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基于卫星数据的城市热岛效应研究一、引言随着城市化进程的加快，城市面积不断扩大，城市的建筑和道路密度逐渐增加，致使城市的温度明显高于周边农村地区，这就是城市热岛效应。
城市热岛效应对环境和人类健康带来了很多负面影响，对城市化管理和规划提出了新的挑战。
随着人工智能和遥感技术的发展，卫星图像成为城市热岛效应研究中的重要数据来源。
本文旨在介绍基于卫星数据研究城市热岛效应的技术方法和应用现状。
二、卫星数据在城市热岛效应研究中的应用卫星数据广泛应用于城市热岛效应的研究和监测。
卫星数据提供了高分辨率的遥感图像，可以分析城市表面城镇化指数、地表温度、植被覆盖率等一系列城市热岛效应相关的参数。
常用的卫星数据包括Landsat、MODIS、SPOT、QuickBird等。
1. LandsatLandsat卫星是美国国家航空航天局（NASA）与美国地质调查局（USGS）共同合作研制的一类遥感卫星。
Landsat卫星可以提供较高的遥感图像分辨率和较长的连续观测时间。
基于Landsat卫星数据，研究人员可以比较准确地估计城市地表温度，掌握城市地表温度的时空变化规律。
2. MODISMODIS是国际上应用最广泛的卫星遥感传感器之一，适用于大面积地表温度及城市热岛效应的监测分析。
利用MODIS传感器获取的遥感图像数据可以实现每日分辨率的覆盖，拥有11um和12um两个波段，具有不同的传感器参数设置，可同时获得地表温度和热红外反射率。
因此，基于MODIS的城市热岛效应研究较为广泛。
3. SPOTSPOT卫星是二十世纪八十年代初首次发布的甚高分辨率（HRV）遥感卫星。
SPOT影像不仅数据质量高、分辨率高，而且具有较宽的覆盖能力和时间分辨周期，非常适合于城市热岛效应的监测和研究。
三、卫星数据分析方法卫星数据分析主要分为两类，一类是利用遥感图像来分析城市表面覆盖情况，例如道路、建筑、植被等，这些信息对于评价城市热岛效应以及城市化的影响至关重要；另一类是利用遥感图像分析城市地表温度，以识别城市热岛效应。
基于热红外卫星遥感的上海地区1995～2012年城市热环境监测刘岚;李成范;尹京苑;赵俊娟【期刊名称】《红外技术》【年(卷),期】2016(038)001【摘要】利用1995～2012年的Landsat TM/ETM和MODIS热红外卫星数据,从时间、空间和城市热岛效应比率等方面对上海地区进行城市热环境进行了研究.结果表明,在时间序列上,一方面,上海地区地表亮温在季节上夏季最强,春季次之,秋冬季节较弱;另一方面,上海地区城市热环境主体逐渐从次中温区向中温区转化,城市地表亮温在总体上有升高的趋势.在空间分布上,在1995～2000年上海地区地表亮温格局主要是由中心城区决定,随着浦东、松江、闵行、嘉定等新城区的兴起,在2000年以后,逐渐形成以中心城区为主,多个中心建成区为辅的城市热环境分布格局.【总页数】6页(P53-58)【作者】刘岚;李成范;尹京苑;赵俊娟【作者单位】上海大学计算机工程与科学学院,上海200444;上海大学计算机工程与科学学院,上海200444;上海大学计算机工程与科学学院,上海200444;上海大学计算机工程与科学学院,上海200444【正文语种】中文【中图分类】TN219【相关文献】1.长白山火山热红外卫星遥感监测原理与框架设计 [J], 薄立群;华仁葵2.基于热红外卫星遥感的火山灰云监测研究 [J], 李成范;尹京苑;董江山;沈迪3.卫星遥感热红外辐射观测在地震监测预报中的应用（综述） [J], 贾晋康4.地震监测预报中的卫星遥感(热红外)图象处理 [J], 阎民正5.基于青海湖辐射校正场的FY3D/MERSI-Ⅱ卫星遥感器热红外波段在轨辐射定标[J], 张允祥;李新;张孟;康晴;韦玮;郑小兵;张勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于Landsat数据的重庆市热环境时空格局变化研究
孟珂宇;徐丽华
【期刊名称】《无线电工程》
【年(卷),期】2024(54)3
【摘要】针对当前热环境加剧对城市生态环境和人类健康带来的严重威胁,采用辐射传输方程法和Landsat数据对2001年和2019年重庆市主城九区地表温度(Land Surface Temperature,LST)进行反演,对研究区城市热环境时空变化进行研究。
基于此选取景观指数和驱动因子对热力景观格局变化和热环境驱动机制进行研究。
结果表明:①2001—2019年,重庆市主城九区城市热环境明显增强,高温区域明显增多且整体向北扩张,到2019年LST总体呈现“内高外低”的分布格局。
②中温区最大斑块指数增长了近12倍,代替次低温区成为研究区优势斑块类型。
斑块数量和密度均下降了约62%,说明重庆市主城区的热力景观总体上呈聚集化,连通性较强。
③NDVI和DEM与LST呈负相关,NDBI与LST呈正相关,影响程度为NDBI>NDVI>DEM。
【总页数】8页(P751-758)
【作者】孟珂宇;徐丽华
【作者单位】西南大学资源环境学院
【正文语种】中文
【中图分类】P237;TP79
【相关文献】
1.基于Landsat8 OLI/TIRS数据的重庆市不透水面与城市热环境关系研究
2.基于用户兴趣点数据与Landsat遥感影像的城市热场空间格局研究
3.基于Landsat 8的成都市城市热岛时空格局变化研究
4.基于Landsat数据的乌鲁木齐市热环境时空演化特征分析
5.基于Landsat TM的重庆都市区地表热环境时空变化研究
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i 建成区空间形态与地表热岛的关系研究 —以中国主要建成区为例
中文摘要 地表城市热岛（SUHI）是建成区地表温度高于郊区地表温度的现象，SUHI产生的根本原因是景观城镇化所引起的城郊地表性质的差异，在建成区空间形态方面主要表现为城市规模、建成区外部几何形状和内部建设用地结构的空间异质性。不同规模的城市，其边界和内部结构特征具有不同的特点和规律。SUHI强烈影响城市区域的气候、植被、水文、土壤及生物的空间分布和行为，改变城市复合生态系统的结构、过程和功能。长期以来，人类不得不在城市空间形态、能源消耗控制等方面采取一系列措施应对地表城市热岛效应。因此，探究全国主要建成区空间形态与SUHI之间的关系具有重要意义。 本文以城市环境学、景观生态学、空间信息科学、气候学等学科为理论基础研究空间形态与SUHI的关系。采用MODIS Aqua MYD11A2和Landsat 8 OLI数据，利用RS与GIS空间分析功能，将建成区划分为多边形、带状与放射状三种典型形态。借助ArcGIS、ENVI和Fragstats等工具进行数据处理，基于描述性统计、对比分析和方差分析等方法探讨全国2136个主要建成区空间形态与SUHI之间的关系。 本文主要从外部几何形状、边界特征、内部结构三个方面研究建成区空间形态与SUHI的关系。结果表明，三种建成区形态与SUHI的关系为：多边形>带状>放射状，且存在显著差异。中国不同规模建成区空间形态特征与地表热岛强度之间存在明显的规律性关系，从城镇、小城市、中等城市到大城市平均地表热岛和单位面积热岛升温依次增强，多边形和带状大中城市相应指标均高于特大城市，放射状大中城市相应指标则低于特大城市。因此，我国城市热岛研究不能只关注特大城市，大中城市也应得到足够重视。建成区空间形态规律性特征与城市区域的自然条件、人口、经济、服务功能、交通条件和政府调控作用等因素密不可分，中国城市自身空间形态特征是造成地表热岛差异的根本原因。SUHI与形 ii
城市热岛时空特征及其影响因素城市热岛时空特征及其影响因素引言随着城市化进程的加速，城市热岛现象成为一个全球性问题，并对城市居民生活和环境造成重大影响。
本文将探讨城市热岛的时空特征以及影响因素。
一、城市热岛的时空特征1. 年内变化：城市热岛现象在不同季节和时间段内具有显著差异。
夏季是城市热岛最明显的时候，尤其是在炎热的天气条件下。
冬季城市热岛现象较弱，甚至可能消失。
2. 日内变化：城市热岛现象随着时间的变化而变化。
白天，城市热岛效应表现为市区温度高于郊区，而晚上则相反。
这与城市地表材料的热惯性和建筑物热辐射特性有关。
3. 空间变化：城市热岛现象存在空间分异。
通常来说，城市中心区具有最明显的热岛效应，而郊区、绿地和水体等开阔区域则较为凉爽。
城市化的程度、建筑物密度和绿地覆盖率等因素会影响城市热岛的空间变化。
二、城市热岛影响因素1. 城市化程度：城市化程度越高，城市热岛现象越明显。
高密度的建筑物和大面积的硬质地面都会使城市吸收更多的太阳辐射热量，并在夜间释放。
此外，城市材料的热容量相对较低，热惯性也较弱，加剧了城市热岛现象。
2. 绿地覆盖率：绿地的存在可以降低城市的热岛效应。
植被具有良好的蒸散作用和调节温度的能力，在夏季可以降低地表温度，并提供阴凉空气。
因此，绿地覆盖率越高，城市热岛效应越弱。
3. 水体存在：水体具有较高的热容量和热惯性，可以吸收和释放大量的热量，起到调节城市温度的作用。
城市周围的水体不仅可以减少城市的热岛效应，还可以提供凉爽的微风和水面的蒸发，增加城市的舒适度。
4. 建筑特征：建筑物的高度和密度对城市热岛效应有重要影响。
高层建筑会阻挡风流，抑制热对流，增加热辐射。
同时，高密度建筑会使地表积聚更多的热量，加剧城市热岛现象。
5. 污染物排放：城市污染物的排放也会影响城市热岛效应。
大量的排放物会形成气溶胶和颗粒物，减少太阳辐射到达地面的能量，并增加大气层的吸热。
这将使城市更容易发生热岛效应。
DOI ：10.15913/ki.kjycx.2024.02.047利用遥感技术的地表温度反演及时空演变分析＊胡干新，谢民民（江西理工大学土木与测绘工程学院，江西 赣州 341000）摘 要：随着城市的快速发展，城市热岛效应也越发受到人们的关注。
基于Landsat 系列卫星影像，采用辐射传输方程算法对南昌市地表温度进行反演，并利用均值-标准差法对地表温度进行热岛效应分级研究。
结果表明，南昌市热岛效应的区域面积不断增加，并存在低温区向高温区进行转换的现象；城市内植被和水体的合理布局对热岛效应具有一定的缓解作用，而不透水面的增加会加剧城市热岛效应。
关键词：城市热岛效应；温度反演；热岛分级；不透水面中图分类号：P413 文献标志码：A 文章编号：2095-6835（2024）02-0157-04——————————————————————————＊［基金项目］江西省研究生创新专项资金项目（编号：YC2021-S561）城市热岛效应这一概念的出现，在一定程度上引起了人们对热岛现象的关注。
而热岛效应随着城市的发展越来越明显，对人类的生活影响也越来越显著，更加让人们意识到研究城市热岛效应的重要性。
周淑贞（1990）[1]曾利用上海10年内的气候资料，研究发现人口、建筑物和能源都是城市热岛效应越来越明显的主要影响因素。
但是对于形成热岛效应的影响因素较多、范围较广、方式较为复杂，以至于现今人们对于城市热岛效应的研究只能从单个方面或者几个方面去研究分析。
利用遥感技术研究城市热岛效应，具有获取数据方便、能同时获取研究区域的影像数据等优点，是目前主要的研究手段。
BORNSTEIN ＆LIN （2000）[2]及姚远等（2018）[3]通过研究发现，城市高温热场的存在会在一定程度上增加城市的温度，从而促成全球变暖。
又有中国学者姜允芳和黄静（2022）[4]、王煜等（2021）[5]、何泽能等（2022）[6]通过研究发现，热岛效应会改变城市的一些气候现象，如结霜日数及结霜量[7]。
上海“城市热岛效应”变化趋势的研究上海市储能中学赵佳依摘要从多年的上海市、区县气象站哨观测资料分析来看，上海城市的热岛效应十分显著。
通过对比分析位于广场地区的原六十二中学近20年的气温数据和其他观察站近40年的观测资料，探讨了上海城市热岛效应强度在时间、空间上的变化趋势与特点，得到了绿化工程可以有效削弱城市热岛效应的增长势头，但其不可避免地包含着区域气温变化所带来的波动的结论，为上海生态城市建设提供了一定得参考价值。
关键词城市热岛效应气温绿地一、绪论城市热岛效应是英国化学家Lake Howard(1772～1864 年)通过对城市中心区和临近地区城镇气温的观测比较后于 1820年提出。
此后，已有数以千计的有关城市气候的论文发表。
近年来，城市市区－—城市郊区气温差异扩展的趋势已被证明，在少于一万人人口的小城镇中亦能在长时间温度记录中探测到城市热岛的存在。
学者Karl等对美国历史气候观察网的资料分析后认为，平均而言，城市化进程可以影响造成约 0.06 ℃（1901-1984 年）的城乡气温差异。
当然，这一个热岛效应结论仅仅是针对1901年到1984年这一段时间中的美国城市而提出的。
在我国，学者周淑贞、束炯、桑建国、李朝颐等，先后对城市热岛效应及形成机制进行了多方面的研究。
邓莲堂（2001）指出，城市绿化面积、城市规模的大小、建筑物密度、城市地表形态等（这些我们认为是城市化指标）是影响城市区域气候特征的最主要的内在因子。
与此同时，加速变化中的全球性气候大背景更是给城市区域气候的变化研究带来了复杂性。
城市热岛效应作为城市气候最显著的特点之一，它也在不断地变化之中。
所以，城市热岛效应既受到城市化进程的影响，也受到全球气候变化大背景的作用。
更多的学者倾向于前者即城市化进程对于城市热岛效应的作用更为强烈。
中国气象局北京城市气象研究所的郑祚芳、刘伟东等人2006年发表论文时提到，不断加速的城市化进程对城市气候有着深远的影响。
西安交通大学毕业设计（论文）基于遥感的城市热岛效应研究学院名称地理与规划学院专业名称地理科学学生学号12345678学生姓名学生姓名指导教师教授姓名助理指导老师老师姓名202X年X月摘要本文利用丰城市2010年landsat5 TM影像数据，运用遥感数据温度反演和监督分类等数据分析手段，综合研究丰城市地面温度分布与城市土地利用类型间的相关性。
得出城市下垫面及人工热源等因素与城市地面热力场分布息息相关，而水体及城市绿化面积对城市热效应有积极缓解作用等结论。
最后将之与北方大城市的城市热岛效应研究情况相比较，总结出南方中小城市的热岛效应的特点，即热岛效应相对较轻，市中心与郊区温差存在但相对较小，河流与植被对其的影响非常显著。
由此可见，丰城市今后的城市规划发展，应直视城市热岛问题，合理布局城市各项工程用地建设，切实践行城市可持续发展所提倡的“生态城市”建设，制定合理的城市发展战略，力求人工环境与自然环境的统一。
关键词：遥感；热岛效应；土地利用；南方中小城市；丰城市AbstractThe Fengcheng City 2010 landsat5 TM image data, using remote sensing data of temperature inversion and supervised classification data analysis method, a comprehensive study of the Fengcheng City ground temperature distribution and urban land use types of correlation. That urban underlying surface and artificial heat sources and urban ground thermal field distribution have closely relation, and water and urban greening area of urban heat effect is positive the alleviation effect conclusion. Finally compared with the big cities of the north of the urban heat island effect research, summed up the characteristics of the urban heat island effect in medium-sized and small cities in the south.The heat island effect is relatively light, downtown and suburban temperature difference exists but is relatively small, rivers and vegetation on the effect is very significant. Thus, Fengcheng City Urban Planning in the future development should be open urban heat island, reasonable layout of urban projects in the construction, cut practice for urban sustainable development advocated by the "ecological city" construction, formulate rational urban development strategy, strive for the unity of the artificial environment and the natural environment.Key words: RS;urban heat effect;land use;Medium-Small-Sized Cities in the Southern China;Fengcheng City第1章绪论1.1 研究意义及背景在全球变暖和高速城市化的大背景下，世界上许多城市都出现了高强度的城市热岛效应，特别是城市局部地区温度居高不下，给城市居住人口的生产生活带来极大影响。
城市热岛效应研究综述摘要随着我国高速化发展，城市人口激增，进一步导致建筑容积率不断上升，且城市建筑群逐渐向高密化转变，进一步阻挡城市空气流动，降低城市通风能力，从而加重城市热岛效应。
本文对现阶段国内外针对热岛效应的研究现状进行说明，阐述了影响热岛效应的部分因素，并提出现阶段较为有效缓解热岛效应的措施。
关键词：热岛效应；地表温度；引言城市热岛效应（Urban Heat Island Effect，UHI）指在城市化发展过程中，由于城区下垫面性质及结构变化、人为热的排放、建筑及道路密集等导致城区温度明显高于郊区，形成类似“高温岛屿”的现象［1］。
世界各国的速发展，因此对生活环境的追求更高，也就将目光投向保护环境，城市热岛受到国内外学者的着重关注，各国学者针对城市热岛的产生原因、作用机制以及如何缓解展开了大量研究。
1国内外研究现状近年来，国内外各学者结合各类城市特点，通过分析城市热岛效应的变化特点，获得了一些初步成果。
例如上个世纪七十年代末，德国斯图加特率先开始了城市环境、气候与城市空间规划的综合研究，基于当地气候条件对城市的规划布局进行优化，利用山谷风为城市提供新鲜冷空气，缓解城市热岛效应和空气污染问题[2,3]。
从九十年代开始，日本东京也开始评估城市风热环境，并开展了名为“风之道”的城市气候环境与规划应用的研究，充分利用现有街道和河川、以及建筑物的布局引入海风，对重要地区进行行人高度的风环境评估，得到降低热岛效应的效果[4]。
张心怡等［5］通过用多时相的遥感影像数据来研究上海市各用地类型在不同温度等级范围内所占的面积可以用来衡量不同用地类型对热环境的贡献大小。
随着温度级别的升高，城镇建设用地和未利用地所占面积比重明显升高，水域、草地、林地等的比重逐渐下降；王莹等［6］利用单劈窗算法实现了沈阳市的地表温度反演并构建热环境预测的CA-Markov模型得出2019年与2010年比较，高温区呈现略微增加趋势，9年间仅增加了0.5%，但高温区及次高温区的面积和增幅仍较大，城市热岛范围仍在继续扩张；2关于城市热岛效应的研究2.1 常用的研究方法与技术2.1.1 研究方法由于城市热岛效应与热风环境息息相关，因此城市热岛效应属于交叉学科，所以研究方法众多，比较常用的研究方法如下：1.文献资料研究。
利用遥感技术的地表温度反演及时空演变分析
胡干新;谢民民
【期刊名称】《科技与创新》
【年(卷),期】2024()2
【摘要】随着城市的快速发展,城市热岛效应也越发受到人们的关注。
基于Landsat系列卫星影像,采用辐射传输方程算法对南昌市地表温度进行反演,并利用均值-标准差法对地表温度进行热岛效应分级研究。
结果表明,南昌市热岛效应的区域面积不断增加,并存在低温区向高温区进行转换的现象;城市内植被和水体的合理布局对热岛效应具有一定的缓解作用,而不透水面的增加会加剧城市热岛效应。
【总页数】4页(P157-160)
【作者】胡干新;谢民民
【作者单位】江西理工大学土木与测绘工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】P413
【相关文献】
1.宝鸡市区地表温度反演与城市热岛分布格局时空演变研究*
2.基于遥感技术的萍乡市地表温度的时空变化特征分析
3.基于遥感技术的老龙口水库地表温度反演与影响因素分析研究
4.基于Landsat 8 TIRS地表温度数据反演的深圳城市热岛效应时空分布及土地利用的影响
5.2000—2020年洱海流域土地利用/覆被时空演变对地表温度的影响
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城市热岛的遥感监测方法及应用城市热岛是指城市中的气温明显高于外围郊区的现象，是城市发展最显著的特征之一。
对于城市热岛出现的原因，很多研究者认为与下垫面性质结构、植被覆盖情况、天气、地形、社会经济等密切相关。
随着城市化的发展，城市热岛强度及规模日益加剧，城市热岛效应产生的危害很大，热岛中心区域呈上升气流，附近的废气、污染物进入城区加重污染，严重影响居民健康。
一般来说城市热岛研究有两条途径：1）通过固定气象站点的观测数据，对城市中具体站点进行时序观测或对多个城乡站点进行对比观测，分析城乡的地表温度差异；2）利用卫星遥感获取的地表热场分布数据对比分析城乡的地表温度差异。
早期城市热岛研究主要运用站点的观测数据，但由于观测站点的分布较为稀疏，有一定的局限性，影响了对于城市热场空间分布特征的客观分析。
因此，现在依赖传统定点观测的城市热岛研究越来越少。
通过遥感手段获取的观测资料具有覆盖范围广、时间同步性好的特点，其提供的大范围地表温度空间变化信息，非常适用于分析不同空间分辨率下的城市热场空间分布特征。
1 基于温度的监测方法根据处理温度方法的不同，可分为基于地表温度与基于地面亮温两类方法。
1.1 基于地表温度的监测方法城市热岛效应与下垫面性质结构关系密切，但由于下垫面的复杂性以及实时探空数据获取的不易，使得地表温度的精确反演存在一定难度，因此这一方法大多是通过简化方法获取大气参数、地表比辐射率等求取地表温度。
陈健等基于MODIS和ASTER影像数据，以劈窗算法反演地表温度，利用分类结果和归一化植被指数（NDVI）等，定量分析沧州地区的城市热环境。
研究表明，市区为高温中心，建筑物密集地、郊区人类活动频繁地带温度较高，农村用地和荒地也出现了明显的局部热中心。
杨沈斌等基于Landsat TM/ETM+影像的数据，通过反演地表温度计算城市热岛强度，研究北京城市热岛季节特征，结果显示北京城市热岛季节变化特征明显，与总云量季节变化关系显著。
基于遥感的城市热岛效应分析随着城市化进程的加速，城市热岛效应日益显著，对城市居民的生活质量、生态环境和能源消耗等方面产生了诸多不利影响。
遥感技术作为一种能够快速、大面积获取地表信息的手段，为城市热岛效应的研究提供了有力的支持。
城市热岛效应指的是城市地区的温度高于周边郊区和农村地区的现象。
这一现象的形成原因是多方面的。
城市中密集的建筑物、道路等不透水面大量吸收太阳辐射，并储存热量。
城市中的人口密集、工业活动和交通排放等导致了大量的人为热量释放。
此外，城市的下垫面特性和大气环流状况也对热岛效应的形成和发展起到了重要作用。
遥感技术通过搭载在卫星、飞机等平台上的传感器，能够获取不同波段的电磁波信息，进而反演地表温度等参数。
常用的遥感数据包括热红外遥感数据、多光谱遥感数据等。
热红外遥感数据可以直接反映地表的热辐射信息，从而计算出地表温度。
多光谱遥感数据则可以通过构建相关的指数，间接反映地表的温度状况。
在利用遥感技术分析城市热岛效应时，首先需要对遥感数据进行预处理。
这包括辐射定标、几何校正、大气校正等步骤，以消除数据中的误差和干扰，提高数据的质量和准确性。
接下来，通过特定的算法和模型，对预处理后的遥感数据进行地表温度反演。
常用的地表温度反演算法有单窗算法、劈窗算法等。
获得地表温度数据后，可以进一步分析城市热岛的空间分布特征。
通过绘制温度等值线图、热岛强度分布图等，直观地展示城市热岛的范围和强度。
研究发现，城市中心区域往往是热岛效应最显著的地方，温度从城市中心向郊区逐渐降低。
而且，城市中的商业区、工业区、高密度住宅区等地通常温度较高，而公园、绿地、水体等区域则相对较凉爽。
除了空间分布，还可以利用遥感数据研究城市热岛效应的时间变化特征。
通过对不同时间获取的遥感数据进行分析，可以了解城市热岛在一天内、季节内以及年际间的变化规律。
例如，在一天中，城市热岛强度通常在夜间达到最大值；在夏季，热岛效应往往比冬季更为明显。
基于LANDSAT地表温度的上海城市热岛时空格局分析 摘 要：利用1997年和2002年的Landsat TM/ETM影像数据，提取了上海地区的地表温度，分析研究了上海的城市热岛效应的时空格局变化。结果表明，低温区的面积从1997年到2002年的比例明显下降，分布更分散；次低温区面积增加，分布呈现出明显的多中心格局；温度等级高的地区主要是人口密集和人类活动频繁的区域。
关键词：上海；城市热岛；时空格局 越来越多的人口涌入城市，受到广泛关注的城市化是当今世界上重要的社会、经济现象之一。城市热岛作为城市化产生的一个显著后果，也逐渐成为城市研究的焦点。城市化，就是把自然景观改变成人工景观的过程，同时也改变了城市地表的物理特性。地表温度是改变最明显的，这对于城市生态环境的研究至关重要。城市下垫面类型和性质直接影响地表温度的上升和下降，城市景观的高度异质性导致下垫面的特性差异很大，是研究城市地表温度的挑战。通过气象观测数据进行分析是传统的研究手段，受到人力物力、下垫面差异、时间尺度和观测数据的多种影响，存在很多困难。相比传统的方法相比，利用卫星遥感技术，能够获取大范围、多时相的数据，是研究城市生态环境的重要手段，具有广泛的应用性。定量提取地表温度、植被指数和其他表征地表特性的指数，可利用不同的遥感传感器获取的遥感数据，能够为城市热岛的研究提供大量的、准确的数据。 城市的土地利用和土地覆盖能够影响着地表辐射的吸收和释放，其中的每个组成部分都受到周围环境的影响，有独特的辐射、湿度、热能及空气动力学的性质。对地表温度影响最大的因素之一是植被，植被的性质和数量是影响太阳辐射在显热和潜热通量间的分配的因素，造成植被覆盖区和裸地之间地表温度的差异。城市中的人工景观逐渐代替自然景观，比例不断提高的不透水面，成为影响地表温度的又一重要组成部分。 随着我国的经济快速发展，不断加快的城市化进程，迅速增加的城市建设区域面积，改变了城市的规模和空间格局。上海，是中国城市化程度最高的城市，正面临着各种问题，如物候反常、大气污染、对人体健康的危害等，都是城市热岛效应带来的。对于上海的可持续发展和生态城市的建设，这些问题将是很大的阻碍。因此，为寻找造成城市热岛的原因，科学地指导上海的城市规划、建设和环境改善，利用遥感技术研究上海城市热岛的时空格局变化趋势，具有非常积极的意义。 1 数据和方法 1.1 数据来源 文章使用的数据分别是1997年04月11日和2002年08月23日获取的两个时相的Landsat TM/ETM影像数据。其中1997年影像为TM数据，2002年影像为ETM数据。 Landsat4、Landsat5机载TM传感器，1982年发射。Landsat5每16天覆?w全球一次，包含7个波段影像。其中波段1-5和7的空间分辨率为30米，波段6（热红外波段）的空间分辨率为120米。Landsat7于1999年发射，携带增强型主题成像仪（ETM+），影像包括8个波段，其中1-5和7波段的空间分辨率是30米，波段6的空间分辨率是60米，波段8的空间分辨率是15米。 1.2 数据预处理 分别将1997年04月11日和2002年08月23日的影像数据进行几何校正到WGS84NUTM51的投影坐标系中，再分别在每个时相的影像数据中将研究区域提取出来。为了能够对不同类型、不同空间和不同时间的遥感影像数据进行定量比较，将图像的DN值经过辐射定标，转换成辐射强度，再转换成大气层顶反射率。 1.3 研究方法 城市中的地表温度受到其表面组合和空间复杂性的影响，而这些组分通常比TM/ETm传感器的分辨率小，就存在一个像元里有多个土地利用类型，即混合像元的问题。植被-不透水面-土壤（V-I-S）模型是1995年由Ridd提出的，模型指出城市中的土地利用可认为是由植被、不透水面和土壤以不同的比例组成的。在V-I-S概念模型的基础上，通过最小噪音分离、纯净像元指数计算、选取端元等线性光谱分解的方法提取出不透水面盖度和植被盖度图；再结合利用热红外波段计算研究区内的地表温度；将计算得到的地表温度数据划分等级，再对图像进行叠加计算，由所得图像来分析城市热岛的时空变化特征。 2 结果分析 2.1 城市热岛空间分布特征 由两个时相影像数据计算所得的地表温度统计最大值、最小值、均值和标准差。 两个时相的数据获取时间分别为4月11和8月23日，分别属于春季和夏季，而不同季节间的温度范围有显著差别，这会影响到对地表温度的直接比较和分析，故需要对温度数据做标准化处理。公式： a=（T-Tmin）（Tmax-Tmin） 式中a是经过标准化后的温度值，T表示反演得到的地表温度，Tmax和Tmin分别表示未标准化的地表温度最大值和最小值。将数据标准化处理后，地表温度的取值范围为0-1，1表示地表温度最大值，0表示地表温度最小值，再比较不同时间获取的数据。图1为经过标准化处理后的地表温度分布图。 温度数据经过标准化后，不同季节间的地表温度可以直接进行对比分析。将地表温度数据分为四个等级，得到四个温度区间：0-0.25为低温区，0.25-0.5为次低温区，0.5-0.75为次高温区，0.75-1为高温区。这样的划分可以更加直观地表现出地表温度在空间和时间上的动态变化，经过划分等级后的地表温度图如图2。 由图2可看出，1997年的温度等级图中，在黄浦江两岸的外环线内主要是次高温区和高温区，这里是城市的中心地带，面积并不大；次低温区的分布表现出在城市的中心地带向外扩展，较多分布在现在的浦东，有少面积分布在在金山，奉贤，松江各区的中心；松江、青浦和嘉定等这些范围内有大面积的农田，存在较多面积的低温区。从2002年的温度分级图中可看出，高温区和次高温区的面积有逐渐增加的趋势，并且分布呈现出明显的多中心格局；较高温区分布的区域主要是人口众多的繁华地带。由以上两个时相的数据显示，温度等级有所提升的区域为居住人口众多，社会、经济活动频繁的地带。而研究区的城市发展呈现出多中心扩展的趋势。城市的空间布局、人为热的排放和植被覆盖等多种因素综合影响城市热岛效应的空间格局。 2.2 城市热岛时间变化特征 为了能够对1997年到2002年间的城市中不同温度等级的变化进行定量分析，对每个温度等级所占的面积比例进行统计，如图3。 图3显示出，1997年，低温区的面积达到了40%，而到了2002年，低温区的面积所占比例明显减少，次低温区的面积增加的比例达到30%，呈现出明显的增加趋势。由于文章是等距划分了标准化后的地表温度等级，导致每个温度分级的比重不均匀，两个年份的次高温区和高温区的面积都比较少，但是变化非常明显。2002年低温区的面积比例相比1997年明显下降，次低温区和次高温区的面积比例有所上升。 3 结束语 城市化就是一个人口向城市空间聚集和改变城市环境的过程，而城市化程度越高的区域热岛效应越显著，城市的面积在不断扩大，并且有向四周扩散的趋势。 根据上文中的1997年和2002年两个时相的地表温度数据可以看出：热岛效应增强的地区主要是上海的城市中心地带，这些地带受热岛效应影响的面积持续增加，是与城市的发展密切相关的。基于整个研究区域来分析，城市热岛的分布并不只是集中在发展历史已久的城市中心，而是表现出多中心的分布格局，以城市中心地带外围的多个中心为起点向四周扩展开来。这样的发展趋势反映出在研究区内，城市的发展在早期有很强向心力的单一中心发展到后期的多中心的格局，传统中心区的功能作用被不断削弱，城市的发展从多个中心向外扩展。 根据图中的土地利用类型来看，城市中具有明显降温作用的是绿地，较低温度的地区通常都覆盖有植被，植被在一定程度上缓解了城市热岛效应。可是位于中心地带的绿地面积都比较小，并且分布并不集中，表现出分散的状态，对于整个研究区域的城市热岛效应的减弱作用不显著。 城市的热岛效应的时空格局在不同的时期具有不同的特点，并且伴随城市化发展的趋势。相关研究指出，文章研究区域在1990年到2000年期间，城市的形态表现出中心城区、卫星城、郊区城镇及沿交通干道分布的“多核-多轴”的多边形的分布模式，上海的中心城区面积在2000年以后，增长的幅度减缓，郊区的城市化地区面积增幅显著。与文章中的结果是一致的。 参考文献 [1]徐涵秋.利用改进的归一化差异水体指数（MNDWI）提取水体信息的研究[J].遥感学报，2005，9（005）：589-595. [2]戴?匝啵?张利权，过仲阳，等.上海城市热岛效应形成机制及空间格局[J].生态学报，2009，29（007）：3995-4004. [3]康文星，吴耀兴，何介南，等.城市热岛效应的研究进展[J].中南林业科技大学学报，2011，31（1）：70-76. [4]谢苗苗，王仰麟，付梅臣.城市地表温度热岛影响因素研究进展[J].地理科学进展，2011，30（1）. [5]葛伟强，周红妹，杨引明，等.基于遥感和GIS的城市绿地缓解热岛效应作用研究[J].要感技术与应用，2006，21（005）：432-435. [6]曹璐.城市地表温度热岛遥感定量反演及其时空格局[D].上海：华东师范大学，2011.
