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浅析基于TM 影像的唐山市城市热岛效应研究 　　0 引言 　　城市热岛是城市主城区的气温高于城区周边郊区的现象，是城市化过程中气候变化最明显的表现之一，反映了城市面积的扩大对区域环境的影响。城市热岛形成的因素包括下垫面、人为热和温室气体排放3 个方面。城市内部下垫面不透水面积大，降水很快从排水管流失，可供蒸发的水分比郊区少: 大量人工构筑物改变了下垫面的热属性，沥青、水泥混凝土等人工构筑物具有较小的热容量和吸热快的特性，在相同的环境条件下，比绿地或其他自然下垫面升温快，因而其表面温度明显高于自然下垫面，形成了城市中以人工构筑物为中心的高温区域。城市中排放的大量人为热、温室气体CO2等也是形成热岛的一个重要原因。近年来，随着我国城市化进程的加快，特别是大城市区域规模的扩大，城市热岛现象日益明显，而唐山作为北方重要的工业城市和特大城市之一，在其城市化过程中必然对周围的区域环境产生一定的影响。唐山市热岛效应的变化具有一定的代表性，对其进行研究有利于进一步揭示城市化对区域环境的影响。 　　1 分析区域概况 　　唐山位于河北东部沿海，东隔滦河与秦皇岛相望，西与天津毗邻，南邻渤海，北依燕山，隔长城与承德接壤，是河北省的主要出海通道和主要经济区。全年降水量在600mm 左右，年均气温11℃。唐山地区是中国乃至世界最重要的工业区之一，拥有钢铁、石油、化工、陶瓷、机械制造等支柱产业，同时也是东北亚地区重要的港口城市和物流中心，拥有四通八达的高速公路网络和世界级亿吨深水大港曹妃甸港。唐山市的国内生产总值、人均GDP、人均可支配收入等主要经济指标常年位居河北省首位。 　　2 研究方法 　　2. 1 数据源 　　本文选用2000 年9 月6 日和2009 年9 月15 日2 个时相的遥感影像(Landsat - 5 TM) 数据作为数据源。轨道号为122 /032，影像覆盖整个唐山市市辖区。在进行热岛效应遥感研究中，基础分析数据是TM 影像的第6 波段，波长范围为10. 4 ～12. 5mu;m。 　　2. 2 地面辐射温度计算 　　地面辐射温度，是遥感器在卫星高度所观测到的热辐射强度相对应的温度。Landsat TM/ETM +的第6 波段为热红外波段，其波长范围为10. 4 ～12. 5m，对热异常敏感，可用于热岛研究中辨别地表温度差异。Landsat TM/ETM + 的第6 波段提供的热红外波段的空间分辨率分别为120m 和60m，远高于气象卫星NOAA/AVHRR 遥感数据的空间分辨(1. 1km)。Landsat 影像的像元所对应的数据是以灰度值(DN 值) 来表示的，TM6 DN 值越大，表示地表热辐射强度越大，温度越高。从ETM + /TM6 求算亮度温度的过程需要将DN 值转化为相应的热辐射强度值，然后根据热辐射强度推算对应的亮度温度。对于TM 影像，各像元的辐射强度与其DN 值有如下的关系:Llambda; = Gain times; DN + Bias式中: Llambda; - M 传感器接收到的辐射强度; DN - TM影像的像元灰度值; Gain 和Bias - 分别为TM 的增益和偏置。将热辐射强度转换为像元亮度温度的公式为:TB = K2ln KLlambda; ( + 1)式中: TB - 像元亮度温度，单位为开; K1、K2 -卫星发射前预设的常量。 　　2. 3 地表比辐射率计算 　　地表比辐射率又称为发射率，是指物体在温度T 波长lambda; 处的辐射出射度与同温、同波长下的黑体辐射出射度的比值，它主要取决于地表的物质结构和遥感器的波段区间，并随着观测条件( 观测波长、观测角度等) 的变化而变化。在大尺度上对比辐射率精确测量的难度很大，目前只是基于某些假设获得比辐射率的相对值，本文主要根据可见光和近红外光谱信息来估计比辐射率。计算地表比辐射率所需的植被覆盖度Pv的计算采用的是混合像元分解法，将整景影像的地类大致分为水体、城镇和自然地表，具体的计算公式如下:Pv = (NDVI - NDVIs)(NDVIv - NDVIs)式中，NDVI - 归一化植被指数，NDVIv - 代表完全被植被所覆盖的像元的NDVI 值，即纯植被像元的NDVI 值; NDVIs - 代表裸露地表覆盖区域的NDVI值，即无植被覆盖像元的NDVI 值。根据覃志豪的研究，将遥感影像分为水体、城镇和自然表面3 种类型。本专题采取以下方法计算研究区地表比辐射率: 水体像元的比辐射率赋值为0. 995，自然表面和城镇像元的比辐射率估算则分别根据下式进行计算:epsilon;surface = 0. 9625 + 0. 0614Pv - 0. 0461Pv2e