
比较分析东莞市夏季、冬季热岛效应
东莞市夏季
城市热岛强度
东莞市城市热岛效应影响因子分析
植被覆盖度
土地分类
城市热岛效应影响因子
Landsat8卫星数据
东莞市地表温度反演
图1.1东莞市热岛效应研究流程图
第2章数据预处理
2.1东莞市土地利用分类
不同类型的城市下垫面蓄热性能不同,其地表反照率也不同[8]。
因此,城市的土地分类情况左右着着城市热岛强度,有必要对其展开研究。
本文采用基于样本的面向对象的土地分类方法,具体流程如下:
启动ENVI,打开东莞市影像数据,使用ExampleBasedFeatureExtractionWorkflow工具,将弹出的窗口中切换至CustomBands面板,勾选NormalizedDifference和ColorSpace属性以提高分类精度。
之后进行对象的分割操作,设置
为50,
为80[9]。
分割完成后进入基于样本的分类界面,在右侧的ClassProperties面板中,建立样本类型如下:
Ø
红:
城市用地
黄:
荒地
绿:
草地/田地
青:
林地
蓝:
水域
分别为各分类类型选取足够样本后,选用K邻近法对影像进行分类,K参数设置为5,最后输出土地利用分类结果:
图2.1东莞市土地分类结果数据图
分类结果显示,东莞市土地利用占比最高的是城市用地,其次是林地,其中城市用地广泛分布于各镇区,林地则集中分布在某几个镇区(谢岗镇、樟木头镇、黄江镇等),荒地主要存在于丘陵地形,水域则主要分布于西南端
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