论文部分内容阅读
摘要：本文结合高分辨率影像图，将城市热场情况与下垫面实际情况进行关联，通过对张家港市市区建成区与建成区面积相似、绿化覆盖率偏低的A市两个城市存在的热岛效应进行比较，并通过对统计数据的对比分析，探讨了城市绿地、水体与热岛效应之间的关系，总结了张家港市热岛效应程度低于A市的原因，提出了如何在绿化规划建设中基于降低城市热岛效应的有效建议，为张家港市通过合理的绿化规划建设以缓解热岛效应、改善人居环境，创建生态园林城市提供参考依据。
关键词：热岛效应;城市绿地;水体
Abstract: In this paper, combined with the high resolution image, the city thermal field and underlying surface conditions were associated, through to the Zhangjiagang urban built-up area and the built-up area green coverage rate is low, similar to A city, existing in the city heat island effect were compared, and through the statistical data comparative analysis, discuss the city green space, water and heat island effect and the relationship between urban heat island effect in Zhangjiagang City, summarizes the level below A, reason, put forward how to in greening construction based on reducing the urban heat island effect effective suggestions for Zhangjiagang City, through reasonable greening planning building to alleviate the heat island effect, to improve the living environment, construction of ecological garden city provide reference.
Key words: heat island effect; city green space; water
中图分类号：S731.2 文献标识码：A文章编号：
城市热岛效应（Urban Heat Island Effect），是指由于人类活动造成城市气温高于周围乡村环境气温的现象。随着经济发展和城市化进程的加剧，很多城市都不同程度地受到热岛效应的威胁。尤其是夏季，在区域性高温的背景下，热岛效应的叠加增加了能源消耗、恶化了城市环境、影响市民的生产生活和身体健康，制约了城市健康发展，缓解热岛效应危害、改善城市人居环境，已成为被普遍关注的热点问题。
城市中绿地、林木和水体的减少是热岛效益产生的一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热島效应的能力被削弱。
城市热岛效应分析，一般以TM影像的热红外波段作为分析对象。经过一系列的处理，采用由蓝到红的颜色变化来表示地表热场温度的由低到高，生成热岛效应图。再结合高分辨率影像，将城市热场情况与下垫面实际情况进行关联，分析城市热场与下垫面（主要是绿地、水体分布）之间的关系。通过采用07年初同期张家港市创建生态园林城市遥感测绘所拍摄卫星遥感图与A市绿化遥感调查所拍摄的卫星图片进行分析对比，因所采用卫片分析区域中无大面积的高楼分布，因此不考虑城市气流对热岛的影响，本文也不考虑植被组成结构的影响，仅对城市的热场和绿地、水体分布情况进行讨论。
一、热岛效应分析关键技术
本文采用遥感测定分析法分析热岛效应
遥感分析热岛效应，涉及到一系列的图像处理技术，如卫星影像的纠正、大气校正、去霾处理、不同波段数据的融合等，其中关键技术有影像纠正与配准、大气校正、地面热场特征计算以及热岛图的生成。本次研究因为城市范围较小，可以忽略大气校正的影响。
热岛影像纠正关键是控制点的选取。热红外影像分辨率较低，为120米，影像上可选的控制点有限，尽量选取水体与地面的交界处和路的交叉点等处作为控制点。校正数学模型不宜复杂。纠正过程尽量不要改变影像的灰度与光谱信息。
地面热场特征计算是根据Stefen-Boltzman定律和物体比辐射率定义，得出非黑体的辐射能量W与该物体的温度T及比辐射率ε之间有如下关系式：
W=εδT 4
式中δ为Boltzman常数。
根据公式，影响TM6波段辐射值DN的主要有：地表温度高低、地物比辐射率、大气影响。由于城市范围有限，大气状况不会有太大差异，所以大气影响忽略不计。对TM6进行一系列处理后，得到地表辐射温度值。为符合习惯，用摄氏温度表示。辐射温度是相对值，反映地物温度的变化趋势。要获得到地表的实际温度，还需要经过同步测量、对比换算等步骤。此过程采用ENVI和ARCGIS软件实现。
二、绿地信息提取关键技术
绿地信息提取过程采用的是自动分类与人工识别相结合的方式，辅以实地调查，获得准确的绿地数据。提取的关键技术在于影像纠正、分类以及绿地信息判读。分类主要采用了网格化分类。绿地信息判读经过了分类结果矢量化和人工干预的过程。通过修正影像投影差、识别阴影和被遮挡区域内绿地，可以提高绿地信息数据提取精度。以实地调查作为最终结果。根据相关规定，水体的一部分作为绿地处理。
三、对比基础数据
（一）张家港市的地理及绿化建设概况及存在的热岛效应图示
张家港市基本地理概况：城市建成区约29平方公里，市区建成区绿地面积达1142公顷，绿化覆盖面积1320公顷，绿化覆盖率45.2%，绿地率39.1%，公园绿地达355公顷，人均公共绿地13.2平方米，建成区主要有两条河流，呈十字状分布于建成区中。东西方向倾斜的河流称为R东西，南北方向倾斜的称为R南北，R东西以南段称为R南北1，R东西以北段称为R南北2 。
下图为张家港市张家港建成区中心城区绿地及水体分布分布图，绿色为绿地、蓝色为水体。
下图2为张家港市QuickBird卫星影像图，分辨率0.6米；图3为张家港市热岛效应图。
图2 卫星影像图 图3热岛效应图
（二）作为对比对象的A市地理及绿化建设概况及存在的热岛效应图示
A市基本地理概况：城市建成区约27平方公里，绿化覆盖率约为32%，绿地率约为31%，公园绿地约150公顷。公园绿地较少，分布不均匀，城市中心区内基本无道路林荫系统，建成区主要有四条河流，一条穿城而过称为R中，城市东面的称为R东，位于城南的称为R南，在城市外围西面的称为R西。下图4为A市航摄影像图，分辨率0.5米；图5为A市热岛效应图。图中红线为建成区范围线。
图4 航摄影像图 图5 热岛效应图
注：红色是高温区域为热岛效应明显区域，色泽越淡热岛效应越轻，蓝色是低温区域不存在热岛效应。
两市热岛效应图均采用2007年1月TM影像制作，且比例尺相同。
两市河流及沿岸绿地分布情况如下表:
表1 河流及沿岸绿地分布表（单位：米）
两市热岛效应图均采用2007年1月TM影像制作，且比例尺相同。
四、分析与讨论
根据图1和图2，A市建成区北部为开发区，城市南部为老城区，主要是老厂区和老居住区。城市热岛分布情况不均匀，温度极高值和极低值都非常明显，且极高值基本处于城市南部，温度相对高值面积较大。
根据图3和图4，张家港市市开发区分布于建成区周边，城中有老城区，但被绿化较好的道路、河流等分割开来。热岛图中，温度极高值不明显，极低值位于城市南部湖区，城市中温度相对低值的面积较大。
两市河流区域均为热场相对低值区域。
由表1，A市河流总长和水域面积均大于张家港市，但A市热岛相对高值区域远多于张家港市，结合各自的绿化覆盖率和绿地率，可以得出结论，张家港市良好的绿化情况有效抑制了热岛生成。
分析图1、2，城市热场较高区域被河流分割成独立的几块，且随河流宽度的增加，代表低温的蓝色面积增加、颜色加深，说明水体不但可以抑制热岛的产生，还能有效对热岛进行切割，水面越宽对热岛的切割越明显。A市温度极高值出现在纺织厂和老居住区，其共同特点是存在大面积的密集建筑物、热源较多，绿地、水体几乎没有。从反面验证绿地、水体对热场的影响。
分析图3、4，张家港市热场极高值不明显，河流对热场分割相对不显著，热场极低值并没有出现在河道上，而是出现在城市南部的块状湖面上，湖面短径约650米，加上湖岸绿化带宽度约1060米。说明，大面积的水域及绿化可以降低周边区域的热场，易形成低温区。在老城区地块，也存在大面积无附属绿地的密集建筑物，但并没有象A市一样形成热场极高值，这是因为老城区道路绿化情况良好形成绿化带，将热场区域进行了分割，避免了产生大面积连续高温区，从整体上控制了热场的叠加，降低了区域温度。
两市的相对高温值，都没有出现在开发区范围内，这是因为开发区都有良好的绿地条件和水系分布。
縱观两市的绿地建设，均是以河流和道路为基础，发展各自的公园绿地和绿地廊道。数据表明，张家港市公园绿地的面积为A市的两倍，且绿地廊道众多，不但抑制了热场，而且形成了良好的对流通道，为城市的降温创造了良好的条件。
五、经验及结论
通过与面积相似的A城技术对比分析总结出我张家港市通过大力建设公园绿地，消除城市裸露地面，建设道路林荫系统，构成城区的带状绿色通道，逐步形成以绿色为隔离带的城区组团布局有效的缓解了热岛效益的强度，是值得推广的经验。
通过通过利用遥感技术，结合不同影像资源、基础数据，宏观分析城市特点和热场情况，为城市热环境质量评价和热源调查提供了准确、丰富的数据，验证了通过城市改造和绿化建设以缓解热岛强度的效果。我们由此而知，热岛效应的规模、强度、分布特点受到城市绿地面积、分布特点的影响与制约。城市中存在的各种绿地廊道、河流廊道等景观分割了城市热岛,增加了其破碎度,调节了城市气候。因此，抑制城市热岛效应的产生，可以由增加城市绿地、水体总量，减少大面积高密度建筑物和硬质地面，减少热源，重点从依靠河道、道路建设绿地廊道等方面入手，以改善城市生态环境、改善和促进城市的可持续发展。
参考文献：
1 赵英时等.遥感应用分析原理与方法.科学出版社.2003年6月.
2 戴昌达等.遥感图象应用处理与分析.清华大学出版社.2004年.
关键词：热岛效应;城市绿地;水体
Abstract: In this paper, combined with the high resolution image, the city thermal field and underlying surface conditions were associated, through to the Zhangjiagang urban built-up area and the built-up area green coverage rate is low, similar to A city, existing in the city heat island effect were compared, and through the statistical data comparative analysis, discuss the city green space, water and heat island effect and the relationship between urban heat island effect in Zhangjiagang City, summarizes the level below A, reason, put forward how to in greening construction based on reducing the urban heat island effect effective suggestions for Zhangjiagang City, through reasonable greening planning building to alleviate the heat island effect, to improve the living environment, construction of ecological garden city provide reference.
Key words: heat island effect; city green space; water
中图分类号：S731.2 文献标识码：A文章编号：
城市热岛效应（Urban Heat Island Effect），是指由于人类活动造成城市气温高于周围乡村环境气温的现象。随着经济发展和城市化进程的加剧，很多城市都不同程度地受到热岛效应的威胁。尤其是夏季，在区域性高温的背景下，热岛效应的叠加增加了能源消耗、恶化了城市环境、影响市民的生产生活和身体健康，制约了城市健康发展，缓解热岛效应危害、改善城市人居环境，已成为被普遍关注的热点问题。
城市中绿地、林木和水体的减少是热岛效益产生的一个主要原因。随着城市化的发展，城市人口的增加，城市中的建筑、广场和道路等大量增加，绿地、水体等却相应减少，缓解热島效应的能力被削弱。
城市热岛效应分析，一般以TM影像的热红外波段作为分析对象。经过一系列的处理，采用由蓝到红的颜色变化来表示地表热场温度的由低到高，生成热岛效应图。再结合高分辨率影像，将城市热场情况与下垫面实际情况进行关联，分析城市热场与下垫面（主要是绿地、水体分布）之间的关系。通过采用07年初同期张家港市创建生态园林城市遥感测绘所拍摄卫星遥感图与A市绿化遥感调查所拍摄的卫星图片进行分析对比，因所采用卫片分析区域中无大面积的高楼分布，因此不考虑城市气流对热岛的影响，本文也不考虑植被组成结构的影响，仅对城市的热场和绿地、水体分布情况进行讨论。
一、热岛效应分析关键技术
本文采用遥感测定分析法分析热岛效应
遥感分析热岛效应，涉及到一系列的图像处理技术，如卫星影像的纠正、大气校正、去霾处理、不同波段数据的融合等，其中关键技术有影像纠正与配准、大气校正、地面热场特征计算以及热岛图的生成。本次研究因为城市范围较小，可以忽略大气校正的影响。
热岛影像纠正关键是控制点的选取。热红外影像分辨率较低，为120米，影像上可选的控制点有限，尽量选取水体与地面的交界处和路的交叉点等处作为控制点。校正数学模型不宜复杂。纠正过程尽量不要改变影像的灰度与光谱信息。
地面热场特征计算是根据Stefen-Boltzman定律和物体比辐射率定义，得出非黑体的辐射能量W与该物体的温度T及比辐射率ε之间有如下关系式：
W=εδT 4
式中δ为Boltzman常数。
根据公式，影响TM6波段辐射值DN的主要有：地表温度高低、地物比辐射率、大气影响。由于城市范围有限，大气状况不会有太大差异，所以大气影响忽略不计。对TM6进行一系列处理后，得到地表辐射温度值。为符合习惯，用摄氏温度表示。辐射温度是相对值，反映地物温度的变化趋势。要获得到地表的实际温度，还需要经过同步测量、对比换算等步骤。此过程采用ENVI和ARCGIS软件实现。
二、绿地信息提取关键技术
绿地信息提取过程采用的是自动分类与人工识别相结合的方式，辅以实地调查，获得准确的绿地数据。提取的关键技术在于影像纠正、分类以及绿地信息判读。分类主要采用了网格化分类。绿地信息判读经过了分类结果矢量化和人工干预的过程。通过修正影像投影差、识别阴影和被遮挡区域内绿地，可以提高绿地信息数据提取精度。以实地调查作为最终结果。根据相关规定，水体的一部分作为绿地处理。
三、对比基础数据
（一）张家港市的地理及绿化建设概况及存在的热岛效应图示
张家港市基本地理概况：城市建成区约29平方公里，市区建成区绿地面积达1142公顷，绿化覆盖面积1320公顷，绿化覆盖率45.2%，绿地率39.1%，公园绿地达355公顷，人均公共绿地13.2平方米，建成区主要有两条河流，呈十字状分布于建成区中。东西方向倾斜的河流称为R东西，南北方向倾斜的称为R南北，R东西以南段称为R南北1，R东西以北段称为R南北2 。
下图为张家港市张家港建成区中心城区绿地及水体分布分布图，绿色为绿地、蓝色为水体。
下图2为张家港市QuickBird卫星影像图，分辨率0.6米；图3为张家港市热岛效应图。
图2 卫星影像图 图3热岛效应图
（二）作为对比对象的A市地理及绿化建设概况及存在的热岛效应图示
A市基本地理概况：城市建成区约27平方公里，绿化覆盖率约为32%，绿地率约为31%，公园绿地约150公顷。公园绿地较少，分布不均匀，城市中心区内基本无道路林荫系统，建成区主要有四条河流，一条穿城而过称为R中，城市东面的称为R东，位于城南的称为R南，在城市外围西面的称为R西。下图4为A市航摄影像图，分辨率0.5米；图5为A市热岛效应图。图中红线为建成区范围线。
图4 航摄影像图 图5 热岛效应图
注：红色是高温区域为热岛效应明显区域，色泽越淡热岛效应越轻，蓝色是低温区域不存在热岛效应。
两市热岛效应图均采用2007年1月TM影像制作，且比例尺相同。
两市河流及沿岸绿地分布情况如下表:
表1 河流及沿岸绿地分布表（单位：米）
两市热岛效应图均采用2007年1月TM影像制作，且比例尺相同。
四、分析与讨论
根据图1和图2，A市建成区北部为开发区，城市南部为老城区，主要是老厂区和老居住区。城市热岛分布情况不均匀，温度极高值和极低值都非常明显，且极高值基本处于城市南部，温度相对高值面积较大。
根据图3和图4，张家港市市开发区分布于建成区周边，城中有老城区，但被绿化较好的道路、河流等分割开来。热岛图中，温度极高值不明显，极低值位于城市南部湖区，城市中温度相对低值的面积较大。
两市河流区域均为热场相对低值区域。
由表1，A市河流总长和水域面积均大于张家港市，但A市热岛相对高值区域远多于张家港市，结合各自的绿化覆盖率和绿地率，可以得出结论，张家港市良好的绿化情况有效抑制了热岛生成。
分析图1、2，城市热场较高区域被河流分割成独立的几块，且随河流宽度的增加，代表低温的蓝色面积增加、颜色加深，说明水体不但可以抑制热岛的产生，还能有效对热岛进行切割，水面越宽对热岛的切割越明显。A市温度极高值出现在纺织厂和老居住区，其共同特点是存在大面积的密集建筑物、热源较多，绿地、水体几乎没有。从反面验证绿地、水体对热场的影响。
分析图3、4，张家港市热场极高值不明显，河流对热场分割相对不显著，热场极低值并没有出现在河道上，而是出现在城市南部的块状湖面上，湖面短径约650米，加上湖岸绿化带宽度约1060米。说明，大面积的水域及绿化可以降低周边区域的热场，易形成低温区。在老城区地块，也存在大面积无附属绿地的密集建筑物，但并没有象A市一样形成热场极高值，这是因为老城区道路绿化情况良好形成绿化带，将热场区域进行了分割，避免了产生大面积连续高温区，从整体上控制了热场的叠加，降低了区域温度。
两市的相对高温值，都没有出现在开发区范围内，这是因为开发区都有良好的绿地条件和水系分布。
縱观两市的绿地建设，均是以河流和道路为基础，发展各自的公园绿地和绿地廊道。数据表明，张家港市公园绿地的面积为A市的两倍，且绿地廊道众多，不但抑制了热场，而且形成了良好的对流通道，为城市的降温创造了良好的条件。
五、经验及结论
通过与面积相似的A城技术对比分析总结出我张家港市通过大力建设公园绿地，消除城市裸露地面，建设道路林荫系统，构成城区的带状绿色通道，逐步形成以绿色为隔离带的城区组团布局有效的缓解了热岛效益的强度，是值得推广的经验。
通过通过利用遥感技术，结合不同影像资源、基础数据，宏观分析城市特点和热场情况，为城市热环境质量评价和热源调查提供了准确、丰富的数据，验证了通过城市改造和绿化建设以缓解热岛强度的效果。我们由此而知，热岛效应的规模、强度、分布特点受到城市绿地面积、分布特点的影响与制约。城市中存在的各种绿地廊道、河流廊道等景观分割了城市热岛,增加了其破碎度,调节了城市气候。因此，抑制城市热岛效应的产生，可以由增加城市绿地、水体总量，减少大面积高密度建筑物和硬质地面，减少热源，重点从依靠河道、道路建设绿地廊道等方面入手，以改善城市生态环境、改善和促进城市的可持续发展。
参考文献：
1 赵英时等.遥感应用分析原理与方法.科学出版社.2003年6月.
2 戴昌达等.遥感图象应用处理与分析.清华大学出版社.2004年.