基于時(shí)空融合技術(shù)的合肥市熱島效應(yīng)時(shí)空演變分析.pdf

1、隨著城市人口急速增加和城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，以城市熱島效應(yīng)(Urban HeatIsland，UHI)為代表的熱環(huán)境變化，逐漸成為影響城市環(huán)境質(zhì)量的重要因素。中國(guó)是城市化進(jìn)程最快速的國(guó)家之一，安徽省屬于中國(guó)中東部經(jīng)濟(jì)區(qū)，呈現(xiàn)多樣性的地貌、氣候和水文地質(zhì)狀況。作為安徽省省會(huì)，合肥從2000至2016年建成區(qū)面積擴(kuò)大了近3倍。近年來(lái)，國(guó)家氣象局根據(jù)長(zhǎng)期的氣象資料統(tǒng)計(jì)出的中國(guó)最熱的十大城市，合肥市一直榜上有名。因此定量分析合肥市域及其周邊地區(qū)熱島

2、效應(yīng)的長(zhǎng)時(shí)序時(shí)空演變特征及其影響因素，對(duì)于合肥市城市規(guī)劃，改善居住環(huán)境具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。本文以合肥市行政區(qū)為研究對(duì)象，對(duì)2000-2016（2006、2008年數(shù)據(jù)缺失）夏季的Landsat系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行定量溫度反演，Landsat TM/ETM+數(shù)據(jù)采用單窗口算法，Landsat8 OLI/TIRS數(shù)據(jù)采用大氣校正法。利用時(shí)空融合技術(shù)獲取缺失的2006和2008年的數(shù)據(jù)。對(duì)于現(xiàn)有MODIS地表溫度產(chǎn)品存在空值的問(wèn)題，將譜多流形

3、聚類(SMMC)算法與梯度距離平方反比法相結(jié)合進(jìn)行空值重建求解。結(jié)合城市不透水面覆蓋度、城市植被覆蓋度等遙感資料和城市土地利用類型、城市化發(fā)展指數(shù)等合肥市統(tǒng)計(jì)年鑒資料，全面系統(tǒng)的分析合肥市城市熱島時(shí)空演變特征的主要影響因素及其相互關(guān)系，并在一定程度上提出熱島效應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴長(zhǎng)時(shí)序Landsat地表溫度數(shù)據(jù)集獲取，利用現(xiàn)有的比較成熟的地表溫度反演方法，獲取準(zhǔn)確的合肥市2000-2016年(2006、200

4、8年數(shù)據(jù)缺失)夏季的Landsat地表溫度。融合2005年，2006年兩期MODIS地表溫度數(shù)據(jù)和2005年Landsat地表溫度數(shù)據(jù)得到2006年Landsat地表溫度數(shù)據(jù);融合2007年，2008年兩期MODIS地表溫度數(shù)據(jù)和2007年Landsat地表溫度數(shù)據(jù)得到2008年Landsat地表溫度數(shù)據(jù)。在MODIS地表溫度空值數(shù)據(jù)修復(fù)過(guò)程中，引入聚類算法的S-GIDS方法估算MODIS地表溫度空值數(shù)據(jù)優(yōu)于GIDS方法。單地表類型地表

5、溫度重建精度要明顯高于混合地表類型，且穩(wěn)定性較高，并表現(xiàn)出GIDS和S-GIDS兩種方法對(duì)耕地、林地的估算效果較好，對(duì)城鎮(zhèn)建設(shè)用地、裸土的估算效果相對(duì)較差。⑵合肥市熱島效應(yīng)時(shí)空演變特征，從時(shí)間變化來(lái)看，2000-2006年的熱島分布較集中，熱島效應(yīng)以老城市中心區(qū)域呈橢圓形狀分布，2006年和2008年的熱島中心比較相似，但2008年的熱島區(qū)域比2006年擴(kuò)張的更加明顯。2010年，由于都市區(qū)人口密度逐年增加、建設(shè)用地遞增、耕地和植被面積

6、卻在逐年減少，熱島分布由市中心向四周擴(kuò)張。2012-2016年合肥市熱島效應(yīng)分布比較類似，雖然這一時(shí)期建成區(qū)面積在擴(kuò)大，人類活動(dòng)加劇，使市區(qū)熱島效應(yīng)的傾向更加嚴(yán)重;但是由于加大綠化建設(shè)，顯著降低城市的熱島強(qiáng)度。因此，這一時(shí)期合肥市熱島強(qiáng)度整體變化不是很大。從空間分布來(lái)看，2000-2016年合肥市熱島的分布特征與城市建成區(qū)的布局基本保持一致，熱島效應(yīng)空間分布狀態(tài)為東北—西南高、東南—西北低，隨著新興工業(yè)區(qū)的擴(kuò)展和老城區(qū)加大綠化建設(shè)，強(qiáng)熱

7、島效應(yīng)地區(qū)由老城區(qū)不斷向東部和南部擴(kuò)展。⑶合肥市熱島效應(yīng)影響因素及其相互關(guān)系，利用指數(shù)函數(shù)模型可以更好的定量表示地表溫度與城市不透水面的關(guān)系，兩者呈正相關(guān)關(guān)系。利用指數(shù)模型可以較好地反映地表溫度與植被覆蓋率的定量關(guān)系，隨著植被覆蓋度的不斷升高，地表溫度呈明顯下降趨勢(shì)，二者存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。不同土地利用類型下的地表溫度大小略有差異，但總體來(lái)說(shuō)，建設(shè)用地的平均溫度最高，水體的平均溫度最低，林地和農(nóng)用地平均溫度大致相同。建設(shè)用地的溫度標(biāo)準(zhǔn)是所有

8、用地類型中最大的，農(nóng)用地的變化大于林地，水體的溫度標(biāo)準(zhǔn)差最小。經(jīng)濟(jì)推動(dòng)并決定著城市化的進(jìn)程;市區(qū)總?cè)丝谠鲩L(zhǎng)，房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)導(dǎo)致促進(jìn)了建成區(qū)面積和城市規(guī)模的急速擴(kuò)大，導(dǎo)致了城市地區(qū)的熱島效應(yīng)的擴(kuò)張。此外，由于城市內(nèi)部綠化建設(shè)力度也在不斷加大，園林綠地面積呈現(xiàn)明顯加速的趨勢(shì)，改變了城市下墊面結(jié)構(gòu)，其增長(zhǎng)的速率與城市建成區(qū)的增加速率相當(dāng)，從而使得這一時(shí)期的城市熱島效應(yīng)并未出現(xiàn)劇烈的擴(kuò)張，園林綠地體現(xiàn)出對(duì)城市熱島發(fā)展有效的減弱作用。⑷合肥市熱島效應(yīng)