城市大型水体与周边陆地温度差异分析——以白河南阳市区段为例

王艳伟 施 冬* 戚鹏程

（长江大学地球科学学院，湖北 武汉430100）

1 概述

地表温度（Land Surface Temperature，LST）作为地球系统的热状况与地表能量平衡的重要因素，对生态环境、人类活动等研究有重要意义。在遥感地学分析中，用遥感技术反演出地表温度越来越重要。城市的大型水体与气象数据的变动有关，影响着周边的气温[1]。通过研究城市大型水体与周边陆地温度的差异，观察水体对周边气候的影响，进而探索该区域由水体所主导的小气候特点的形成与维持机制，因为小气候所影响的范围是人们生产和生活的空间，并且小气候的规律比较稳定，研究小气候有很大的意义，从而改善城市的生态环境，为城市规划提供理论依据。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本论文所用的资料来源为2009 年6 月25 日Landsat5 TM影像，WRS 轨道号为124，行号为037，来自USGS EROS Data Center（美国地质调查局地球资源观测系统数据中心）。

2.2 地表温度的反演

Landsat5 TM影像是热红外单波段数据，主要的地表温度反演方法有：普适性单通道算法、单窗算法等，通过实测验证表明，用覃志豪等推导的单窗算法反演地表温度具有较高的精度[2]，在大气平均作用温度、大气透射率和地表比辐射率会有一定程度的误差的基础上，用单窗算法反演出的温度误差约为1.2K[3]。所以本论文采用该算法反演研究区的LST。

首先把原始数据中第6 波段图像亮度值换算为大气层顶进入传感器的辐射亮度L6（W/（m2.sr. m））

式（1）中，DN 为TM6 波段的图像亮度值；Gain 和Bais 的值是常数

按下式求算亮度温度T6（K）[4]

利用下式求地表温度Ts（K）[2]

式（3）中Ta 为大气平均作用温度，用地面附近气温的线性函数近似[5]

式（4）中T0为地面附近气温，（K）

式（3）中的C 和D 为中间参数：

式（5）和式（6）中，τ6为大气透射率；ε6为地表比辐射率

可由式（7）、（8）计算[5]：

式（7）中w 为大气总水分含量（g/m2）可据近地面水汽压来推算，公式和参考见文献[6]。式（8）中εv 是植被比辐射率，取值0.986；εs 是裸土比辐射率，取值0.970；Pv 为植被覆盖度，可据NDVI[3]推算。研究区南阳市区内有大面积的水体，水体的比辐射率如果按公式计算值会较低，因此需要将水体和陆地分开计算，其中水体的比辐射率较高接近黑体，取经验值0.995。

3 结果分析与讨论

3.1 水体的温度低于周边陆地的温度

与其他有热红外波段的卫星数据比较，LandsatTM 的第六波段的空间分辨率较高，再加上ArcGIS 全面准确的空间数据处理分析的技术，因此能够比较精确地反演出地表温度。从图1反演出的地表温度图可以看出，白河水体的温度低于周边陆地的温度。

图1 研究区地表温度

3.2 水体可以降低周边陆地的温度

为了进一步研究水体与周边陆地温度的关系，对研究区水体分别作了200 米、1 公里距离的缓冲区，从而比较水体与周边不同距离陆地的温度关系。直方图的横坐标是温度（单位摄氏度），纵坐标表示频率，其中A 是缓冲200 米的周边陆地的温度直方图；B 是缓冲1 公里周边陆地的温度直方图；结果表明，水体和陆地土壤的热容量不同，夏季白天白河水体温度低，越靠近水体的周边陆地温度相对降低，由此得出水体可以降低周边陆地的温度。

图2 水体的周边不同距离陆地的温度对比图

即白河水体可以降低南阳市区的温度，即白河的存在一定程度上缓解了南阳城市的热岛效应，这给有热岛效应的城市提供了很好的解决思路。

4 结论

随着南阳城市的不断发展，已经建成了四座橡胶坝，由此白河的水面不断扩大，白河水体提高了人们生活的舒适度，在南阳城市规划中占据着重大的部分。研究表明南阳市区白河水体的温度低于周边陆地的温度，且可以降低周边陆地的温度，改善了南阳中心城区的环境，有利于缓解南阳城市的热岛效应。