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城市热岛变化特征及其与下垫面之间的关系

作　者: 王莹莹
导　师: 查良松
学　校: 安徽师范大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: 城市热岛地表温度土地利用变化特征
分类号: X16
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

由于自然和人为的因素,全球变化进程不断进行,其中气候变化,土地利用/覆被变化显著,相关研究也越来越多。城市热岛效应作为其中的一种表现形式引起了广泛关注,它是城市人为热、气候条件等多因素综合作用的结果,同时它与城市下垫面之间有着紧密联系。尤其是城市化进程的加快,大量的自然地表不断被人为地表所替代,产生了更为显著的热岛效应,这使得对于这一现象及其相关因子的研究逐渐增多。近年来,随着科技的不断进步,信息获取手段不断更新,研究分析技术不断提高,特别是传感器技术和热红外遥感理论的发展,避免了定点观测数据的缺点,为大尺度、连续、动态的研究提供了可能。国内外的学者以相关理论为基础,利用各种传感器数据,对城市热岛的分布特征、结构形态、变化特点、驱动机制、影响因子等等进行了大量研究。文章运用经过预处理的合肥市1995年和2007年两年的Landsat 5 TM数据,通过单窗算法,反演了城市地表真实温度。使用等距法和平均值-标准差法分别对城市地表温度分级,级数为四级,五级,六级,将不同的等级做为城市热岛区域,构建城市热岛面积比例和城市热岛强度两个指标,对不同方法的不同分级结果进行比较,选出最优结果作为最终热岛界定方法,从而确定城市热岛的位置。接着运用了GIS的统计分析功能,分析了城市热岛的重心变化与整体变化趋势和特征,另外将两个年份的地表温度图层进行差值运算,得出差值影像图,直观的看出城市温度升高与降低的区域。同时利用逐步分层分类的方法得出两个年份的土地利用图,基于空间叠合分析技术,将地表温度图与土地利用图相结合,得出城市热岛变化特征与下垫面之间的关系。在此基础上,结合自然,社会经济,政策等资料,分析了了城市热岛的状况,并提出了一些应对措施。文章结果表明：(1)从两个年份的地表温度图看来,两个时相的城市热岛现象都非常明显,城市中心温度明显高于周边温度。(2)根据GIS统计分析功能,得出城市热岛的重心以及趋势椭圆,可以看出城市热岛向西南方向移动。(3)通过逐步分层分类方法,得出两个时相的土地利用类型,发现建筑用地面积明显向西南方向移动,与城市热岛的扩张方向一致,而且城市热岛的分布范围与建筑用地的分布相一致。(4)利用不同下垫面的图层对地表温度进行剪切得出不同下垫面类型的平均温度与最高温度,得出建筑用地的温度明显比其他类型的温度高,植被与水体的温度相对较低,2007年的各种土地利用类型温度基本比1995年的高,而2007年的建筑用地的平均温度比1995年的低,这可能是当天的天气状况造成的也可能是计算中的误差导致的,也可能是2007年城市内部绿化加强的结果。(5)一个城市的温度水平空间分布,并非是城市中心高城市周围低的热岛概念,而是由于不同的下垫面对辐射的反映,形成综合的结果。因此,在城市建设中,合理设置绿化带、街心公园等生态设施,可以减缓城市热岛效应对人的生活影响。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第一章绪论  11-16
  1.1 研究的目的及意义  11-12
  1.2 国内外研究进展  12-16
    1.2.1 国外研究进展  12-13
    1.2.2 国内研究进展  13-16
第二章研究区概况及研究内容与方法  16-19
  2.1 研究区概况  16
    2.1.1 自然条件  16
    2.1.2 人口状况  16
    2.1.3 经济状况  16
  2.2 研究内容  16-17
    2.2.1 城市地表温度反演  17
    2.2.2 城市热岛强度变化特征  17
    2.2.3 城市下垫面土地利用类型提取  17
    2.2.4 城市下垫面类型与城市热岛强度变化间的关系  17
  2.3 研究方法  17-18
  2.4 技术路线  18-19
第三章地表温度反演的主要理论与方法  19-26
  3.1 地表温度反演的理论基础  19-21
    3.1.1 普朗克(Planck)辐射定律  19
    3.1.2 斯忒藩—波耳兹曼(Stefan-Boltzman)定律  19-20
    3.1.3 维恩(Wien's)位移定律  20
    3.1.4 基尔霍夫定律  20-21
  3.2 地表温度反演的主要方法  21-26
    3.2.1 单窗算法  21-23
    3.2.2 分裂窗算法  23-25
    3.2.3 多通道算法  25-26
第四章基于遥感的城市地表温度反演  26-34
  4.1 数据源选择  26-27
  4.2 数据预处理  27-29
  4.3 相关参数的计算  29-32
  4.4 温度反演结果  32-34
第五章城市热岛强度变化特征研究  34-43
  5.1 城市热岛界定  34-40
  5.2 城市热岛的变化趋势  40-43
第六章城市下垫面土地利用类型与城市热岛效应之间的关系  43-47
  6.1 城市下垫面土地利用类型的提取  43-45
  6.2 城市下垫面土地利用类型与城市热岛效应之间的关系  45-47
第七章结论与展望  47-49
参考文献  49-55
致谢  55-56
附录:攻读学位期间参与的科研课题、会议与公开发表的论文  56

城市热岛变化特征及其与下垫面之间的关系

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