基于地表通量特征的城市不透水表面定量热红外遥感反演.pdfVIP

第16卷 第4 期 Vol. 16, No.4 2014 年7 月 Jul., 2014 基于地表通量特征的城市不透水表面定量热红 外遥感反演 1 1,2 1* 刘 越 ，迟文峰 ，匡文慧 (1. 中国科学院地理科学与资源研究所，北京 100101；2. 中国科学院大学，北京 100049) 摘要：城市不透水地表格局通过改变城市下垫面结构，引起地表反照率、比辐射率、地表粗糙度的变化，从而对地表 辐射和能量平衡产生直接影响。不透水地表能增强地表显热通量，导致地表波文比升高，因此地表波文比的空间 差异可推算城市人工不透水表面的分布。本研究选择北京市为实验区，应用Landsat TM 卫星热红外遥感数据，采 用PCACA 模型及理论定位算法，对城市地表波文比进行反演，进而计算遥感地表波文比空间分布数据与城市不 透水表面比例数据之间的相关关系，构建回归方程，实现北京市城区与近郊区人工不透水表面百分比分布的定量 估算，最后以高分辨率遥感数据获取的城市人工不透水表面比例数据进行结果验证。结果表明，采用PCACA 模 型定量反演城市地表波文比数据，利用地表波文比数据与不透水表面比例数据之间的相关关系可实现城市人工不 透水表面百分比数据的定量估算；波文比值不仅可在遥感像元水平定性判定不透水像元，还可对混合像元中的不 透水比例进行较高精度的定量反演，其相关系数R²值为0.731。此方法有效地揭示了城市不透水下垫面对地表热 通量影响的机制以及空间定量关系。 关键词：热红外遥感；波文比；地表温度；通量验证；不透水表面 DOI:10.3724/SP.J. 1047.2014.00609 1 引言 生的一种地表水不能直接渗透到土壤的人工地貌 特征，包括城市中的道路、广场、停车场、建筑屋顶 不透水表面是城市地表中占主导地位的下垫 等。不透水地表的增长可改变地表辐射能量平衡， 面类型，其对地表辐射与能量的分配方式产生与城 增强局地气温及产生热岛效应，进而影响居民的舒 [19-24] 市绿地不同甚至截然相反的作用，进而对城市热 适性和健康状况，以及污染物排放等 。当前不 [1] 透水地表信息提取主要依据遥感光谱信息的分类 岛、大气环境及局地气候产生重要影响 。城市不 [9,20] 透水表面的增长是城市扩展的显著特征之一，对环 和多源辅助信息的使用 。 [2-12] 城市人工不透水表面阻隔了地表和大气之间 境效应的影响日益为人们所关注 。近年来，国 内外学者对城市化带来的土地利用/覆被变化及其 的水汽交换，导致地表上空2 m 高空气层的波文比 产生的环境效应进行了研究。遥感和GIS 的技术 (简称地表波文比) 的升高。虽然空气湍流和水平平 手段也越来越多地被应用到这一研究领域，大量研 流的作用会导致与其他透水层上空的空气在一定 究结果揭示了地表温度和土地覆被变化之间的规 程度上混合，但是实践表明地表波文比参数与不透 [13-18] 水表面百分比参