基于遥感的资兴市“热岛”分布调查与分析

王晓莹 李应真 吕冰洁

摘 要：以资兴市为例，对城市热岛形成和影响因素进行分析，得出城市下垫面、城市大气污染、人工热源、自然下垫面减少4个因素是其主要原因，重点分析了城市绿化对城市热岛的影响。

关键词：城市热岛；遥感；分析

0 引言

城市热岛（Urban Thermal Island）是城市气候中的一个显著特征，其成因在于人类对原有自然下垫面的人为改造。以沙石、混凝土、砖瓦、沥青为主的建筑所构成的城市工厂林立、人口拥挤、交通繁忙等，人为热的释放量大大增加，加上通风条件较差，热量扩散慢，造成城市气温高于四周郊区气温。这种现象称为“城市热岛效应”，有时也简称为城市热岛。随着资兴市经济和社会的发展，城市人口不断增加，城市规模也迅速扩展，城市热岛效应比较突出。

城市热岛效应虽然以城区温度明显增高为主要标志，但城市热岛这一现象的产生实际上表明自然环境的人为改变。它的出现往往同时伴随有植被覆盖空洞、城市干岛（湿度小于郊区）、城市霾岛（城区废气、尾气形成的烟雾所笼罩），甚至由于近年流行玻璃幕墙建筑材料，城市也出现污染现象。因此，利用卫星多通道遥感资料进行综合调查，有利于对城市热岛产生的环境影响有一个较全面的认识。

1 遥感信息源与数据处理

1.1 城市“热岛”分布调查遥感信息源

资兴市城市“热岛”分布遥感调查采用的遥感信息源为美国Landsat-5号卫星2006年底的TM6数据。

1.2 城市“热岛”分布调查遥感信息源处理

本次调查所用遥感数據处理软件仍然为ENVI，遥感数据为TM数据中的第6波段，其波长为10400—12500nm（热红外），其空间分辨率为120m。TM6最适于用来解译中小比例尺的热场分布及热量资源。

TM6接收的是与地表温度的高低相对应的强度不等的热红外辐射。因此通过TM6所接收到的地面各处热辐射值大小可以反映出地表温度的相对高低。通过研究表明，TM6的数据（探测到的地表物体的热红外辐射值）可还原成辐射亮度，再换算成辐射亮度温度，进而通过进行大气订正求出地表真实温度，并与常规气象资料结合，最后分析出反映气候资源分布以及月、季、年热量资源变化。

2 资兴市“热岛”分布调查与分析

2.1 资兴市“热岛”空间分布概况

资兴市城区遥感热红外数据从182到195。据经验，遥感热红外数据，一个亮度值代表地面0.2℃的温差，图像内DN数据值共相差7个亮度值，说明资兴市城区最热的地方与城区周围最凉快的地方相差2℃左右，城市热岛效应相对较明显。

资兴市城区热岛效应分布影像图表明，资兴市城区整体温度偏高，呈现高温区。城区内温度水平梯度较大，城区边缘气温水平梯度较小。资兴市城区是一个由众多热岛组成的大热岛，但强热岛（影像中红色区域）和二级热岛（影像中橙色区域）占整个城区面积的比例比较低。中心城区绿化状态好，普遍呈现中温；秀流公园及城市里风景林地周围都呈现低温区；其他人口密集或绿化较低的区呈现小范围二级高温。资兴市热岛主要分布在鲤鱼江区和东江区，如图1、图2。这两个老城区，工矿企业比较多，也是交通集中地段，而且以前绿化重视不够。鲤鱼江区，铁路沿线周边、湖南华润电力鲤鱼江公司和东江金磊水泥厂，他们都有不同程度的强热岛区域；以及鲤鱼江商业区和人口密集老居民区地带也呈现强热岛区。东江区，红热岛区主要分布在青岛啤酒厂和郴丰鞋业公司周边，其中地处交通密集地段的明珠广场及周边老居民区也体现强热岛现象。

2.2 城市热岛形成和影响因素分析

2.2.1 城市下垫面（大气底部与地表的接触面）特性的影响

城市内大量人工构筑物如铺装地面、各种建筑墙面等，改变了下垫面的热属性。这些人工构筑物吸热快而热容量小，在相同的太阳辐射条件下，它们比自然下垫面（绿地、水面等）升温快，因而其表面的温度明显高于自然下垫面。比如夏天里，草坪温度32℃、树冠温度30℃的时候，水泥地面的温度可以达到57℃，柏油马路的温度更高达63℃。这些高温物体形成巨大的热源，烘烤着周围的大气和我们的生活环境，形成热岛。

2.2.2 城市大气污染

城市中的机动车辆、工业生产以及大量的人群活动，产生了大量的氮氧化物、二氧化碳、粉尘等。这些物质可以大量地吸收环境中热辐射的能量，产生众所周知的温室效应，引起大气的进一步升温。

2.2.3 人工热源的影响

工厂、机动车、居民生活等，燃烧各种燃料、消耗大量能源，无数个火炉在燃烧，都在排放热量。

2.2.4 城市里的自然下垫面减少

城市的建筑、广场、道路等大量增加，绿地、水体等自然因素相应减少，放热的多了，吸热的少了，缓解热岛效应的能力就被削弱了。

2.3 城市绿化对城市热岛的影响

2.3.1 城市绿地对下垫面热特性的影响

不同性质的下垫面，具有不同的热属性，因此升、降温的速率也各不相同。柏油马路、水泥路面等铺装地面升温速率大（分别为4.9℃和4.0℃，绿地类下垫面的升温速率最低为0.9℃和0.7℃；且柏油、水泥的升温速率高于降温速率，热量容易积累，绿地的降温速率低于升温速率，热量容易扩散。可见，绿地下垫面缓解热岛的作用最好，沥青、水泥等其他下垫面则不仅不利于热岛效应的削减，而且是增强热岛效应的重要因素。这在资兴市热岛分布图上体现明显。高强度热岛基本上分布于绿地分布稀少且又有人工热源的地区，例如东江金磊水泥的厂区中绿化稀疏地区，以及城区边缘在建工地和建筑物密集且绿化较差的地区。

2.3.2 热岛强度与城市绿化覆盖率的关系

研究表明，绿化覆盖率与热岛强度成反比，绿化覆盖率越高，则热岛强度越低。当覆盖率达到大于30%后，绿地对热岛有较明显的削弱作用；覆盖率大于50%，绿地对热岛的削减作用极其明显，且达到在其中生活舒适度令人满意的程度；绿化覆盖率高达70%以上，整个地域呈现绿色、淡蓝色，消除了热岛现象。沿江风光带和文化广场绿化覆盖率在50%以上，绿化状况较好，由于绿地对热岛有明显的削弱作用，区域内无大范围的热岛。而城区东江金磊水泥厂、郴丰鞋业公司等单位，以及城区外的围沙库等地方，绿化植物少，热量集聚，形成高强热岛区。

2.3.3 城市大范围绿地对热岛强度的辐射削减作用

绿化覆盖率达到一定程度后，绿地因蒸腾作用散失的热量高于所得到的太阳辐射能，温度降低，空气冷却收缩下沉，地面气压升高，气流从绿地吹向非绿地，形成局部环流，在地面导致绿地的“可透性现象”，客观上起到了降低周围环境气温的作用。研究表明，规模大于3公顷而且绿化覆盖率达到60%以上的集中绿地，其内部的热辐射强度有明显的降低（热辐射强度为四级），基本上与郊区的热辐射强度相当，即可以形成城市中心绿地为中心的低温区域。 资兴市城区内金磊水泥厂生活区和小游园的大片绿地，缓解了城市热岛效应；秀流公园以及其周边的大片绿地，使得该区域内无城市热岛出现。

2.3.4 绿化结构对单位面积绿地削减热岛作用的影响

乔灌草复层种植结构的绿地降温效果最好，其次为乔草型和灌草型绿地，草坪型绿地最低。资兴市华润电力鲤鱼江公司，其厂区绿化较好，也较美观，但其绿化植物结构全部为草坪，所以降温效果不好，图像上呈现部分强热岛区，部分二级热岛区。

3 结语

城市热岛效应危害很大。热岛现象可加剧大气污染，同时，可能造成一些地质灾害。另外，酷热的天气给人们生活造成严重的影响。通过对城市热岛形成和影响因素分析，认为城市绿化、水面和城市风是削减城市热岛效应的有效因素。通过增加城市绿地，改善城市下垫面的热特性，是消减城市热岛效应有效和切实可行的途径。

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