城市热岛的遥感监测和机理研究.pdf

城市热岛的遥感监测和机理研究 周红妹丁金才 杨文悦方岩 (上海市气象局，上海200030)(上海市绿化管理局，上海200030) 摘要：以不同平台的遥感资料、土地利用专题图件、气象观测以及绿化统计资料为主要信息 源，利用地理信息系统的空间分析功能，监测近年上海中心城区热岛效应，研究热岛形成机理， 分析植被景观与热岛效应的相关关系，取得了较好的应用效果，为政府决策和绿化规划提供了客 观科学依据。 美t词：城市热岛植被景观 为了探索城市热岛效应与植被景观的关系和分布规律，减缓和改善热岛效应之强度，以 利用专题图件，气象观测资料，绿化统计资料等为基础，运用地理信息系统(GIS)空间分 析技术，对近年上海城市热力分布特征、形成机制以及与绿化的相关关系进行动态监测和综 合评估，取得了较好的应用效果。 1．综合分析技术思路和方法 1，1资料同化和预处理 要对多要素进行空间分析和综合评估，以取得客观、科学的结果，首先要对不同尺度、 不同平台的资料进行同化、融合等预处理。 (1)不同平台遥感资料预处理 1)绿地特征分类和信息提取 好的分类结果，采用分类误差较小的最小距离分类法进行图像分类处理，其思路如下： 向量为盖，则x到各类中心(均值)的距离平方Dj(z)为： (i=1，2，…，n)(1) I 2=(X—Xi)7(工一互i) Dj(Ⅳ)=Ix—xf 式中：r——向量转置运算符。 当 D；(x)=min{Dj(g))(i，i=1，2，…，n) 则D；(*)为样本X到n类中第f类中心距离最小。 2)热力特征计算和处理 ·174· 公式(普朗克函数)为： V3／E+1) (2) ％=C2V／ln(C1 式中： ％——亮度温度； E——定标后的辐射率； y——探测波段的中心波数； cl、c2——玻尔曼常数。 以上用卫星红外辐射算出的亮温受大气状况影响，与实际温度存在一定偏差。由于 NOAA卫星亮温和实测气温具有很好的相关关系，故利用地面气象观测站的若干气温样本 点对卫星亮温进行修正和订正，最后形成热力分布遥感图像。 3)几何配准模式的设定 为了进行空间分析，必须将不同平台遥感资料统一在同一坐标系统下。通过GIS编辑 功能输入行政区域图，生成拓扑关系，建立空间信息与属性数据的联系。由于上海地区范围 较小，配准精度要求较高，故采用3次多项式进行图像与图像、图像与图形之间的几何配 准，并采用最近邻方法对图像进行重采样，配准精度在一个像元之内。 (2)统计资料预处理 的属性关联。 1．2动态分析模式设立 为了客观、有效地分析热力分布以及绿化分布特征，研究它们的相关关系，采用GIS 地因子为主，土地利用分类图、气象观测资料、绿化统计资料等其他因子为辅，研究和建立 动态监测和空间分析模式，分析城市热岛和植被的分布特征，研究形成机制，综合评价它们 的相关关系。 空间分析模型为 F=，(N，T，S，W，G) (3) 式中：F——综合分析结果； Ⅳ_一NOAA卫星图像亮温图像； 卜_近期时相的Landsat．7TM分类图像； S——土地利用专题图件； IF气象要素； G--绿化要素。 按各因子之间的隶属关系，将以上要素从高到低分成若干层次，然后建立不同层次元素 之间相互关系；在同一层次中，比较各元素的相对重要性，并根据它们在目标中所占的比重 确定权值。在分别确定因子权重系数后，即可应用GIS工具进行专家打分，并对综合权值 进行叠加分类和逻辑提取，最后形成各类分析图件和结果。