基于ETM+遥感影像的城市热岛效应与植被覆盖关系研究——以长春市为例

在全球气候变暖与我国加快城市建设的背景下,城市热岛效应成为了影响城市气候与环境的主要因素之一。随着遥感技术的不断发展,越来越多的遥感地表信息可以通过遥感数据反演获取,这为城市热岛效应的研究提供了新的思路与方法。本文以长春为例,基于Landsat7 ETM+影像数据,处理得出地表亮度温度图像和归一化植被指数图像,通过分析亮度温度与植被指数关系,研究城市热岛效应并提出治理对策。     

基于Landsat8数据的沈阳市地表温度反演研究

本文以中国北方典型的重工业城市沈阳市为研究区。选取2016年8月28日Landsat8卫星遥感影像数据,通过影像数据预处理后采用大气校正算法反演地表温度。分析沈阳市地表温度分布特征。并且分析沈阳市热岛强度分布的特征。结果表明:沈阳市全区热岛效应并不明显,以绿岛为主,但沈阳市内五区热岛效应明显,80%的区域受到城市热岛效应的影响,地表温度明显高于其他区域。热岛强度由市内五区向郊县逐渐降低;沈阳市地表温度与NDVI呈负相关,与NDBI、NDBSI呈正相关。     

基于卫星遥感技术的城市地表温度反演研究

随着我国空间规划的开展,需要能够掌握城市各地块的人类聚居和工业发展等指数,其中城市地表温度是衡量城市各地人类居住和发展状况一个有效的参考.传统的手段统计分析地表低温宏观性差,且时效性不佳,因此需要一种能够快速分析城市地表气温方法.研究以典型的南方城市——南宁市为例,利用Landsat8的多波段卫星遥感数据,通过热红外辐...     

基于Landsat ETM+影像的福州市地表温度反演研究

以福州市为研究区,采用单窗算法,对Landsat ETM＋第6波段的遥感数据,进行地表温度反演,得到地表温度分布图,分析了地表温度分布规律,并提出减轻热岛效应措施。结果表明：福州市城市热岛效应显著,单窗算法可以较好的反映城市热场的空间分布,地表温度与归一化植被指数（NDVI）有良好的负相关关系,与地面下垫面密切相关。     

基于泛克里金插值法的Landsat8热红外数据的高空间分辨率地表温度反演

地表温度(land surface temperature, LST)地表物理状态过程中的一个重要参数,目前反演高精度地表温度是一个重要的研究目标。本文根据热辐射传输方程,利用空间分辨率30m Landsat8传感器的热红外数据反演地表温度,并利用泛克里金插值法对反演温度的结果进行尺度转换,获取2 m分辨率的地表温度数据。本文以广东省河源市东江林场为例,对2013年10月21日、2014年10月24日及2015年10月27日的Landsat8进行温度反演,对其反演结果进行泛克里金插值,最终获取2 m高空间分辨率的温度数据。本文以广州东江林场2013年10月21日、2014年10月24日和2015年10月27日获取的landsat8为例,为了检验地表温度数据的尺度转换的合理性,本文利用莫兰系数和夏皮洛-威尔逊检验法检验地表温度是否空间自相关性以及是否为正态分布。三帧温度结果的莫兰系数分别是0.96,0.96,0.97,表明该三帧温度数据空间自相关;由夏皮洛-威尔逊检验法获取的p值分别为0.1857,0.09968,0.08534,均大于0.05,温度数据服从正态分布。对2015年泛克里金插值前后的温度值与实测温度进行比较,平均误差系数减少了5.63%。由此可见,本文利用泛克里金法插值法对Landsat8反演的温度进行尺度转换后获得的结果更为合理。     

库尔勒市地表温度反演

地表温度(LST)是地表自然生态环境的一个重要指标,是水平衡和地面能量平衡中的重要参数。本次研究采用库尔勒市Landsat8第10波段数据,利用单窗算法反演该地区2017年8月7日的地表温度。得到库尔勒市该日最高温度为56.21℃,平均温度为38.61℃。     

红外辐射计遥测地表温度空间变异特征

利用航空、航天平台热红外模拟遥感器——红外辐射计观测的资料对非均匀下垫面地表温度空间变异性进行分析，结果表明下垫面不均匀性越强，地表温度的空间变化曲线波动就越大，说明目前用一个点的地表温度观测值来表示一个遥感空间分辨率像元的地表温度值是不合理的。红外辐射计是对遥感反演地表温度的精度进行验证的手段之一，其特点是视场角小(6°)。通过对小视场红外辐射计获取的地表温度采用简单的算术平均来代表整个像元的总体温度，与Landsat/TM数据源反演的像元地表温度进行对比，结果表明两者之间有一定的差异。造成这种差异的主要原因是遥感数据源获取的红外辐射强度是一个像元中所有地物辐射的综合结果，不是像元内所有地物各自辐射能量的简单算术平均。本文的创新之处在于是野外观测和试验数据入手，深入分析数据，所得到的结论可以为其他从事相关工作的人员提供很好的参考与借鉴。     

城市热环境与土地利用类型格局的相关性分析——以长春市为例

基于遥感数据和GIS空间分析方法,反演长春市的地表温度,分析长春市城市热场分布的空间格局,定量描述了不同土地利用类型面积比例地表温度特征,探讨不同土地利用类型的空间组合格局对城市热环境的影响。结论如下：①长春市存在明显的热岛效应,在城市热岛内部,地表温度差异也很显著;②不同城市土地利用类型上的地表温度具有明显差异,各土地利用类型地表温度平均值排序为：工业用地>道路用地>商业用地>住宅用地>公共建筑>其他用地>公共设施>绿地>水域;③土地利用类型空间格局影响城市热环境,随着500m×500m格网内所占面积比例的升高,不同用地类型的平均地表温度呈现出显著差异;④植被和水域在缓解城市热岛效应方面起到关键性作用,含有绿地或水域的格网,随着二者面积比的增加,地表温度逐渐降低,温度降低的过程可以用线性方程模拟。     

基于数据同化与CA模型的包头市热岛模拟预测研究

以内蒙古第一大工业城市包头市市区作为研究区,以1996年、2001年、2006年和2011年Landsat5的遥感影像以及2016年的Landsat8的遥感影像作为基础研究数据,用IB算法对地表温度进行反演,引入三种常用的数据同化算法对包头市市区进行热岛模拟预测并与传统的CA-Markov模型进行对比,选择最适算法对包头市市区2020年的热岛分布进行模拟预测。结果表明:引入数据同化算法能够提高CA模型模拟精度,En SRF-CA模型在包头市热岛模拟上要优于其他模型,精度能达到88.35%。根据预测得到的热岛模拟影像,到了2020年,包头市市区整体升温效果依旧明显,强绿岛区大幅度向绿岛区转移,强热岛区面积增加了44.21km~2,黄河流域水流量的减少降低了降温效果,应加强对南海湿地生态系统的保护力度以及适当增加城市绿地以减弱热岛效应。     

德阳城市热岛效应的遥感评价

本文利用德阳市2007年和2010年两期Landsat TM/ETM+遥感数据,在完成预处理工作的基础上反演亮度温度,并以亮度温度为评价指标,将两个时期的亮温数据进行等级划分,得到各时期的亮温等级分布图,通过GIS空间分析功能评价德阳市城市热岛效应的时空特征及演变规律。     

长沙市土地覆盖变化及地表温度响应研究

土地覆盖是影响地表温度重要因素之一。研究快速城市化地区土地覆盖与温度变化之间关系具有重要意义。文章通过多时段的遥感数据,研究了长沙市土地覆盖类型的变化情况,并结合LANDSAT5的热红外波段反演了地表温度,通过遥感与GIS技术结合,分析1996-2009年长沙地区土地覆盖变化及地表温度响应,结果表明：1996-2009年间长沙市城市建设用地增幅为54.47%,耕地数量较1996年减少了16.83%。伴随着土地覆盖的剧烈变化,各用地类型的地表温度均有不同程度的增加。其中：城市、建设用地、林地、水田、旱地、未利用的地表覆盖温度分别增加了1.16、1.33、1.22、2.73、0.01摄氏度。     

更精准地为地球测“体温”——记中国农业科学院农业资源与农业区划研究所研究员李召良

正遥感科学本身就带有交叉学科的胎记,要做研究本非易事,而地表温度热红外遥感反演作为遥感地学分析的一个重要研究领域,其研究难度更是剧增。地表温度可以形象地理解为地球的"皮肤"温度。要获知全球的地表温度,一般通过卫星获取地面的辐射能量进而用物理的方法反演。如果要更精准地为地球测"体温",研究者就需要针对不同的气候条件、地表形态甚至观测时间、观测角度等展开系列研究,这些难题就像一道道关卡横在相关     

中国1∶100万地表覆被制图分类系统研究

景观生态图属国家基础图件之一,其分类研究是制图的基础,而地貌和地表覆被是两个最主要的因素.该文在总结前人研究土地利用、植被、地貌等专题图件、乃至景观分类系统的基础上,详细对比分析了目前国内常用的土地利用和植被分类体系,以卫星遥感为基础数据源,以地理信息系统为技术,将FAO土地覆被、土地利用和植被三者的分类方法和体系有机地结合起来,研究并提出了全国适用于遥感影像数据(Landsat TM和ETM)的1:100万地表覆被分类系统,将全国陆地地表覆盖分为森林、草地、荒漠、水体和湿地、稀疏及无植被地、农田、人工建筑(一级类)七大类,并划分出第二、三级类型,拟定了相应的编码体系.该研究为利用中高分辨率卫星数据编制并完成全国1:100万地表覆被图奠定了坚实的基础,同时对研究和制定全国地貌和景观生态分类体系,编制全国地貌图和景观生态图具有很好的借鉴意义.     

运用热惯量估算大气下行长波辐射的遥感方法——以Landsat/TM为例

利用2004年北京小汤山精准农业示范基地星地同步试验中获取的自动气象站和红外辐射计观测资料，建立Landsat卫星过境时刻地表辐射温度T和空气温度T₀的关系式，利用北京21个常规气象站观测资料，以及2004年5景TM图像，建立热惯量与大气水汽压的经验关系式，将获取的两个关系式代入得到广泛引用的Izionmon(2003)晴天大气下行辐射估算模型中，率先提出了根据像元的热惯量、地表辐射温度等遥感参数反演像元大气下行辐射的空间估算模型。通过利用实际测量值，对一个点的大气下行辐射估算值反演的地表净辐射通量和利用逐个像元估算的大气下行辐射估算值反演结果精度验证表明：利用逐个像元的大气下行辐射值估算地表净辐射通量，比利用单一大气下行辐射值来估算，精度提高了9.5％。这表明利用热惯量和地表辐射温度等遥感参数来估算非遥感参数大气下行辐射的思路是可行的，而且有应用前景。     

考虑土壤水分影响的比辐射率方法在地表温度反演中的应用

地表比辐射率是确定地表长波能量平衡的一个关键参数,也是影响地表温度反演的主要因素,因此比辐射率的精确测定具有重要意义。地表比辐射率除了受地表覆盖类型的影响,与土壤水分含量也密切相关。本文针对MODIS通用分裂窗算法和Landsat TM/ETM+单窗算法,根据Mira等建立的土壤含水量和土壤比辐射率的经验模型,利用SMEX04试验中Arizona研究区的遥感数据和地面观测数据,探讨考虑土壤水分影响后的比辐射率信息在地表温度反演中是否能够提高其反演精度。研究结果表明:利用考虑土壤水分影响后的比辐射率所反演的地表温度平均误差(ME)和均方根误差(RMSE)均低于比辐射率未考虑土壤水分影响反演的地表温度,其中通用分裂窗算法反演的地表温度ME降低了1.0~1.5K,RMSE降低了0.4~0.8K;单窗算法反演的地表温度ME降低了0.7K,RMSE降低了0.9K。因此,基于土壤比辐射率与土壤水分关系模型的比辐射率修正方法能够提高地表温度的反演精度,并且敏感性分析的结果表明目前土壤水分遥感数据0.04cm~3 /cm~3 的误差对本文使用的考虑土壤水分获取地表比辐射率进而反演地表温度的方法影响不明显。     

基于SEBAL模型的区域ET计算及气象参数敏感性分析

本文根据SEBAL模型的理论建立了利用遥感数据计算区域ET的计算模型,提出了敏感度评价指标,建立了单参数敏感性评价体系,并对模型气象参数进行敏感性评价。计算模型以Landsat7 ETM+遥感影像数据和大气温度、风速、湿度、日照时数等地表气象数据作为输入,并对一些难以获取的参数做了简化处理,以ERDAS Imagine遥感数据处理软件为工具,计算了研究区（天津市）24h ET空间分布图,并与Penman-Monteith公式所计算的研究区4种典型下垫面ET比较,结果显示,SEBAL模型计算的ET空间分布比较符合下垫面实际情况,计算结果较合理。考虑到气象数据对模型的影响重大,本文利用独立敏感度评价指标对模型中几个气象参数进行了敏感性分析,发现SEABL模型对风速、气温比较敏感,而对计算过程中选取的“热点”温度不敏感。本次建立的SEBAL模型计算较准确,参数敏感度评价方法简单有效,适合独立参数的敏感性分析。     

多源卫星遥感海量数据精化处理关键技术

近年来,我国资源陆地卫星遥感技术取得很大进步,但卫星遥感应用在各方面、各层级还存在一定的提升空间.其中,传感器校正产品质量的稳定性和精细化处理能力一直是制约遥感卫星数据高水平应用的瓶颈. 在国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目及横向课题的支持下,自然资源部国土卫星遥感应用中心等单位以提高遥感卫星应用效能为目标,突破立体影像间及全色、多光谱影像间局部系统误差校正、多源测绘立体影像融合提取数字地表模型(DSM)、合成孔径雷达(SAR)影像无底图自动纠正、高光谱影像条带噪声去除等关键技术,制定文档对象模型(DOM)数据生产、DSM数据生产、SAR影像DOM数据生产、高光谱影像反射率DOM生产的业务化生产流程,构建多源卫星遥感影像全自动精化处理系统,实现包括十几类国产遥感卫星在内的国内外主流遥感卫星数据的业务化生产,促进卫星遥感应用的高质量发展.     

基于OLI影像的环渤海湾不透水面提取及空间格局分析

不透水面的分布规模、空间格局和变化是影响区域生态系统和环境变化的重要指标。Landsat 8卫星的成功发射使得基于Landsat系列遥感影像的陆地生态环境监测及其科学研究得以延续。本研究以该卫星搭载的陆地成像仪(OLI)影像为遥感数据源,基于植被-不透水面-土壤(V-I-S)模型,采用最小噪声分离法(MNF)和支持向量机(SVM)相结合的方法实现地表信息遥感影像分类,并提取高反照和低反照覆盖初步提取不透水面,利用遥感指数去除水体、阴影等干扰物后,得到研究区不透水面的分布现状,在此基础上分析其空间格局。结果表明：相较于TM影像,OLI影像辐射分辨率提高为16bit,其波段范围普遍变窄,影像经大气校正后色彩丰富度提高,其不透水面提取精度较高;2013年,环渤海湾海岸带不透水面比例达到16.74%,其空间分布集中于城市中心城区和临港产业区;岸线向陆10km的海岸带区域和岸线外围填海区的不透水面面积达到1 794.30km²;与历史时期TM遥感影像提取结果相比,环渤海湾不透水面分布的趋海化现象明显,不透水面斑块聚集程度增加。     

环境科学

正不同政策影响下的东北地区土地覆盖及生态系统服务变化研究进展中国科学院东北地理与农业生态研究所地理景观遥感和城市森林与湿地团队毛德华、何兴元、王宗明等,利用Landsat系列卫星遥感影像解译获取的2000年和2015年土地覆盖数据,探讨了国家实施一系列生态工程以来东北地区的土地覆盖变化特征,进而利用In VEST模型分析了东北地区生态系统服务的时空格局及其地理空间异质性,讨论了不同政策影响下的东北地区土地覆盖变化     

红沙核电站周边区域地表热环境反演研究

以广西壮族自治区红沙核电站周边区域为研究对象,选取2003年、2014年、2018年三期Landsat系列卫星影像数据,运用单窗算法定量反演红沙核电站周边区域地表热环境时空分布特征。结果表明:从2003-2018年研究区逐渐出现聚集性高温区,整体上热岛效应由沿海向内陆递减;在2018年红沙核电站运作后周边海域、陆域存在明显的升温现象;研究区存在较为明显的热岛效应,主要分布在柳钢防城港钢铁基地、红沙核电站厂、钦州港经济开发区、大西南临港工业园区的部分裸地及建成区等区域;北部湾经济区开发建设过程中对生态环境的破坏加重了地表热环境效益;红树林海岸的修复与保护有效地降低了地表温度。