城市扩展与热岛空间分布变化关系研究.doc

城市扩展与热岛空间分布变化关系研究 ——以上海为例 周红妹1，高 阳2，葛伟强1*，李婷婷1 1. 上海市卫星遥感和测量应用中心，上海 201100；2. 辽宁工程技术大学，辽宁 沈阳 123000 摘要：随着城市建设区域和格局的迅速改变，城市热岛分布也发生了巨大变化。为了了解城市热岛分布与城市建设的关系，为城市建设同时缓解改善热岛效应奠定基础，文章采用遥感动态监测和GIS多要素空间分析技术，对上海城市90年代以来的城市扩展以及热岛分布变化状况和演变规律进行监测分析，得出城市建设区域的扩大将会导致城市热岛范围和面积的增大，城市扩展与热岛扩展趋势具有空间一致性。同时，通过对上海城市不同温度情况下地面不同介质的比例、面积进行因子权重分析，得出温度越高，其建筑、交通、工业区的比例越大；反之温度越低，农田、耕地等介质的比例越高；表明不同地物对温度分布、强度的影响明显。研究还表明：城市扩展虽会导致热岛范围加大，但如注重环境和绿化建设，则在一定程度上可缓解热岛效应和缩小热岛范围。 关键字：城市扩展；城市热场；空间分布；遥感和GIS；综合分析 中图分类号：X16 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2008）01-0163-06近年来，随着国民经济的飞速发展，城市建设区域面积迅速增长，其规模和空间分布结构均发生了巨大变化。以上海为例，多年来，由于城市建设区域的迅速扩展，上海城市热岛范围也在逐年扩大。以温差大于0.8 ℃区域表示热岛效应范围。上世纪60～70年代，热岛面积局限在市中心区的100 km2范围内；但从80年代起扩大为400 km2以上，增加了3倍以上；到90年代后期，扩展到近郊地区，面积超过800 km2，为60～70年代的8倍，而此时上海城市建设正步入新一轮的全面大发展时期。 对于城市扩展和热岛分布的关系，近年来已有一些学者对此进行了相关研究。丁金才、周红妹[1]等对上海盛夏热岛效应的形成机理进行了研究。指出：城市的建成面积、土地利用类别、人口密度等都市化因素都影响到城市热岛的范围和强度；热岛范围的扩大，主要是由于城市的水泥森林效应，人口、建筑、交通密集等因素造成。季崇萍等[2]在对北京城市化进程对城市热岛的影响研究中指出，北京建成区的范围与城市热岛影响范围呈同步变化趋势。王文杰等[3]在基于遥感的北京市城市化发展与城市热岛效应变化关系研究中得出，城市热岛与城市化规模扩展呈正相关,城市热岛与绿地面积、绿地空间分布、绿地的构成以及长势呈负相关。以上研究通常采用气象观测站点的温度值作为衡量热岛的主要指标[4-5]，但由于地面气象观测站点密度问题以及人力物力限制，难以深入了解热岛的平面分布特征及其内部结构，而采用遥感和地面观测相结合以及GIS综合分析方法可达到即客观又精细化的分析效果[6-9]。 本文将多幅NOAA气象卫星、EOS卫星MODIS资料和覆盖上海城市范围的地面观测站点资料作为城市热岛数据的主要信息源；将航摄和陆地卫星（LANDSAT）、资源一号卫星解译、分类和提取获得的必威体育精装版土地利用数据作为上海城市扩展和城市下垫面研究的信息源，结合其他相关统计信息，在GIS平台上，对上海城市扩展与热岛空间分布变化关系进行分析研究。 1 资料处理和研究方法 1.1 数据来源 热力分布资料采用近年的多幅NOAA气象卫星、EOS卫星MODIS资料；地面观测站点采用覆盖整个上海城市的49个自动气象站点观测资料；历年土地利用数据为：由陆地卫星（LANDSAT）、资源卫星资料结合航片解译得到的近年土地利用分布图（1994、1997、2002、2003、2006年）；其他相关统计资料为：上海城市人口密度资料、绿化统计资料等。 1.2 资料预处理 1.2.1 卫星资料预处理 对NOAA卫星、EOS卫星MODIS资料进行定标、定位、太阳高度角、临边变暗订正、投影变换以及亮温物理量转换等预处理。 1.2.2 不同平台遥感资料、专题图件、统计资料的融合同化处理 为了达到综合分析研究的客观性和合理性，必须采用多要素结合方法进行空间分析和综合评估。因此，要实现不同层次的信息共享和系统兼容，必须首先实现信息标准化。即必须首先对不同尺度、不同平台的遥感资料、专题图件、统计资料进行同化、融合以及预处理。 本文采用数据格式转换、几何精纠正、重采样、辐射纠正、多波段光谱信息组合优化等方式解决不同空间分辨率的遥感信息的空间匹配与同化问题。对于非遥感信息资料，则在GIS平台上，建立各类别数据文件和设立相应的item项，将统计资料输入数据文件的item项中，并分别建立各数据文件与带有拓扑结构的行政区域专题图（coverage）的属性关联，从而达到多信息的融合与同化处理。 1.3 卫星温度反演 常规的城市温度研