基于Landsat TM/TIRS的重慶市主城區(qū)熱島效應(yīng)研究

張 宇, 趙 偉, 龍 鳳, 黃 婧, 劉 婷

(1.重慶工商大學(xué) 環(huán)境與生物工程學(xué)院, 重慶400067; 2.重慶工商大學(xué) 旅游與國(guó)土資源學(xué)院, 重慶400067)

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基于Landsat TM/TIRS的重慶市主城區(qū)熱島效應(yīng)研究

張 宇1, 趙 偉2, 龍 鳳2, 黃 婧2, 劉 婷2

(1.重慶工商大學(xué) 環(huán)境與生物工程學(xué)院, 重慶400067; 2.重慶工商大學(xué) 旅游與國(guó)土資源學(xué)院, 重慶400067)

使用Landsat數(shù)據(jù)對(duì)2001—2013年重慶市主城熱島進(jìn)行研究，選取2001年、2007年的TM、2013年的TIRS三期夏季影像，采用單窗算法反演出地表溫度。在此基礎(chǔ)上，對(duì)主城熱島時(shí)空演化的整體特征、熱島強(qiáng)度進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：(1) 重慶市高溫地表主要分布在主城建成區(qū)內(nèi)，由過(guò)去呈一點(diǎn)向多點(diǎn)、零散向成片的分布，發(fā)展至目前呈多片塊、多中心均衡分布，并有持續(xù)向外擴(kuò)展的趨勢(shì)；(2) 市區(qū)內(nèi)綠化較好或有水體覆蓋區(qū)域，對(duì)城市高溫起到一定的緩解作用，而長(zhǎng)江、嘉陵江表面溫度與陸上地表溫度相差較大；(3) 13年間交通線路的發(fā)展帶動(dòng)了周?chē)貐^(qū)及周邊區(qū)縣的城市化發(fā)展，使得傳統(tǒng)的高溫區(qū)溫度有所降低，在交通路線所能達(dá)到的地方形成新的高溫區(qū)；(4) 2001年熱場(chǎng)變異指數(shù)為0.63，2007年為0.49，2013年達(dá)到0.66，較高的熱場(chǎng)變異指數(shù)使得重慶市熱島強(qiáng)度處于較高水平。

熱島效應(yīng); 單窗算法; Landsat TM/TIRS

城市熱島(Urban Heat Island，UHI)是指城市發(fā)展到一定規(guī)模，由于城市下墊面性質(zhì)的改變、大氣污染以及人工廢熱的排放等使城市溫度明顯高于郊區(qū)，形成的類(lèi)似高溫孤島現(xiàn)象[1]。隨著人口不斷增長(zhǎng)，城市化水平不斷提高，城市熱島不斷加劇，使原本炎熱的夏日變得更加酷熱難耐，增加高溫災(zāi)害的發(fā)生率，并提升人類(lèi)患心血管疾病的機(jī)率，對(duì)人類(lèi)健康造成直接危害[2]。同時(shí)使能源消耗增加，環(huán)境質(zhì)量下降，大氣污染物分布特征改變，嚴(yán)重影響城市物候生態(tài)平衡。

開(kāi)展城市熱島效應(yīng)的研究最早可以追溯到19世紀(jì)初期，Howard在對(duì)倫敦城區(qū)和郊區(qū)的氣溫進(jìn)行同時(shí)間的對(duì)比觀測(cè)后，首次發(fā)現(xiàn)了這種城區(qū)氣溫比其四周郊區(qū)氣溫高的現(xiàn)象。國(guó)外針對(duì)城市熱島效應(yīng)的研究主要集中在形成機(jī)制和緩解機(jī)制兩個(gè)方面[3-4]，以MODIS和Landsat TM/ETM+數(shù)據(jù)為主[5-6]，國(guó)內(nèi)有關(guān)城市熱島效應(yīng)的研究可以分為兩個(gè)層面：從研究區(qū)域和尺度范圍看，東部沿海發(fā)達(dá)地區(qū)和大中型城市研究成果較多[7-11]，研究尺度上從中小型城市到區(qū)域性尺度不等[12-13]；從數(shù)據(jù)和方法來(lái)看，基于遙感影像反演地表溫度的單窗算法和劈窗算法得到了廣泛的應(yīng)用[14-18]，基于氣象資料的空間數(shù)據(jù)內(nèi)插法也取得了豐碩的成果[19-21]。

重慶作為長(zhǎng)江上游最為重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展中心城市，直轄至今社會(huì)經(jīng)濟(jì)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)高速發(fā)展期，城市化進(jìn)程十分迅速，大規(guī)模的城市建設(shè)，工業(yè)企業(yè)發(fā)展導(dǎo)致城市熱容量增大，城市下墊面溫度增高，城鄉(xiāng)溫度差異增大，城市熱島強(qiáng)度加劇。本文基于Landsat TM/TIRS數(shù)據(jù)、采用覃志豪[22-23]的單窗算法，對(duì)重慶主城9區(qū)2001年以來(lái)城市熱島效應(yīng)的時(shí)空變化特征開(kāi)展綜合研究，以期為重慶城市環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

重慶市位于中國(guó)內(nèi)陸西南部、長(zhǎng)江上游地區(qū)，地貌以丘陵、山地為主，坡地面積較大，有“山城”之稱(chēng)。重慶地勢(shì)由南向北向長(zhǎng)江河谷逐級(jí)降低，西北部和中部以丘陵、低山為主，東北部靠大巴山，東南部連武陵山，屬于亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，具有冬暖夏熱、雨量充沛、濕潤(rùn)多云霧的氣候特點(diǎn)，是全國(guó)著名的“火爐”城市。重慶主城包含渝中、江北、沙坪壩、南岸等9個(gè)城區(qū)，是重慶市的中心城區(qū)，是長(zhǎng)江上游地區(qū)經(jīng)濟(jì)文化中心、西南地區(qū)重要交通樞紐、國(guó)家重要的制造業(yè)基地。由于主城位于長(zhǎng)江和嘉陵江交匯處，都市經(jīng)濟(jì)圈效應(yīng)明顯，因而作為本文研究劃定的主要區(qū)域。

2 數(shù)據(jù)及處理

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及預(yù)處理

選取2001年、2007年、2013年夏季衛(wèi)星影像作為研究數(shù)據(jù)。由于2013年7月影像數(shù)據(jù)成像質(zhì)量不佳，對(duì)中國(guó)氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)網(wǎng)(http:∥cdc.cma.gov.cn/home.do)提供的2013年氣溫日值數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，6月、7月氣溫日值數(shù)據(jù)均值分別為30.9，34.5℃，標(biāo)準(zhǔn)差分別為0.73，1.11，時(shí)間序列相關(guān)系數(shù)為0.85。由于熱島效應(yīng)研究對(duì)象為城鄉(xiāng)溫度差異，因此可以選擇6月份影像作為研究數(shù)據(jù)，其中2001年、2007年數(shù)據(jù)為L(zhǎng)andsat TM影像，2013年為L(zhǎng)andsat OLI/TIRS影像，圖像質(zhì)量較好，云層較少，滿足重慶市主城溫度反演的要求。所有數(shù)據(jù)均下載自“地理空間數(shù)據(jù)云”(http:∥www.gscloud.cn/)。

本研究采用ENVI 5.0對(duì)基礎(chǔ)影像進(jìn)行前期數(shù)據(jù)處理，包括輻射定標(biāo)、大氣校正、鑲嵌、裁剪等幾個(gè)步驟。大氣校正是為了消除大氣和光照等因素對(duì)地物反射的影響，獲得地物反射率、輻射率、地表溫度等真實(shí)物理模型參數(shù)，包括消除大氣中的水蒸氣、氧氣、二氧化碳、甲烷和臭氧等對(duì)地物反射的影響；消除大氣分子和氣溶膠散射的影響[24]。使用FLAASH大氣校正工具進(jìn)行大氣校正，大氣校正之前先進(jìn)行輻射定標(biāo)，將其像元灰度值(Digital Number，DN)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的熱輻射強(qiáng)度值(Radiance)。

大氣校正后的影像，有效消除了大氣和薄云對(duì)影像的影響，校正后的圖像更清晰，經(jīng)過(guò)鑲嵌、裁剪，得到預(yù)處理影像，為后面溫度反演提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.2 地表溫度反演

本文使用單窗算法對(duì)重慶市主城9區(qū)地表溫度進(jìn)行反演。單窗算法(Mono-window A lgorithm，簡(jiǎn)稱(chēng)MW算法)是由覃志豪等[22-23]根據(jù)TM6波段地表熱輻射在大氣傳輸?shù)奶匦越⒌睦肨M第6波段反演地表溫度的算法，該算法僅需要3個(gè)地表參數(shù)，即地表比輻射率ε6、大氣平均作用溫度Ta和大氣透射率τ6。地表溫度(Ts)的計(jì)算公式為：

(1)

C6=ε6τ6

(2)

D6=(1-ε6)[1+(1-ε6)τ6]

(3)

式中：Ts——地表溫度(K)；a，b——常量，一般情況下(地表溫度在0～70℃范圍內(nèi))分別取值為-67.355 351，0.458 606[19]；Tsensor——傳感器上的亮度溫度；C6，D6——中間變量。

2.3 反演參數(shù)獲取

(1) 亮度溫度計(jì)算。根據(jù)普朗克定律，可以將輻射亮度值轉(zhuǎn)化為亮度溫度。

對(duì)于Landsat 5，可以用下式求得影像像元亮度溫度[5]：

(4)

式中：DNTM6——TM6的像元DN值，0≤DNTM6≤255；Tsensor——亮度溫度值(K)。

對(duì)于Landsat 8，計(jì)算亮度溫度的公式為[25]：

(5)

式中：Tsensor——亮度溫度(K)；Lλ——輻射亮度值；Landsat 8 TIRS熱紅外波段10的k1字段為K1_CONSTANT_BAND_10，k2字段為K2_CONSTANT_BAND_10；同時(shí)熱紅外波段11參數(shù)也類(lèi)似。k1，k2字段的值可以直接從影像頭文件中獲取，視為已知的值。

(2) 地表比輻射率。本文使用混合像元分解法估算地表比輻射率[26]，將地表劃分為水體、城鎮(zhèn)、自然表面3種地物類(lèi)型。根據(jù)前人的研究成果[26]，將水體像元的比輻射率賦值為0.995，自然表面εs和城鎮(zhèn)像元εm的比輻射率的估算公式如下：

εs=0.9625+0.0614FV-0.0461FV2

(6)

εm=0.9589+0.086FV-0.0671FV2

(7)

(8)

(9)

式中：FV——植被覆蓋度，當(dāng)像元的NDVI>0.7時(shí)，F(xiàn)V取值為1，當(dāng)NDVI<0.05時(shí)，F(xiàn)V取值為0；NDVI——?dú)w一化植被指數(shù)；NDVIV，NDVIS——完全被植被覆蓋、無(wú)植被覆蓋的像元NDVI值，植被覆蓋茂密時(shí)，取NDVIV=0.7，而裸土覆蓋時(shí)，取NDVIS=0.05；β3，β4——紅波段和近紅外波段的反射率。

(3) 大氣平均作用溫度和大氣透射率。覃志豪給出了大氣平均作用溫度和大氣透射率的估算方法。考慮到重慶市主城區(qū)所在緯度為北緯29°—30°，且遙感成像時(shí)間為夏季，因而采用中緯度夏季大氣剖面模型計(jì)算大氣平均作用溫度Ta，公式為[23]：

Ta=16.0110+0.92621To

(10)

大氣透射率τ6與大氣水分含量ω關(guān)系最為緊密，其計(jì)算公式如表1所示。

根據(jù)前人的研究，得到大氣水分含量與地面水氣壓的計(jì)算公式[2]：

ω=0.19604e+0.04691

(11)

(12)

式中：e——絕對(duì)水汽壓(kPa)；RH——相對(duì)濕度；To——?dú)鉁貑挝?K)。

表1 大氣透射率與大氣水分含量關(guān)系

3 結(jié)果與分析

3.1 結(jié)果與檢驗(yàn)

根據(jù)單窗算法以及上文所涉及的參數(shù)，使用ENVI軟件反演出3期重慶市主城9區(qū)地表溫度，統(tǒng)計(jì)其最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差，如表2所示。

表2 研究區(qū)地表溫度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) ℃

從以下兩個(gè)方面對(duì)表2反演結(jié)果LST進(jìn)行驗(yàn)證：

(1) 使用臺(tái)站號(hào)為57516，經(jīng)緯度為29°35′N(xiāo)，106°28′E，位于沙坪壩的國(guó)家基本氣象站點(diǎn)地表溫度實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)氣象站點(diǎn)所在遙感影像像元的溫度進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。該氣象站點(diǎn)提供其所在位置2001年、2007年、2013年溫度數(shù)據(jù)分別為42.47，26.35，24.13℃，與該點(diǎn)像元反演LST差值分別為-1.35，-2.44，-1.27℃，說(shuō)明該點(diǎn)及附近的反演精度較為理想；2000年冬—2001年6月以來(lái)，重慶市降雨普遍減少，日照偏多，濕度偏低，致使重慶大部遭受了十多年來(lái)最嚴(yán)重的冬干、春旱連夏旱，6月中旬—8月上旬，又出現(xiàn)連續(xù)高溫天氣，遭受30年來(lái)罕見(jiàn)的特大伏旱襲擊，降水較常年同期正常偏少約6成，蒸發(fā)量比常年同期增大20%～70%，日照時(shí)數(shù)相比同期增加30%～70%[27]，持續(xù)的高溫和伏旱襲擊使得研究時(shí)段內(nèi)2001年溫度比2007年、2013年明顯偏高。

(2) 使用MODIS LST產(chǎn)品，選取3個(gè)典型溫度區(qū)，即低溫、中溫、高溫區(qū)(圖1)對(duì)3期影像反演的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。由于一個(gè)MODIS像元對(duì)應(yīng)約8×8景大小的TM像元，因此在選取像元時(shí)，應(yīng)盡量選擇均質(zhì)區(qū)，并對(duì)8×8景的TM像元取平均值，作為像元評(píng)價(jià)單元，其結(jié)果如表3所示。

由表3可知，3期影像在中溫區(qū)和高溫區(qū)比較結(jié)果較相近，差別2～3℃，低溫區(qū)相差稍大，最大值在2001年，為3.77℃。整體對(duì)比結(jié)果較為滿意，在精度要求不高的情況下，3期影像的溫度反演結(jié)果可以作為下文數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。

圖1 檢驗(yàn)點(diǎn)在影像上的位置

根據(jù)各時(shí)相整個(gè)區(qū)域的地表溫度統(tǒng)計(jì)出來(lái)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)反演出的地表溫度圖像進(jìn)行溫度等級(jí)的劃分，將整個(gè)區(qū)域的地表溫度分為5個(gè)溫度區(qū)間，劃分標(biāo)準(zhǔn)如表4所示。

表3 溫度對(duì)比統(tǒng)計(jì) ℃

3.2 地表溫度特征分析

地表溫度的高低取決于不同的地表覆蓋類(lèi)型[27]。由附圖10可知，低溫區(qū)主要為以長(zhǎng)江、嘉陵江為主體的水體覆蓋區(qū)域以及海拔較高，植被覆蓋密集，距離市區(qū)較遠(yuǎn)的山地為主；中溫區(qū)占據(jù)研究區(qū)圖幅的大部，包括主城內(nèi)綠化較好的公園、園林以及大部分郊區(qū)的綠地、水田、低山、自然地表等；較高溫和高溫區(qū)域，主要分布在市區(qū)內(nèi)，與城市輪廓相適應(yīng)。為了能夠定性定量地了解熱島分布及其擴(kuò)展?fàn)顩r，采用目視解譯手段，提取3時(shí)段重慶主城建成區(qū)，并以建成區(qū)作為研究范圍，對(duì)其溫度時(shí)空變化開(kāi)展進(jìn)一步研究。

表4 溫度等級(jí)劃分

注：Ts為地表溫度，u為平均值，std為標(biāo)準(zhǔn)差。

采用前文提到的分區(qū)方式對(duì)研究子區(qū)進(jìn)行細(xì)分，并統(tǒng)計(jì)研究子區(qū)各地表溫度等級(jí)的平均溫度及面積(表5)，結(jié)合圖表，可以看出：

(1) 2001—2013年重慶市城市內(nèi)較高溫和高溫地區(qū)隨著城市規(guī)模的擴(kuò)張而擴(kuò)大，呈單中心—多組團(tuán)發(fā)展態(tài)勢(shì)，高溫區(qū)面積明顯增大。2001年重慶市城市建成規(guī)模較小，西抵中梁山，東至銅鑼山，南北向兩江(長(zhǎng)江、嘉陵江)交匯處聚集。城市建成區(qū)為高溫區(qū)，面積達(dá)到230.38 km2；2007年主城城市規(guī)?；驹?001年發(fā)展而來(lái)，較高溫地表面積增長(zhǎng)25.72 km2，高溫地表面積增長(zhǎng)104.87 km2，增幅明顯，過(guò)去以渝中半島為中心的高溫區(qū)密度有所下降，而主城至江北機(jī)場(chǎng)一帶，由過(guò)去零散點(diǎn)連接成片，成為跨南北分布的大面積高溫帶。同時(shí)，歌樂(lè)山、南山以外，也有部分零散的高溫區(qū)；2013年重慶市城市規(guī)模建成已跨越歌樂(lè)山和南山，整體上呈多中心、多片塊均衡交錯(cuò)分布，高溫區(qū)相比2007年增加71.22 km2，較高溫區(qū)增加80.20 km2，可見(jiàn)城市規(guī)模與城市地表溫度的高低呈一定的相關(guān)關(guān)系。

(2) 重慶市主城有兩江環(huán)繞，由于本研究選取的影像均成像于夏季，正值長(zhǎng)江汛期，兩江交匯處有較強(qiáng)的水流量。由表2可知，2001年、2007年、2013年城市地面平均溫度比低溫水體高20.54，8.82，9.08℃左右。兩江江畔樓房較多，樓高較高，拉開(kāi)了與江面的垂直距離，樓頂充當(dāng)?shù)乇硐聣|面，直接接受太陽(yáng)短波輻射，使得樓頂溫度較高，水面、陸面形成鮮明的冷—熱分布格局；而由附圖10可看出，市內(nèi)綠化較好或有水體覆蓋區(qū)域，包括位于渝中半島北、臨近嘉陵江畔的鵝嶺公園、佛圖關(guān)公園，位于沙坪壩的彩云湖國(guó)家濕地公園等園林用地，成為高溫帶中細(xì)小零散的較低溫點(diǎn)，對(duì)城市高溫現(xiàn)象有一定的緩解作用。

(3) 交通線路的發(fā)展，既緩解了市區(qū)內(nèi)人口密度大、交通繁忙帶來(lái)的局部高溫、通風(fēng)不暢的現(xiàn)象，又帶動(dòng)了交通路線周?chē)貐^(qū)及周邊區(qū)縣的城市化發(fā)展。查詢(xún)重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒，得到3年重慶市交通設(shè)施發(fā)展數(shù)據(jù)，如表6所示，2001年重慶市道路總長(zhǎng)度為3 512 km，2001—2013年道路長(zhǎng)度翻了一翻，道路面積和立交橋數(shù)量增加超過(guò)3倍；3年的道路面積長(zhǎng)度比分別為1.34，1.74，1.96，道路寬度增加，顯著提高了道路承載力，加速了城市化向周邊的擴(kuò)展。從2002年底內(nèi)環(huán)高速公路建成通車(chē)、2009年底繞城高速公路全線開(kāi)通以及輕軌交通的成熟運(yùn)行至今，主城已形成“二環(huán)八射”的高速公路系統(tǒng)。

表6 重慶市交通設(shè)施數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3.3 熱島強(qiáng)度分析

熱場(chǎng)變異指數(shù)在本研究中能更直觀地表示熱島強(qiáng)度的大小及變化，其公式為[28]：

(13)

式中：HI(T)——熱場(chǎng)變異指數(shù)；T——研究區(qū)某點(diǎn)的地表溫度；TMEAN——研究區(qū)域的平均地表溫度。

采用閾值法將熱場(chǎng)變異指數(shù)HI(T)分為4級(jí)，如表7所示。

表7 熱場(chǎng)變異指數(shù)HI(T)閾值劃分方法

通過(guò)分析，結(jié)合上文，可以看出，從熱場(chǎng)變異指數(shù)HI(T)看，2001年熱場(chǎng)變異指數(shù)較高，最高值達(dá)到0.63，2007年有所緩和，最高值降至0.49。2013年最高值升至0.66?？梢钥闯觯?001年發(fā)生干旱，加之熱島密集，因此強(qiáng)度較大；2007年處于城市擴(kuò)展過(guò)渡階段，熱島強(qiáng)度向外延伸，有所降低；至2013年城市規(guī)模發(fā)育成熟，HI(T)在現(xiàn)有強(qiáng)度的基礎(chǔ)上持續(xù)增強(qiáng)，達(dá)到3期強(qiáng)度的最高值，并有繼續(xù)升高趨勢(shì)。

根據(jù)地表覆蓋類(lèi)型和熱場(chǎng)變異指數(shù)HI(T)，選取典型區(qū)域，結(jié)合圖2，分析其熱島強(qiáng)度的變化。具體包括：1 朝天門(mén)廣場(chǎng)—解放碑商圈、2 江北華新街—觀音橋商圈—重慶北火車(chē)站、4 兩路口—南岸南坪商圈一帶、5 楊家坪—石橋鋪—沙坪壩商圈四地在2001年為強(qiáng)熱島發(fā)生地，但到了2007年、2013年熱島強(qiáng)度有所緩和，保持在中等強(qiáng)度；3 江北—江北國(guó)際機(jī)場(chǎng)成片、6 九龍坡—大渡口工業(yè)產(chǎn)業(yè)園兩地都從2001—2007年由中熱島強(qiáng)度升至強(qiáng)熱島，并保持該狀態(tài)至今；7 大學(xué)城一帶、8 荼園—長(zhǎng)生橋鎮(zhèn)在2001年無(wú)熱島效應(yīng)，到2007年升至弱，到2013年，7地、8地分別升至中等熱島和強(qiáng)熱島，成為這些年新增的熱島區(qū)。

使用熱場(chǎng)變異指數(shù)對(duì)熱島強(qiáng)度進(jìn)行分析，目前已有一定的研究成果，但主要用于界定熱島等級(jí)的范圍。陳云[25]在使用Landsat 8數(shù)據(jù)研究廈門(mén)市熱島強(qiáng)度時(shí)，得到的HI(T)值范圍為-0.30～0.30，其中HI(T)大于0.2的地表為強(qiáng)熱島區(qū)域；劉宇鵬等[29]在研究長(zhǎng)沙市熱島的時(shí)空分析時(shí)，得到的HI(T)值范圍為-0.18～0.44，并設(shè)定HI(T)大于0.1的區(qū)域?yàn)閺?qiáng)熱島區(qū)；劉玉安等[28]在研究武漢市熱環(huán)境時(shí)，使用多年夏季地表溫度數(shù)據(jù)提取熱場(chǎng)變異復(fù)合指數(shù)TCI，分為6個(gè)等級(jí)，0.015～0.020為強(qiáng)熱島效應(yīng)區(qū)，超過(guò)0.020為極強(qiáng)熱島區(qū)，指出武漢市主城區(qū)TCI值均超過(guò)0.015；張勇等[13]在分析北京和無(wú)錫地表溫度中，也將HI(T)值劃分為6級(jí)，分級(jí)方法與劉玉安相似，用以評(píng)價(jià)研究區(qū)熱島效應(yīng)強(qiáng)度，但未指出HI(T)值的范圍。

圖2 2001-2013年各區(qū)域HI(T)等級(jí)統(tǒng)計(jì)

定量分析3期影像HI(T)值，不僅能了解熱島強(qiáng)度的等級(jí)分布，而且能夠在橫向上對(duì)各城市熱島強(qiáng)度大小有一個(gè)具體的把握?！吧匠恰?、“霧都”重慶地形地貌十分復(fù)雜，高樓林立，橋梁眾多，城市景觀格局較為立體，孕育了獨(dú)特的城市熱環(huán)境，使得重慶市熱場(chǎng)變異指數(shù)值處于較高水平。

4 結(jié) 論

本文使用Landsat影像數(shù)據(jù)研究2001年、2007年、2013年3期重慶市主城熱島，借鑒覃志豪的單窗算法，得到比較理想的地表亮溫結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，對(duì)主城熱島時(shí)空演化的整體特征、熱島強(qiáng)度進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

(1) 2001—2013年重慶市高溫地表主要分布在主城建成區(qū)內(nèi)，與城市輪廓相似，由過(guò)去呈一點(diǎn)向多點(diǎn)、零散向成片的分布，發(fā)展至目前呈多片塊、多中心均衡分布，并有持續(xù)向外擴(kuò)展的趨勢(shì)。時(shí)間上整體呈單點(diǎn)—多組團(tuán)的變化特征。

(2) 市區(qū)內(nèi)綠化較好或有水體覆蓋區(qū)域，對(duì)城市高溫起到一定的緩解作用，而長(zhǎng)江、嘉陵江表面溫度與陸上地表溫度相差較大。

(3) 交通線路的發(fā)展，既緩解了市區(qū)內(nèi)人口密度大、交通繁忙帶來(lái)的局部高溫、通風(fēng)不暢的現(xiàn)象，又帶動(dòng)了交通路線周?chē)貐^(qū)及周邊區(qū)縣的城市化發(fā)展。

(4) 2001年熱場(chǎng)變異指數(shù)達(dá)到0.63，2007年為0.49，2013年為3期最高，達(dá)到0.66，較高的熱場(chǎng)變異指數(shù)使得重慶市熱島強(qiáng)度在我國(guó)處于較高水平；研究時(shí)間范圍內(nèi)不同地區(qū)熱島強(qiáng)度均有不同程度的變化，對(duì)熱島強(qiáng)度有所緩和的地區(qū)應(yīng)繼續(xù)保持，對(duì)熱島強(qiáng)度增強(qiáng)和新增的區(qū)域應(yīng)加以監(jiān)控。

利用Landsat影像研究城市熱環(huán)境，已經(jīng)取得相當(dāng)豐碩的成果。雖然Landsat影像空間分辨率高，但時(shí)間分辨率低。由于影像數(shù)據(jù)的缺失，本文僅對(duì)重慶市3期影像夏季的熱島進(jìn)行了分析，難以做到對(duì)當(dāng)日日夜及不同季節(jié)城市熱環(huán)境情況的監(jiān)測(cè)。重慶市具有獨(dú)特的山地丘陵地貌，地形坡度、坡向、山體陰影等對(duì)地表溫度造成很大影響，如何消除這些和區(qū)分這些因素與城市化的貢獻(xiàn)，是本文需要進(jìn)一步研究解決的問(wèn)題。

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Study of Urban Heat Island Based on Landsat TM/TIRS in the Central Area of Chongqing City

ZHANG Yu1, ZHAO Wei2, LONG Feng2, HUANG Jing2, LIU Ting2

(1.DepartmentofEnvironmentalandBiologicalEngineering,ChongqingTechnologyandBusinessUniversity,Chongqing400067,China; 2.SchoolofTourismandLandResource,ChongqingTechnologyandBusinessUniversity,Chongqing400067,China)

Landsat data from 2001 to 2013 were used to study Chongqing City urban heat island, and summer images of 2001, 2007 and 2013 were selected to calculate the surface temperature via mono-window algorithm. On this basis, temporal and spatial variations of urban heat island in Chongqing City were analyzed. The results showed that: (1) high surface temperature areas of Chongqing distributed in urban area, from the past, it distributed from one to multi points, scattered to the plots, developed the present more balanced distribution of pieces, multi center, and had continued to expand outward trend; (2) those areas covered with green vegetation and water could alleviate high-temperature in downtown, and it differed quite largely between the Yangtze River, Jialing River and land surface in temperature; (3) development of transport routes led to the development of the nearby areas of the city and counties during the 13 years, decreased the traditional high-temperature areas, shaped new high-temperature areas where the traffic route can be reached; (4) the thermal field variability index was 0.63 in 2001, was 0.49 in 2007, and had reached 0.66 in 2013, ranking Chongqing high in China. The thermal field variability index changes differently in different areas during the study time. The urban heat island should be remained where it eased or be monitored where it enhanced or added.

urban heat island effect; Mono-window algorithm; Landsat TM/TIRS

2014-11-18

2015-01-20

教育部人文社科項(xiàng)目(13YJCZH268);重慶市決策咨詢(xún)與管理創(chuàng)新項(xiàng)目(cstc2013jccxA0158);重慶市教委科技項(xiàng)目(KJ120726);重慶工商大學(xué)青年博士資助項(xiàng)目“丘陵山地區(qū)洪旱災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及管理對(duì)策研究:以重慶市為例”(1351009)

張宇(1990—),男,廣東惠州人,碩士研究生,研究方向?yàn)榄h(huán)境規(guī)劃與管理。E-mail:imwuqingde@163.com

趙偉(1982—),男,江蘇連云港人,博士,副教授,碩士生導(dǎo)師,主要從事3S技術(shù)與國(guó)土資源環(huán)境、土地政策研究。E-mail:zhaowei811330@163.com

P463.3; TP79

1005-3409(2015)05-0191-06