第六章 环境遥感应用实例(佛山热岛)

遥感技术如何“给力”城市“热岛效应”作者：雷文东来源：《北方环境》2011年第04期摘要：热岛效应是人类对城市热环境研究所关注的一个热点问题，利用遥感技术来对城市热场进行定量、定位分析有利于探索改善城市热环境，降低热岛效应和热污染等研究，有利于改善城市的“热岛现象”,对城市的生态建设和环境保护也具有十分重要意义。

关键词：遥感技术；热岛效应中图分类号：X821文献标识码：A 文章编号：1007-0370（2011）04-0182-01近年来,随着城市化进程加快,城市热岛现象日趋明显,直接影响了人们的日常生活,成为人们关注的重要对象。

由于城市热量特征是通过电磁波辐射形式进行反映的，因此可被遥感手段直接探测到，这也成为遥感探测城市热环境的基础原理。

利用遥感技术来对城市热场进行定量、定位分析有利于探索改善城市热环境，降低热岛效应和热污染等研究，有利于改善城市的“热岛现象”,对城市的生态建设和环境保护也具有十分重要意义。

1 遥感技术的哪些原理适合在分析和改善城市“热岛效应”1.1 遥感技术的定义和原理遥感技术（remote sensing technology）是20世纪60年代兴起的一种探测技术，是根据电磁波的理论，应用各种传感仪器对远距离目标所辐射和反射的电磁波信息，进行收集、处理，并最后成像，地面目标特征测试设备测试典型地物的波谱特征，为判释目标提供依据。

从而对地面各种景物进行探测和识别的一种综合技术。

现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。

完成上述功能的全套系统称为遥感系统,其核心组成部分是获取信息的遥感器。

遥感器的种类很多,主要有照相机、、多光谱、成象、微波辐射计、合成孔径等。

传输设备用于将遥感信息从远距离平台(如 )传回地面站。

目前利用人造卫星每隔18天就可送回一套全球的图像资料,信息处理设备包括彩色合成仪、仪和数字图像处理机等。

1.2 遥感技术如何被运用到分析和改善城市“热岛效应”人类活动导致的大量废弃物和无效能量，形成了城市热环境，热岛效应是人类对城市热环境研究所关注的一个热点问题，通常都市化程度越高，热岛效应越明显。

遥感技术在城市热岛效应监测中的应用随着城市化进程的加速，城市规模不断扩大，城市热岛效应日益显著。

城市热岛效应是指城市中心区域的温度明显高于周边郊区的现象，这对城市居民的生活质量、能源消耗和生态环境都产生了负面影响。

为了有效地监测和研究城市热岛效应，遥感技术发挥了重要作用。

遥感技术是一种非接触式的、远距离获取地球表面信息的手段。

它通过传感器接收来自地面物体反射或发射的电磁波信号，经过处理和分析，获取有关地物的特征和信息。

在城市热岛效应监测中，遥感技术具有许多优势。

首先，遥感技术能够实现大面积同步观测。

相比传统的地面观测方法，遥感可以在短时间内获取整个城市甚至更大范围的地表温度信息，为研究城市热岛的空间分布和变化趋势提供了全面的数据支持。

其次，遥感技术具有较高的时空分辨率。

不同类型的遥感卫星和传感器可以提供从每日到数年、从几十米到几千米不等的时空分辨率数据，满足不同尺度和时间频率的监测需求。

再者，遥感技术能够获取多种信息。

除了地表温度，还可以同时获取土地利用类型、植被覆盖度、建筑物分布等与城市热岛效应相关的信息，有助于深入分析热岛形成的原因和机制。

在城市热岛效应监测中，常用的遥感数据包括热红外遥感数据和可见光近红外遥感数据。

热红外遥感数据直接反映地表物体的热辐射特性，是获取地表温度的重要数据源。

通过对热红外波段的观测和分析，可以计算出地表温度。

常用的热红外遥感传感器有 Landsat 系列卫星上的热红外传感器（TIRS）、MODIS 等。

可见光近红外遥感数据则主要用于提取与城市热岛效应相关的地表参数，如植被覆盖度、不透水面比例等。

植被覆盖度高的地区通常温度较低，而不透水面比例高的区域往往容易形成高温区。

利用植被指数（如 NDVI）可以估算植被覆盖度，通过计算归一化建筑指数（NDBI）等可以确定不透水面的分布。

在利用遥感技术监测城市热岛效应时，数据处理和分析方法至关重要。

首先是辐射定标和大气校正。

由于传感器接收到的电磁波信号在传输过程中会受到大气的影响，因此需要进行辐射定标将传感器记录的数字值转换为辐射亮度值，并通过大气校正去除大气的干扰，以获取准确的地表反射率和发射率。

红外遥感技术在热岛效应研究中的应用与数据处理热岛效应指的是城市地区相对于周围农村地区温度升高的现象。

这一现象在经济发展迅速、城市化程度高的地区尤为明显。

热岛效应不仅对人类生活造成不利影响，还对生态环境产生了严重的破坏。

为了深入研究热岛效应及其影响因素，科研人员广泛运用红外遥感技术，并结合数据处理方法，提供了有力的工具和手段。

红外遥感技术通过测量地表和大气的辐射能量，可以获取地表温度信息，进而揭示城市热岛效应的分布和强度。

红外遥感技术的应用主要包括热红外遥感和微波遥感。

其中，热红外遥感以测量地表的红外辐射能量为主要手段，可以提供高分辨率的地表温度图像；而微波遥感则通过测量微波信号在大气和地表之间的相互作用，获取地表温度和湿度等信息。

在研究热岛效应过程中，科研人员首先利用红外遥感技术获取城市地区和农村地区的地表温度图像。

利用这些图像，可以直观地展现城市热岛效应的分布特征。

一般来说，城市较高的建筑密度、人口密集度和交通活动是导致热岛效应强烈的主要原因。

此外，植被覆盖率和地表覆盖类型也会对热岛效应产生一定的影响。

红外遥感技术还可以通过比较不同城市地区的地表温度图像，揭示城市内部的热岛效应差异。

例如，相同气候条件下，高建筑密度的商业区和低建筑密度的居住区之间的地表温度差异较大。

这种差异主要是由于商业区的建筑物高度较高，阻断了冷空气的流通，导致地表温度升高。

而居住区的低建筑密度则可以提供更多的通风和遮阴空间，地表温度较低。

除了直接获取地表温度图像，红外遥感技术还可以结合其他气象和地理信息数据进行综合分析。

例如，科研人员可以将地表温度数据与城市土地利用类型、交通网络、气象条件等数据进行关联分析。

通过这些关联分析，可以揭示不同因素对热岛效应的影响程度，并为城市规划和生态环境保护提供科学依据。

在处理红外遥感数据时，科研人员需要进行数据预处理、特征提取和模型构建等步骤。

数据预处理主要包括去除云、雾等遮挡物的干扰，消除大气层的衰减效应等。

基于遥感的城市热岛效应评估在当今城市化进程高速推进的时代，城市热岛效应成为了一个备受关注的问题。

它不仅影响着城市居民的生活质量，还对城市的生态环境、能源消耗以及可持续发展带来了诸多挑战。

而遥感技术的出现，为我们评估城市热岛效应提供了强大而有效的手段。

所谓城市热岛效应，简单来说，就是城市中心区域的温度明显高于周边郊区的现象。

这主要是由于城市中密集的建筑物、大量的人口活动、交通排放以及工业生产等因素导致的。

城市中的混凝土、沥青等材料具有较高的热容量和较低的热导率，它们在白天吸收大量的太阳辐射，并在夜间缓慢释放热量，使得城市的温度在夜间也居高不下。

此外，城市中的绿地和水体相对较少，无法有效地调节温度，进一步加剧了热岛效应。

遥感技术是一种通过非接触式的方式获取地球表面信息的手段。

它利用卫星、飞机等平台搭载的传感器，接收来自地面物体反射或发射的电磁波信号，并通过对这些信号的分析和处理，获取关于地面物体的特征和状态信息。

在评估城市热岛效应方面，遥感技术具有独特的优势。

首先，遥感技术能够实现大面积同步观测。

相比传统的地面观测方法，遥感可以在短时间内获取整个城市甚至更大范围的地表温度信息，为我们全面了解城市热岛效应的空间分布提供了可能。

通过遥感影像，我们可以清晰地看到城市中心的高温区域以及向外逐渐降低的温度梯度。

其次，遥感技术具有较高的时间分辨率。

我们可以定期获取城市的遥感数据，从而动态监测城市热岛效应的变化趋势。

这对于研究城市热岛效应与城市化进程、气候变化等因素之间的关系具有重要意义。

再者，遥感技术能够获取多种地表参数信息。

除了地表温度外，还可以获取土地利用类型、植被覆盖度、建筑物密度等与城市热岛效应密切相关的参数。

通过综合分析这些参数，我们能够更深入地理解城市热岛效应的形成机制，并为制定有效的缓解措施提供依据。

在利用遥感技术评估城市热岛效应时，常用的数据源包括热红外遥感数据和多光谱遥感数据。

热红外遥感数据可以直接获取地表温度信息，是评估城市热岛效应的重要依据。

热红外遥感技术在城市热岛效应中的应用研究摘要：现代遥感技术可以快速、实时、动态、周期的获取海量数据，利用热红外遥感技术，辅以GIS空间分析技术，可以获得城市热岛强度的大小、空间分布及变化趋势。

本文分析了城市热岛效应的形成及防治办法，对遥感技术在城市热岛监测中的应用进行了研究。

关键词：热红外遥感技术；热岛效应；形成；监测1 引言城市热岛效应又称“大气热污染现象”，是城市化的发展导致城市区域气温要明显高于周围郊区的现象。

在气象学近地面等温线图上，郊区的气温变化范围很小，如同平静的海水面，而城区则是一个明显的高温区，如同海面上突出的岛屿，故形象的称之为“热岛效应“。

一般情况下，城市热岛中心区域的气温比周围郊区高1℃左右，最高可达6℃以上。

热岛效应加剧了夏季高温的酷热程度，形成高温热浪，局部城郊环流会导致大气污染物滞留，严重影响城市生态环境质量和人类生存环境。

随着经济和社会的快速发展，城市人口数量的不断增加，城市的规模迅速扩大，城市热岛效应现象日益突显。

随着遥感技术的发展，采用热红外遥感对城市进行地面热状况调查，有利于较全面的研究热岛的成因、分布特点，提出相应的治理措施，达到保护城市生态环境，为城市园林规划提供基础数据的目的。

2 热岛效应形成热岛的形成与城市化的发展密不可分。

首先，城市内大量的人工建筑物使得下垫面的热性质发生改变，人工构筑物的反射率小、吸热快、热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它比自然下垫面（如绿地、水面等）升温快，表面温度要明显高于自然下垫面。

其次，城市中大量的机动车辆等耗能装置、工业生产、居民生活会排放大量的热能量，导致城市气温升高。

再次，城市大气污染物种类复杂、数量大。

工业生产、机动车辆以及居民生活均会排放大量氮氧化物、二氧化碳、粉尘等可以吸收大量辐射能量的温室效应物质，从而加剧热岛效应。

最后，随着城市人口急剧增加，为缓解住房压力及不合理的城市规划导致自然下垫面逐渐减少，缓解热岛效应的能力逐渐降低。

基于遥感的城市热岛效应监测研究随着城市化进程的加速，城市规模不断扩大，人口密集度增加，城市热岛效应日益显著。

城市热岛效应是指城市中心区域的温度明显高于周边郊区的现象，这对城市居民的生活质量、能源消耗、生态环境等方面都产生了诸多负面影响。

因此，准确监测城市热岛效应对于城市规划、环境保护和可持续发展具有重要意义。

遥感技术作为一种能够快速、大面积获取地表信息的手段，为城市热岛效应的监测提供了有力的支持。

一、城市热岛效应的形成机制城市热岛效应的形成主要归因于以下几个因素。

首先，城市中的大量建筑物、道路等人工表面具有较低的反照率，能够吸收更多的太阳辐射，从而导致地表温度升高。

其次，城市中的人类活动，如工业生产、交通运输、居民生活等，会释放大量的热量。

此外，城市中的建筑物密集，阻碍了空气的流通，使得热量难以散失。

而且，城市中的植被覆盖相对较少，植被通过蒸腾作用降低气温的作用较弱。

二、遥感技术在城市热岛效应监测中的优势遥感技术能够从高空获取大范围的地表信息，具有空间覆盖广、时效性强、成本相对较低等优点。

通过遥感传感器，可以获取不同波段的电磁波信息，从而反演地表温度、土地利用类型、植被覆盖度等与城市热岛效应密切相关的参数。

与传统的地面观测方法相比，遥感技术能够更全面、更快速地反映城市热岛效应的空间分布特征和变化趋势。

三、常用的遥感数据源目前，用于城市热岛效应监测的遥感数据源主要包括气象卫星、陆地资源卫星、高分辨率商业卫星等。

气象卫星如 NOAA/AVHRR、Terra/Aqua MODIS 等，具有较高的时间分辨率，能够进行长时间序列的监测。

陆地资源卫星如 Landsat 系列，提供了较高空间分辨率的影像，有助于详细分析城市内部的热环境差异。

高分辨率商业卫星如WorldView 等，则能够获取更精细的城市地表信息。

四、基于遥感的地表温度反演方法地表温度是城市热岛效应监测的关键参数。

目前，常用的基于遥感的地表温度反演方法主要有单通道算法、分裂窗算法和多通道算法等。

遥感技术在城市热岛效应研究中的应用随着城市化进程的加速，城市热岛效应日益显著，给城市居民的生活和环境带来了诸多不利影响。

为了深入了解城市热岛效应的形成机制、分布特征以及变化趋势，遥感技术因其独特的优势在这一领域发挥着越来越重要的作用。

一、城市热岛效应的概述城市热岛效应是指城市地区的气温明显高于周边郊区的现象。

这主要是由于城市中密集的建筑物、大量的人口、工业活动以及交通等因素导致的。

城市中的建筑物和道路等不透水表面吸收了大量的太阳辐射，而城市中的植被相对较少，水分蒸发散热作用较弱，使得城市内部热量积聚。

此外，城市中的人为热排放，如空调、工厂等，也进一步加剧了热岛效应。

城市热岛效应不仅会影响居民的舒适度，增加能源消耗，还可能对城市的生态环境和气候产生长期的负面影响。

例如，高温可能导致空气质量下降，加剧雾霾等污染问题，同时也会对城市的水资源管理和生态系统平衡造成挑战。

二、遥感技术的原理和特点遥感技术是一种通过非接触方式获取目标物体信息的技术手段。

它利用传感器接收来自地球表面物体反射或发射的电磁波信号，并通过对这些信号的处理和分析，获取有关目标物体的特征和信息。

在城市热岛效应研究中，常用的遥感数据包括热红外遥感数据和可见光近红外遥感数据。

热红外遥感可以直接获取地表温度信息，是研究城市热岛效应的重要数据源。

可见光近红外遥感则可以用于获取土地利用、植被覆盖等信息，为分析热岛效应的形成原因提供基础。

遥感技术具有以下几个显著特点：1、大面积同步观测：可以在短时间内获取大面积的地表信息，有利于对城市热岛效应进行宏观的监测和分析。

2、时效性高：能够快速获取最新的数据，及时反映城市热岛效应的动态变化。

3、数据客观准确：不受人为因素干扰，数据具有较高的可靠性和准确性。

4、多波段信息：可以同时获取多个波段的信息，为综合分析提供丰富的数据支持。

三、遥感技术在城市热岛效应研究中的具体应用1、地表温度反演通过热红外遥感数据，利用特定的算法和模型，可以反演出地表温度。

城市热岛效应的遥感监测研究在现代城市的快速发展中，城市热岛效应已成为一个备受关注的环境问题。

城市热岛效应是指城市地区的温度高于周边郊区和农村地区的现象，这对城市居民的生活质量、能源消耗以及生态环境都产生了显著的影响。

为了更好地了解和应对这一问题，遥感技术凭借其大范围、多时相、高分辨率等优势，成为了监测城市热岛效应的重要手段。

遥感技术能够获取城市地表的温度信息，通过热红外波段的观测，我们可以直观地了解城市不同区域的热量分布情况。

这些数据不仅包括地表温度，还能反映出土地利用类型、植被覆盖度等与城市热岛效应密切相关的因素。

例如，城市中的混凝土建筑和沥青道路等不透水面在白天吸收大量太阳辐射，导致温度升高，而植被和水体则具有较好的降温作用。

在遥感监测中，传感器的选择至关重要。

常用的热红外传感器有MODIS（中分辨率成像光谱仪）、Landsat 系列卫星上的热红外传感器等。

MODIS 具有较高的时间分辨率，可以每天获取全球的数据，适合进行大范围的宏观监测。

而 Landsat 系列卫星的空间分辨率相对较高，能够更详细地反映城市内部的温度差异。

数据获取后，需要进行一系列的预处理工作。

这包括辐射定标、几何校正、大气校正等步骤，以确保数据的准确性和可靠性。

辐射定标将传感器获取的原始数字信号转换为具有实际物理意义的辐射亮度值；几何校正则消除由于卫星姿态、地球曲率等因素造成的图像几何变形；大气校正用于消除大气对辐射传输的影响，从而更准确地获取地表温度。

有了准确的地表温度数据，接下来就是分析城市热岛的时空分布特征。

从时间上看，城市热岛效应在一天中不同时段、一年中不同季节都有所变化。

通常在白天，由于城市活动密集、人为热量排放增加，热岛强度较大；而在夜间，城市的蓄热能力使得热岛效应依然存在。

在季节方面，夏季往往是城市热岛效应最为显著的时期。

从空间上看，城市中心区域的温度通常高于郊区，交通繁忙的主干道、工业区以及高密度的商业区往往是高温区域。

遥感技术的应用教案——利用遥感数据探究城市热岛效应的成因和防治利用遥感数据探究城市热岛效应的成因和防治一、教学背景和教育意义城市热岛效应是指城市中心相对于周边区域温度明显升高的现象，通常是由于城市中心的大量建筑物、人口和汽车排放等人为活动所引起的。

城市热岛效应对城市环境和人们的生活产生了诸多影响，例如能源消耗、大气质量变化、城市水文循环、都市病等问题。

因此，探究城市热岛效应的成因和防治十分必要。

利用遥感技术可以实现对城市热岛效应的空间和时间变化的监测和分析，有助于深入了解城市热岛效应的成因和影响因素，以及制定相应的防治措施。

因此，掌握遥感技术对城市热岛效应的应用，已经成为地理信息科学、城市规划和环境科学等相关专业的必备技能。

二、教学内容和方法1.教学内容：本课程将通过学习遥感技术的基本原理和方法，了解如何利用遥感数据来监测和分析城市热岛效应，并探究城市热岛效应的成因和防治措施。

具体内容包括：（1）遥感技术的基本原理和方法；（2）利用遥感数据分析城市热岛效应的空间和时间变化；（3）探究城市热岛效应的成因和影响因素；（4）制定相应的防治措施，以减轻城市热岛效应对城市环境和人们生活带来的负面影响。

2.教学方法：本课程采用理论讲解和实际操作相结合的教学方法。

通过课堂讲解介绍遥感技术和城市热岛效应相关基础知识，并引导学生学习如何使用遥感数据进行城市热岛效应监测和分析。

通过课程实践环节，让学生亲自操作遥感软件进行城市热岛效应的分析和防治措施制定，提高学生的实际操作能力和实践应用水平。

三、课程安排和教学目标1.课程安排：本课程总共分为4个主题：第一主题：遥感技术和城市热岛效应概述第二主题：遥感图像处理和城市热岛效应监测第三主题：城市热岛效应成因和影响因素分析第四主题：城市热岛效应防治措施制定2.教学目标：（1）了解遥感技术的基本原理和方法，理解遥感数据在城市热岛效应监测和分析中的应用；（2）掌握常用遥感软件的使用方法，熟练进行遥感图像处理、城市热岛效应监测和分析；（3）了解城市热岛效应的成因和影响因素，深入了解城市热岛效应对城市环境和人们生活的影响；（4）掌握制定城市热岛效应防治措施的方法和技能，为缓解城市热岛效应带来的负面影响做出贡献。