基于遥感技术的湘潭市城市热岛效应分析

基于遥感技术的湘潭市城市热岛效应分析

陈思 辜倩 戴劲 胡刚

湖南省湘潭市气象局 湖南湘潭 411100

摘要：随着湘潭城镇化进程，大量人口向城镇的聚集使得认为排放的温室气体浓度快速增加，而以湖泊和植被为主的自然景观日益被不透水面所侵占，引发了热岛效应日益加剧。基于遥感和地理信息技术，利用Landsat5和Landsat8卫星遥感图像来分析湘潭地区地表植被指数变化、反演地表温度，得出热岛效应分级，结合气象资料和城镇化统计数据，分析该湘潭地区城市热岛效应变化。为今后应对湘潭地区热岛效应提供一定的参考依据。

关键词：城市热岛效应；遥感；地表温度反演

1 引言

城市热岛效应是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热体及绿地减少等因素，造成城市中的气温明显高于外围郊区的现象。城市热岛效应是区域城市气候变化最为显著的特征之一^[1]，热岛效应不仅使天气酷热难耐，而且还会使雷电和暴雨等极端天气增多，给人类的生产生活乃至社会经济造成严重损害，甚至严重的危害着人类的身体健康。

湘潭地处湖南东部，属北亚热带季风气候，受季风环流影响，春夏多冰雹、雷暴与强对流天气；夏秋季节易遭受连续性暴雨和台风袭击影响。受地理位置和气候的影响，自然灾害频繁，每年不同程度地受到台风、暴雨、洪涝、干旱、高温、寒潮、低温连阴雨、大风等灾害性天气以及局地性冰雹、龙卷风的影响。近几年来，气候异常现象在湘潭十分突出，灾害性天气出现的机率呈上升趋势。每年因自然灾害而造成的经济损失十分巨大。通过时空分析湘潭热岛效应的影响因子，对于湘潭城市热岛效应的改善具有十分重要的意义。

2研究区概况及研究方法

2.1 研究区概况

湘潭位于湖南中部偏东，湘江下游，地处东经111°58′-113°05′，北纬27°20′-28°05′，属中亚热带季风湿润气候，具有明显的季风气候特点，气候温和，四季分明，热量丰富，雨水集中；多年平均气温17.4℃，年降水量1376.9mm，年平均日照时数1581.0h，全年无霜期276d，全市南、西、北三面环山，向东北敞开的马蹄形盆地。

2.2研究方法

本文选用的湘潭地区（111.9°-113.2°E，27.3°-28.1°N）2009年8月Landsat 5卫星数据、2020年6月Landsat 8卫星数据，空间分辨率为30m，以及DEM数字高程数据产品，空间分辨率为30m，以上数据来源于地理空间数据云网站，按照成像清晰，云量低的原则进行影像选取^[2]。通过ENVI5.3对卫星影像进行辐射定标、大气校正、图像裁剪与拼接等影像预处理^[3]，并对预处理后的影像完成NDVI、植被覆盖度、地表比辐射率、辐射亮度值计算，反演地表温度。利用地表温度反演结果分析得到热岛效应分区。通过整理湘潭地区3个国家一般气象站地面测报A文件温度数据，利用线性趋势拟合，得到1981～2020年平均气温变化趋势，结合湘潭地区城镇化人口发展趋势来综合分析热岛效应情况。

3 结果分析

根据2020年卫星影像地表温度反演归一化分析，做分级分类处理，处理得到湘潭市热岛效应分级，分为强热岛区、热岛区、正常区、绿岛区四类。湘潭地区的热岛效应区域集中在湘潭市雨湖区、岳塘区所在的东北区域、韶山市区位置和湘乡市区位置，与湘潭市行政区划的城镇区域位置基本吻合（图1圈标位置），从城镇区域向城郊方向，热岛效应呈递减趋势。

图1 湘潭市城区域示意图

由湘潭市人民政府网站获取到的政府开放数据，得到2011～2020年湘潭市人口统计情况，由图2可见，近10年间，湘潭地区城镇人口占总人口比重呈逐年递增的状态，城镇化进程不断发展。

图2 湘潭市2011～2020年人口统计情况图

根据湘潭市1981～2020年平均气温线性趋势拟合公式为，由图3可见全市年平均气温整体表现为上升趋势，尤其自2013年异常偏高后，连续7年维持偏高状态。

图3 湘潭市1981～2020年平均气温变化趋势图（单位：℃）

从行政区域来看，城市发展较快较好的区域温度较高，而发展较慢的区域温度较低，印证了热岛效应的根本原因；由于城镇化发展进程的推进，城镇人口比例呈逐年递增，全市年平均气温整体表现为上升趋势，由此也可以证实城市发展对于城市热岛效应存在显著影响。

4 对策与建议

一是减少人为热量释放。合理控制市区的人口规模和密度，合理规划城市建筑物的高度和密度；提高市区工业热源和能源的利用率，提高机关单位、公众民用的节能减排意识，完善公共交通建设，加大共享交通工具投入，降低汽车尾气排放对于城市热岛效应的影响。控制不可再生能源使用，大力发展太阳能、风能、水能等再生清洁能源。

二是加强市区绿化建设。降低城市热岛效应须做好城市绿化，城区大面积绿化对改善城市热岛效应有极大作用，要从城市规划上增加绿地面积与规模。并结合城市地形，以建筑规划引入贯通对流风道，并在对流风道上增加绿地面积。

参考文献：

[1]王青妹.基于遥感技术的长春市城市热岛效应时空分析研究[D].长春工程学院.2018.

[2]李倩.基于TM/ETM/OLI/TIRS 影像的南宁市热岛特征研究[D].南宁:广西大学,2017.

[3]王乐.基于RS的西安市地表温度反演及城市热环境研究[D].西安:长安大学,2015.

第一作者简介：陈思（1993年—）女 ，汉族，大学本科，助理工程师，从事气象服务与应用气象工作。