本文關(guān)鍵詞： 城市化 城市熱島 土地覆蓋 不透水面覆蓋比例 HJ-1B 溫度變化速度　出處：《浙江大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：快速的城市化進(jìn)程,不僅僅是城鎮(zhèn)人口的增長(zhǎng)和建設(shè)用地規(guī)模的擴(kuò)大,也是對(duì)城市容納能力的巨大考驗(yàn),勢(shì)必對(duì)城市環(huán)境包括氣候、水文、生態(tài)等帶來(lái)一系列影響。近年來(lái),在全球變暖和快速城市化進(jìn)程的背景下,城市熱環(huán)境在地表物理性質(zhì)和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的雙重作用下,是城市生態(tài)環(huán)境的綜合概括。城市熱島效應(yīng)是城市熱環(huán)境的集中體現(xiàn),不僅影響城市居民的居住舒適感和身體健康,同時(shí)也可能導(dǎo)致各種熱浪災(zāi)害的發(fā)生。我國(guó)在《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020年)》中明確要求,為提升城市功能和節(jié)約利用空間,要把城市熱島效應(yīng)的形成機(jī)制與人工調(diào)控技術(shù)作為重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。 人類對(duì)土地的利用和管理方式的變化引起地球表面土地覆蓋的變化,城市化導(dǎo)致在城市區(qū)域形成了有別于自然地表的土地覆蓋狀況。土地覆蓋的變化導(dǎo)致近地層大氣動(dòng)力和熱力學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,對(duì)區(qū)域大氣環(huán)境、邊界層結(jié)構(gòu)、氣候狀況等都產(chǎn)生了廣泛而深刻的影響。因此,開(kāi)展城市熱島對(duì)土地覆蓋及其變化的響應(yīng)關(guān)系的研究可為土地利用管理和城市規(guī)劃提供理論依據(jù)；基于中等空間分辨率的遙感影像開(kāi)展這一研究,能夠?yàn)榧蛇b感和地理信息系統(tǒng)手段對(duì)區(qū)域城市熱島進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析奠定一定的基礎(chǔ),從而為應(yīng)對(duì)未來(lái)人類活動(dòng)可能引發(fā)的全球氣候變化提供更多所需的技術(shù)知識(shí)。 本研究利用HJ-1B衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演土地覆蓋和地表溫度信息,結(jié)合氣象站點(diǎn)觀測(cè)氣溫?cái)?shù)據(jù),分析土地覆蓋與不同時(shí)刻的氣溫(Tair)和基于遙感反演的地表溫度(LST)、與不同時(shí)刻的Tair和LST的相關(guān)性以及與城市氣溫?zé)釐u和城市地表溫度熱島的空間分布的相關(guān)關(guān)系；利用Landsat系列遙感影像監(jiān)測(cè)杭州市區(qū)上世紀(jì)90年代以來(lái)的土地覆蓋變化狀況,并且從土地覆蓋的年際變化和季節(jié)性變化兩個(gè)時(shí)間尺度,定性和定量研究土地覆蓋變化與城市熱島的強(qiáng)度和空間分布的相關(guān)關(guān)系。通過(guò)研究,取得的主要成果如下： (1)利用HJ-1B遙感影像反演大氣氣溶膠濃度(AOD)和大氣校正、提取土地覆蓋信息以及反演地表溫度。針對(duì)HJ-1B缺少暗目標(biāo)法反演AOD的重要波段—2.1μm,提出了一種綜合利用HJ-1B同臺(tái)搭載的多光譜CCD和IRS2(1.6μm)反演AOD的方法：利用CCD第4波段(近紅外)和AFRI植被指數(shù)提取暗目標(biāo)像元、采用6S大氣輻射傳輸模型模擬構(gòu)建查找表、基于暗目標(biāo)像元的紅波段和藍(lán)波段的地表反射率具有較好的線性關(guān)系這一原理反演AOD,精度分析結(jié)果表明：該方法較為穩(wěn)定和可靠,能夠滿足實(shí)際應(yīng)用的需求；針對(duì)HJ-1B多光譜CCD30米空間分辨率導(dǎo)致城市區(qū)域存在嚴(yán)重的混合像元問(wèn)題,提出了一種提取城市土地覆蓋信息的方法：首先基于線性光譜混合分析,利用高反射率、低反射率、植被和藍(lán)色建材四個(gè)端元對(duì)研究區(qū)像元進(jìn)行光譜分解,其次在光譜分解結(jié)果的基礎(chǔ)上,利用重復(fù)自組織數(shù)據(jù)分類技術(shù)(Iterative ISODATA)提取城市土地覆蓋信息,最終得到每個(gè)像元的土地覆蓋構(gòu)成-不透水面覆蓋比例、植被覆蓋比例、土壤覆蓋比例和水體覆蓋比例,精度分析結(jié)果表明：基于該方法提取城市土地覆蓋信息的結(jié)果在合理的誤差范圍之內(nèi),可用于進(jìn)一步的應(yīng)用研究；針對(duì)HJ-1B熱紅外波段反演地表溫度所需地表比輻射率估算方法的研究空白,利用ASTER光譜庫(kù)數(shù)據(jù)和HJ-1B熱紅外波段光譜響應(yīng)函數(shù)進(jìn)行計(jì)算,給出了HJ-1B熱紅外通道的典型地物的地表比輻射率,并針對(duì)HJ-1B熱紅外波段數(shù)據(jù)300米空間分辨率導(dǎo)致的混合像元的問(wèn)題,利用與其同臺(tái)搭載的30米空間分辨率的CCD數(shù)據(jù)計(jì)算混合像元地表比輻射率,采用普適性算法反演地表溫度,反演結(jié)果與地表實(shí)際情況較為吻合。 (2)不透水面與植被對(duì)LST和夜間的Tair變化十分敏感,不透水面覆蓋比例和植被覆蓋比例可作為表征LST和夜間的Tair的有效指標(biāo)。LST(10：30am)與不同時(shí)刻的Tair呈顯著性相關(guān),尤其是與上午10點(diǎn)和晚上0點(diǎn)高度相關(guān),時(shí)間相近是導(dǎo)致LST與上午10點(diǎn)的Tair高度相關(guān)的主要原因,土地覆蓋是導(dǎo)致LST與夜間Tair高度相關(guān)的重要因子并且不透水面覆蓋比例是表達(dá)這一相關(guān)性的有效指標(biāo)。建設(shè)密度越大、建筑物越高的區(qū)域越容易發(fā)生城市地表溫度熱島效應(yīng),白天沒(méi)有明顯的城市氣溫?zé)釐u現(xiàn)象,夜間城市氣溫?zé)釐u易發(fā)生在建設(shè)密度較大的區(qū)域。 (3)定量化城市氣溫?zé)釐u的空間分布,輔助人們的居住選址,結(jié)果表明杭州最優(yōu)的居住區(qū)域?yàn)樵凇袄鋶u”區(qū)域附近或者具有較大的溫度變化速度區(qū)域,主要為杭州市區(qū)南方向(S)至東北方向(NE)(順時(shí)針)。定量化城市氣溫?zé)釐u包括三個(gè)步驟：1、根據(jù)氣象站點(diǎn)的空間分布簡(jiǎn)化城市氣溫?zé)釐u的空間格局；2、利用城市中心與其他站點(diǎn)的溫差定量化城市氣溫?zé)釐u強(qiáng)度；3、利用溫度變化速度指標(biāo)定量化城市氣溫?zé)釐u空間分布。本研究首次提出了溫度變化速度這一指標(biāo),用于衡量在城市生活中人們犧牲生活便利度換取相對(duì)優(yōu)質(zhì)的生活環(huán)境的效率。 (4)利用Landsat系列數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)上世紀(jì)90年代以來(lái)杭州市區(qū)土地覆蓋的時(shí)空變化特征,結(jié)果表明：城市擴(kuò)張、人們生活水平的提高、政府相關(guān)保護(hù)政策以及農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致不透水面、城市綠地和水產(chǎn)池塘面積增加,占用了大量農(nóng)田(水田和旱地)和少量林地,西溪濕地在后期由于得到了政府的大力保護(hù)而未繼續(xù)被占用；從空間分布上來(lái)看,城東、城西、下沙和之江區(qū)塊的不透水面逐步向行政邊界方向擴(kuò)張,主城和濱江區(qū)塊的不透水面逐步向錢(qián)塘江方向擴(kuò)張,城市濕地由城市內(nèi)部逐步向城市郊區(qū)方向萎縮。 (5)城市化導(dǎo)致城市熱島效應(yīng)加強(qiáng),并且熱島區(qū)域的空間分布更為連續(xù)和集中,在擴(kuò)張過(guò)程中建設(shè)用地占用濕地資源對(duì)城市熱島效應(yīng)的促進(jìn)作用大于占用植被資源。杭州市區(qū)的城市熱島效應(yīng)夏季最強(qiáng),春、秋次之,冬季沒(méi)有明顯的熱島效應(yīng),在不同的季節(jié),不同的土地覆蓋類型緩解城市熱島效應(yīng)的作用有所不同,不受季節(jié)和氣候變化影響的城市不透水面覆蓋比例可作為表征城市熱島強(qiáng)度季節(jié)性變化的良好指標(biāo)。
[Abstract]:In recent years , in the context of global warming and rapid urbanization , urban thermal environment is a comprehensive summary of urban ecological environment . In recent years , in the context of global warming and rapid urbanization , urban thermal environment is a comprehensive summary of urban ecological environment . This research can provide theoretical basis for land use management and urban planning , which can provide theoretical basis for land use management and urban planning . Therefore , it can provide a certain foundation for the monitoring and analysis of regional urban heat island by integrating remote sensing and geographic information system , so as to provide more technical knowledge for the global climate change which may be caused by future human activities . In this study , the relationship between land cover and surface temperature information ( Tair ) and surface temperature ( LST ) based on remote sensing inversion are analyzed by using the data of the data inversion of the satellite data . The correlation between the land cover and the spatial distribution of the city ' s temperature heat island and the urban surface temperature heat island is analyzed . The relationship between the change of land cover and the intensity and spatial distribution of the urban heat island is studied qualitatively and quantitatively from the interannual variation and seasonal variation of the land cover . The main results obtained are as follows : This paper presents a method to extract the information of urban land cover , which is based on the results of spectral decomposition . The results show that the method is more stable and reliable and can meet the needs of real application . The results show that the method is stable and reliable , and the surface emissivity of the mixed image element is calculated by using the CCD data of 30 meters spatial resolution . LST ( 10 : 30am ) is related to Tair height at 10 : 00 a.m . ( 3 ) To quantify the spatial distribution of urban air temperature heat island and to assist people ' s residential location . The results show that Hangzhou ' s optimal residential area is near the area of " cold island " or has a large temperature change speed area , mainly the south direction ( S ) to the northeast ( NE ) ( clockwise ) of Hangzhou city . ( 4 ) The spatial and temporal characteristics of land cover in Hangzhou urban area since 1990 ' s are monitored by using the data of the series data . The results show that the urban expansion , the improvement of people ' s living standard , the government - related protection policy and the adjustment of agricultural structure result in the water - impermeable surface , the urban green land and the aquaculture pond area increase , occupy a large amount of farmland ( paddy field and dry land ) and a small amount of forest land . ( 5 ) The urbanization leads to the strengthening of the urban heat island effect , and the spatial distribution of the hot island region is more continuous and concentrated . The urban heat island effect of the construction land in the expansion process is greater than that of occupying the vegetation resources . The urban heat island effect in the urban area of Hangzhou is the strongest in summer , and in the spring and autumn , there is no obvious thermal island effect . In different seasons , different land cover types can alleviate the effect of the urban heat island , and the coverage ratio of the urban water impermeable surface which is not affected by the seasons and climate change can be used as a good indicator for characterizing the seasonal variation of the strength of the urban heat island .

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：X16;P237

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1466298