成都市及其周边县城市热岛效应反演与分析

王雅澜 李梓涵 徐梦遥

摘  要：基于RS和GIS技术，利用Landsat8遥感影像的热红外波段（TIR），采用单通道算法（SC算法），对成都市及其周边县进行地表温度反演，并对反演结果进行两类分区统计，即行政区划和土地利用分类，以此对成都市及周边县进行城市热岛效应研究。结果表明：成都市及其周边县存在着较强的城市热岛效应，其温度由内而外逐次降低，内部区域温度可达到50.66℃，外部区域仅有21.59℃，温差较大，热岛效应明显。

关键词：城市热岛效应;RS;GIS;单通道算法

中图分类号：X16 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）15-0020-02

Abstract： Based on RS and GIS technology， using the thermal infrared band （TIR）， of Landsat8 remote sensing image， the single channel algorithm （SC algorithm） is used to retrieve the surface temperature of Chengdu and its surrounding counties， and two kinds of partition statistics are carried out on the inversion results. That is， administrative division and land use classification， in order to study the urban heat island effect of Chengdu and its surrounding counties. The results show that there is a strong urban heat island effect in Chengdu and its surrounding counties， and its temperature decreases gradually from the inside to the outside. the temperature in the internal region can reach 50.66 ℃， while that in the external region is only 21.59 ℃. The temperature difference is large and the heat island effect is obvious.

Keywords： urban heat island effect; RS; GIS; single channel algorithm

引言

自改革开放以来，我国城市化进程在国民经济高速增长下快速推进，据统计数据显示，我国2016年城市建设用地面积达52761.3km2，占城区面积的比例为26.6%，较2008年增长4.6%;2017年总城镇人口数达到81347万人，占总人口数的58.5%（城市化率），较10年前增长12.7%，据联合国估测我国城市化率在2050年将达到71.2%[1]，因此，对城市环境的把控日趋紧迫。

城市热岛效应是指城市大气和地表温度高于周边乡村的现象，是城市化扩张对气候变化影响的主要现象之一[2]。现有研究中一般利用遥感数据反演亮温或地表温度（LST），分析热岛效应的分布规律，再将地表覆盖类型与地表温度进行综合分析，获得二者之间的函数关系，以此研究地表覆盖类型对城市热岛效应的影响[2，3]。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

成都市及其周边县位于四川盆地西部，青藏高原东缘，地理位置介于东经102°54′～104°53′、北纬30°05～31°26′之间，2016年建成區面积837.27km2。境内地势平坦、河网纵横，属亚热带季风气候，具有春早、夏热、秋凉、冬暖的气候特点，年平均气温16℃，年降雨量1000毫米左右。本文选用2018年4月18日，该区域Landsat8卫星影像作为研究数据源。

1.2 研究方法

由于对Landsat8进行劈窗算法反演需要涉及TIRS10和TIRS11两个波段的定标参数，其反演精度远不如Jimenez-Munoz[4]等提出的仅使用TIRS10波段进行单通道算法（SC算法）反演得到的精度高[5]，本文选择SC-10进行LST反演，该算法流程如下：

首先利用卫星自身辐射校正公式对TIRS10波段进行辐射定标，将像元DN值转换为大气顶部的光谱辐射值Lsen;再根据Planck辐射反函数将遥感影像每个像元光谱辐射值转换为星上亮度温度Tsen;最后利用单通道算法计算真实地表温度LST，其中地表比辐射率ε采用覃志豪等[6]提出的方案，将地表分为水体、自然地表和城镇建成区。

2 统计与分析

根据上述单通道算法反演公式计算得到成都及其周边县区的地表温度，并对结果进行平滑处理，如图1。

由于该图像成像时间为2018年4月18日，处于春季向夏季过度期，地表温度普遍偏高。由图1可以看出，该区域中南部、西南部、东北部部分区域地表温度较高，最高温度可达到50.66℃，高温区域集中;以高温区域向外扩展为较高温区域;南部、北部东部地表温度较低;西北部、东南部温度最低，仅有21.59℃。从整体上看，整个区域为外冷内热，高温区域集中分布在中部，低温区域分布在外围区域。

以行政区划和土地利用分类对该区域地表温度进行分区统计，得到表1、2。

由表1可以看出，成都市温度最高，达到31.45℃，其原因是成都市发展程度最好，人流密度最大，城市化率最高，尤其以天府广场附近地表温度成片较高;双流县温度次之，达到30.57℃，双流国际机场附近温度偏高;新都县再次，达到30.45℃，该县南部部分地区位于三环路以内，车流密度较大;第四为郫县，仅有29.36℃，处于城郊，较多河流由西部流经，使得该区域温度降低;最后为温江县，仅达到28.98℃，其西北部地区大部分为农田等植被覆盖区域，其下垫面为透水层，对温度的中合度较高。

由表2可以看出，草地所占面积最小，大多为城市公园草坪、绿化等，但其温度最高，参考价值较小;其次为建筑用地，地表温度达到31.44℃，显现出城市热岛效应的最主要区域;耕地属于人为种植的植被，翻种次数较多，人为作用较多，所以温度达到30.62℃;林地和水域温度最低，仅有29℃左右，水体比热容较大，吸收热量的能力较强，其反演得到的地表温度就相对较低。

3 结论

成都市及其周边县存在着较强的城市热岛效应，其温度由内而外逐次降低，内部区域温度可达到50.66℃，外部区域仅有21.59℃，温差较大，热岛效应明显。从行政区划来看，城市发展较快较好的区域溫度较高，而发展较慢的区域温度较低，印证了城市热岛效应的最根本原因;从土地利用类型来看，建设用地温度最高，耕地林地有植被覆盖，土壤及植被有水分存在，温度一般，水域温度最低，由此也可证实城市发展对于城市热岛效应的显著影响。

参考文献：

[1]中华人民共和国国家统计局.年度人口及城市概况数据

[DB/OL].http：//data.stats.gov.cn/easyquery.htm？cn=C01.

[2]刘冰冰，曾勇年.基于Landsat8数据的城市群热岛效应分析——长株潭城市群为例[J].山东农业大学学报（自然科学版），2018，49（4）：591-597.

[3]何炳伟，赵伟，李爱农，等.基于Landsat8遥感影像的新旧城区热环境特征对比研究——以成都市为例[J].遥感技术与应用，2017，32（6）：1141-1150.

[4]Jimenez-Munoz J C， Sobrino J A， Skokovic D， et al. Land Surface Temperature Retrieval Methods From Landsat-8 Thermal Infrared Sensor Data[J]. Geoscience and Remote Sensing Letters， IEEE， 2014，11（10）：1840-1843.

[5]徐涵秋.新型Landsat8卫星影像的反射率和地表温度反演[J].地球物理学报，2015，58（3）：741-747.

[6]覃志豪，李文娟，徐斌等.陆地卫星TM6波段范围内地表比辐射率的估计[J].国土资源遥感，2004，16（3）：28-32.