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摘 要

伴随着城市化的快速发展, 热岛效应对城市产生越来越严重的影响。本文结合GIS数据，以淮安地区的Landsat 7 TM 影像为基础，对多光谱波段和热红外波段的数据进行解译，再对热岛效应与不同的外在因素做相关性分析，最后得出建成区、人口、工业、植被对热岛效应的影响，研究结果可以为淮安市城市规划建设提供一定的参考。

关键词：大气校正法，Landsat TM，热岛效应，温度反演

Abstract：Along with the rapid development of urbanization, more serious heat island effects produced on the city. Combining GIS data, Landsat 7 TM Huai"an area image for multispectral thermal infrared band and interpret data analysis, and then the heat island effect of external factors to do with the different correlation analysis, the conclusion that built-up area , population, industry, heat island effects on vegetation.

Keywords：atmospheric correction, Landsat TM, heat island effect, temperature inversion

目 录

1 引言 4

2 数据来源及研究方法 4

2.1 研究区概况 4

2.2 研究数据 4

2.3 研究方法 5

3 数据预处理 5

3.1 波段叠加 5

3.2 几何校正 5

3.3 AOI多边形裁剪 6

3.4 监督分类 6

4 温度反演 6

4.1 地表比辐射率 7

4.2 热辐射强度 8

4.3 温度反演 8

5 ARCGIS制图 10

5.1 城市土地覆被类型的确定 10

5.2 地温反演图制作 11

6 10年来淮安城市热岛效应的原因分析 13

结 论 16

参考文献 17

1 引言

当城市发展到一定程度, 会导致城市的下垫面发生变化，加之人为的热排放和大气污染，会形成城市区域气温明显高于郊区的现象，将这种现象称为热岛效应现象。城市热岛对城市整体特别是城市中心区域的气候环境以及对人们的生产生活都有着非常大的影响。城市热岛效应会对人体健康产生影响，会加剧空气污染等诸多直接危害，并且进而导致局部的气候失调、自然天灾等次生灾害。

随着城市化进程的加快, 淮安市发展取得了巨大的进步。从而导致了城市热岛的范围越来越大,并给城市中人们的生活以及城市发展特别是城区的发展带来了非常大的影响。所以，怎样高效地监测城市的热场分布以及其强度，了解城市热岛效应的时空变化特征规律，分析其产生原因，进而预测其发展态势并应用于实践等, 已成为现阶段解决城市热岛效应以及其引发的次生问题的迫在眉睫的问题。在本文中使用遥感和GIS数据对淮安市的城市热岛效应进行分析研究, 总结其分布规律特征, 最终希望结果可以为淮安市或者其他城市的城市发展规划的制定提供有建设性的意见。

2 数据来源及研究方法

2.1 研究区概况

江苏省淮安市坐落于江苏省中北部。淮安（2001的地级淮阴市更名而来）：曾用名清河，清江，淮阴，江苏省淮安位于长江核心区以北，长江三角洲城市群成员，在同一时间内的重要中心城市，淮安被授予“运河”的牌匾。淮安市的总面积达到一万多平方千米。其地理坐标为北纬32°~34°，东经118°~ 119°。

淮安市地处于两大平原之间，地势平缓，具有很好的地址优势。黄淮和江淮平原之间没有过高的山岭，淮安市全境内只有南部略高，中北部基本是平原地貌。平原地貌约占全市总面积的百分之七十。北京杭州的大运河，槐木新河，北江苏灌溉渠，淮河，古黄河，六河，盐河，在境内交错纵横，总的水域面积占全市总面积的百分之十左右。其中丘陵较少，约为百分之十。从全淮安市的地地貌上看，淮安市整体上是平原地貌较多并占绝大多数。所以，把淮安市称之为明显的平原城市。

2.2 研究数据

本文的遥感影像来源于地理空间数据云，使用的是LANDSAT5卫星于2009年10月3日和2000年10月10日获取的，条带号120，行编号37，中心经度是119.2,中心纬度是33.2。大气透射率、大气上行和大气下行热辐射强度是通过NASA提供的卫星成像时记录的大气状况等相关参数中获取。淮安市行政地图在百度上下载获得。人口和工业发展数据来自淮安2006年统计年鉴。

2.3 研究方法

根据淮安市遥感影像得到淮安市的地表比辐射率影像和淮安市辐射定标影像，在代入辐射传输方程法，求得淮安市温度影像。

本文具体操作流程如下图所示：

图1 温度反演流程图

3 数据预处理

3.1 波段叠加

将几个波段合成一幅图像的操作称为波段叠加。在ERDAS主页面Interpreter——Utilities——Layer Stack弹出图像选择和叠加界面。在Input File栏下选择输入图像，并在Layer下拉框中选择要加入的波段（选择1、2、3…为单波段，选择ALL为所有波段），点击Add加载所有要合成的波段后，在Output File栏下设置输出文件路径和名称。在Output下拉框中选择输出文件的数据率。点击OK。

3.2 几何校正

在打开的的两个Viewer视窗中添加需要校正的图像文件：叠加后的遥感影像、淮安地形图。启动几何校正模块及控制点工具，进行地面控制点采集。最后生成并保存校正图像。

3.3 AOI多边形裁剪

在Viewer视窗中加载校正后的淮安市地形图，点击AOI——Tools对有效区域进行裁剪，完成后进行AOI文件保存。在主页面点击Dataprep——Subset Image，输入2006年遥感影像和输出路径及文件名，点击AOI，点击AOI File添加校正后的淮安市地形图（AOI文件），点击OK自行裁剪有效区遥感影像图。如下图：

图2 2009年淮安市裁剪图 图3 2000年淮安市裁剪图

3.4 监督分类

添加处理好的有效区遥感图，主页面点击Main——Image Classification打开Signature Editor页面。使用AOI绘图工具获取某部分影像并添加到Signature Editor内，在该页面内可以合并相同地物的区域并为不同的地物类型命名也能用不同的颜色进行区分。完成之后点击Classify菜单下的Supervised键入输出名称和路径获得淮安市土地利用类型图（其中蓝色代表水域、绿色代表林地、棕色代表城市居住地）。

4 温度反演

通常采用辐射传导方程法、单窗算法^[1，2]和单通道等算法对Landsat的影像数据进行温度反演。这三种方法除了都需要计算大气透射率和地表比辐射率外，还需要计算各自的特殊参数。单窗算法需要计算大气平均温度，单通道需要计算大气水汽含量，辐射传输方程法则要计算大气向上辐射亮度和大气向下辐射亮度。因为单窗算法和单通道算法需要对其所需参数进行估算，而辐射传输方程法可以通过Landsat卫星网站上直接获取，所以采用了辐射传输法进行温度反演。其中包括三个步骤：①地表比辐射率②热辐射强度的计算③大气透射率和大气上行下行热辐射强度的获取。

4.1 地表比辐射率

地表比辐射率通常被用来作为温度反演的基本参数。地表上的不同地物有着不同的地表比辐射率。本文采用分为三种类型的地表，分别用来计算它的地表比辐射率，最后合成地表比辐射率影像的方法。通过上步的监督分类，获得了3种地表类型，分别为：水体，城镇和绿化表面。水体象元的地表比辐射率数值通常是0.995^[5、6]。而城镇与绿化表面则需要通过公式进行计算，公式如下^[1，2]：

(1)

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