南京市地表参数变化与热岛效应时空分析

利用南京市1989年TM和2001年、2010年ETM+卫星遥感数据,提取了3个时期的归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)、改进的归一化水体指数(modified normalized difference water index,MNDWI)、归一化建筑指数(normalized difference build-up index,NDBI)和归一化不透水面指数(normalized difference impervious surface index,NDISI)等地表参数;利用热红外波段遥感数据反演地表温度,并从时间维对比分析了3个时期各个参数的变化和产生的原因;利用回归分析方法探讨了上述地表参数变化与城市地表温度之间的关系,即地表温度与NDISI和NDBI呈正相关,与NDVI呈负相关。进一步分析表明,南京市最近20 a来不透水面和建筑面积大幅增大,植被覆盖范围减少,城市热岛效应加剧,不透水面、建筑指数与地表温度的变化趋势和城市扩张趋势一致。该研究成果对于揭示南京市热岛效应、优化土地配置和推进生态城市建设具有一定的参考意义。     

中心城区地表温度空间分布及地物降温效应——以南京市为例

基于TM图像,采用灰度图像分割算法,自动提取南京市中心城区的不透水面、植被及水体;并用单窗算法反演了地表温度;依据离市中心的距离将中心城区分为45级缓冲区,依次统计分析每一级缓冲区内的平均温度、不透水面温度、植被温度、水体温度及各类地物的面积比例等;建立了地表温度与不透水面比例、植被比例、水体比例之间的关系模型.研究结果表明:随离市中心距离的增大,地表温度降低;植被、水体具有降温效应,水体的降温效应是植被的2.43倍;地表温度与不透水面比例、植被比例、水体比例的综合关系模型模拟效果较好.     

长春市城区热岛效应遥感分析

针对城市热岛效应对城市生态环境产生的诸多问题,该文以长春市为研究区,利用Landsat TM/TIRS遥感影像,采用普适单通道算法反演地表温度,分析各种驱动因子对地表温度的影响。结果表明:普适单通道算法反演得到的地表温度与卫星过境时测得的气温差值在2℃内。高程(DEM)、优化土壤调节植被指数(OSAVI)、改进归一化差异水体指数(MNDWI)均与地表温度呈负相关,归一化差异不透水面指数(NDISI)与地表温度呈正相关,城市中心区地表温度相对高。长春市1995-2017年间各土地覆盖类型中水体变化最为稳定,裸地变化最为活跃;各土地覆盖类型的平均温度均呈现:建设用地>裸地>林地>水体。因此,通过增加植被与水域的覆盖范围、减少人为不透水面面积可缓解城市热岛效应。     

无锡市城市不透水面扩张特征及其水环境效应

以无锡市为研究区,分析了1988-2016年无锡市不透水面扩张特征,并利用重力学模型分析了不透水面扩张对太湖水环境的影响。结果表明,无锡市不透水面呈显著上升趋势。不透水面比率由1988年的4.1%上升至2016年的32.3%。不透水表面空间影响力与太湖水质呈显著的相关性,水体总氮、硅含量与不透水面的空间影响力G相关性最好,相关系数分别为0.929和0.857。叶绿素a浓度、高锰酸钾指数、水温以及2004年前的总磷与无机磷含量与G的相关系数均大于0.6。可见,城市不透水面扩张对周边水体有较大的影响。     

基于遥感云平台的郑州市热岛效应时空演变分析

为探究郑州市城区快速扩张可能导致的城市热岛问题,以研究区2006、2013和2020年夏季的Landsat影像为基础数据,利用PIE-Engine遥感云平台的公开数据集实现普适性单通道算法,对地表温度反演结果进行均值-标准差分级后,与土地利用数据协同开展城市热岛效应的时空演变分析。结果表明：在2006—2020年间,对于地表温度均值而言,郑州市逐年降低,但地表温度范围扩大,最低值维持在水域范围内,最高值在不透水面范围内;而对于温度分级而言,高覆盖植被和水域呈现显著的降温效果,低覆盖植被逐步向正常区转移,裸地受环境影响较大,热岛斑块集中分布在不透水面且强热岛区面积逐渐增加。     

南昌地区不透水面信息自动提取

随着城市化进程的不断加速,不透水面成为一种十分关键的地表覆盖类型之一,如何快速获取高精度的不透水面信息成为目前遥感研究的重点话题。考虑不透水面构成复杂、光谱曲线复杂的特征,本文基于决策树思想,通过建成区指数（BUAI）、改进的归一化水体指数（MNDWI）,制作研究区植被、水体掩膜,并根据研究区土壤反射光谱特点制作研究区土壤掩膜。通过基于决策树思想的提取模型,结合掩膜文件,逐步剔除透水面,得到不透水面信息。结果表明：该模型提取的不透水面信息总体精度达到了98.27%,Kappa系数为0.86。通过和实地信息对比分析,认为该模型提取结果较为可靠,适用于大范围地区的不透水面信息提取。     

土地利用类型变化对城市热岛效应的影响分析

首先基于北京市2013—2020年Landsat-8卫星遥感影像,使用TIRS10＿SC算法反演北京市地表温度;其次,对温度反演结果进行归一化处理,进行热岛等级划分,并计算热岛强度指数;最后,结合土地利用类型数据,分析土地利用类型覆盖面积变化对城市热岛强度的影响。结果表明：1)2013—2020年北京市的城市热岛效应呈现出先上升后下降的趋势,2015年城市热岛效应现象最明显;2)2013—2020年裸土地变化程度最大,其中有40.060%的裸土转变为植被,24.988%的裸土转变为建设用地;3)出现次热岛和强热岛现象的区域地表覆盖类型主要是建设用地和裸土,出现绿岛和冷岛的区域地表覆盖类型主要是植被和水体,并且在相同面积占比情况下,水体缓解热岛效应的效果更加明显。     

多尺度城市地表温度降尺度方法

针对目前星载热红外传感器的空间分辨率低,无法满足城市尺度的生态环境研究需求的现状,该文选择地表覆盖类型复杂的区域,根据研究区土地覆盖类型,选取归一化植被指数(NDVI)、城市不透水面指数(ISA)、改进的归一化差异水体指数(MNDWI)等因子加入DisTrad模型,采用移动窗口逐步回归统计地表温度和因子的线性关系,利用半方差曲线函数和均方根误差综合确定最优移动窗口的大小,以提高地表温度降尺度精度。研究结果表明:改进的DisTrad模型在地表覆盖类型复杂区域,具有良好的降尺度目视效果,且具有较高的降尺度精度,尤其在低植被覆盖的建筑区、水体区域具有更高的精度。     

基于Landsat 8数据的城市不透水面及其与热环境的关系研究

利用Landsat8数据,以成都市为研究对象,采用光谱混合分解模型研究估算成都市的不透水面分布信息。通过MNF变换和PPI指数运算,确定高、低反照率,植被及土壤四类光谱端元,并利用Landsat8新增的卷云波段去除云、土壤、沙地等噪声和MNDWI指数去除水体。修正后的高、低反照率组分含量之和即为不透水面含量的估计值。通过将不透水面信息与利用TIRS11波段反演的地表温度进行回归分析,发现两者呈正相关。     

利用Landsat ETM+分析城市热岛与下垫面的空间分布关系

采用数理统计与空间统计相结合的方法,利用Landsat ETM 数据对北京、上海、沈阳和武汉等4个大城市的夏季城市热岛相对强度与城市下垫面的空间分布关系进行对比研究。用混合像元线性光谱分解方法提取的城市植被覆盖度与不透水面表征城市下垫面;用城市地表亮温与水体亮温差值表征城市热岛相对强度。结果显示,4个城市的植被覆盖、不透水面与热岛强度的分布呈较强的空间正自相关,并且存在较为一致的自相关范围,该范围相当于城市街道与建筑组合特征尺度;自相关引起的结构性是导致3者空间分布异质性的主要因素。植被覆盖对城市热岛的缓解效果与不透水面对城市热岛的增强作用均呈分段线性特征,但区域差异较为明显;交叉相关系数曲线则显示出相关性的空间异质性与多尺度现象,同时存在一个约550 m的空间作用特征尺度。该研究结果有助于在城市规划实践中合理配置建筑与植被的间隔和比例,以缓解城市热岛效应。     

基于特征指数合成影像的不透水面提取和分析

不透水面作为表征一个地区城市化水平的关键性指标,其时空变化特征与城市建设密切相关.以济南市重要的泉水补给区南部山区为研究对象,根据植被-不透水面-土壤(V-I-S)城市地表组分模型选取了NDVI、BCI、SBAI、MNDWI和NDUI 5种遥感特征指数构成合成影像,利用最大似然法对特征指数合成影像进行分类获取不透水面信...     

中小城市城区扩张的热效应演变及响应

针对传统遥感手段研究城市热岛演变较大的数据限制问题,该文引入混合像元线性波谱分离算法,以赣州城区2000、2009及2014年的Landsat数据作为数据源,用辐射传导方程法反演地表温度。实现在缺少高分辨率遥感和其他详细地面辅助数据的情况下分析中小城市扩张过程中的热岛演变、迁移的成因。结果表明:引入混合像元线性波谱分离算法可以有效实现城市热岛成因与转移演变研究,发现热岛变化模式主要和城市的不透水面扩张建设有关,变迁方向与城市扩张趋势一致;平均不透水面指数与平均植被指数的变化与城区扩张态势有关,决定城区热岛变化形态。混合像元线性波谱分离算法的引入,降低了城市热岛研究对高分辨数据的依赖。     

不透水面与地表径流时空相关性研究——以杭州市主城区为例

城市化进程中不透水面的扩展对城市地表水文循环产生了显著影响。研究不透水面与地表径流时空相关性能缓解城市内涝灾害,可为"海绵城市"提供建设意见。本文以杭州市主城区为例,提出结合BCI指数(Biophysical Composition Index)的线性光谱分解方法提取不透水面、植被和土壤盖度,提高了传统的线性光谱分解方法的精度。进一步结合SCS-CN模型(Soil Conservation Service Curve Number Method)模拟1990年—2017年杭州市主城区地表径流,在此基础上计算景观格局指数,研究杭州市主城区不透水面与模拟地表径流的时空特征,探究不透水面与模拟地表径流的关系。结果表明:(1)研究区近30年不透水面聚集度较高且呈增长趋势,增长速率趋于平稳,上城区和下城区不透水面面积占比最高,江干区、西湖区和拱墅区增长速率和增长强度相对较大。(2)研究区近30年模拟地表径流不断增长,220—240 mm的径流由中心城区向四周辐射,上城区和下城区模拟地表径流最高,与不透水面的演变趋势总体一致。(3)不透水面的空间格局与模拟地表径流高度相关,不透水面的斑块数量和破碎度与地表径流呈负相关,斑块所占景观比例、斑块密度、斑块聚集等与模拟地表径流正相关,可通过合理控制相关景观指标、优化不透水面空间格局控制地表径流。在此基础上提出了防止城市内涝的建议:增加绿地、花园等用地类型;减少大面积不透水面斑块,划分成更多的小斑块等。     

基于改进NDBI指数法的不透水面信息提取

从对不透水面信息的光谱特征入手,分析了不透水面在Landsat ETM+遥感影像上第3、4、5、6波段与其他地类的光谱差异,发现利用归一化植被指数(NDVI)设定合适阈值可以剔除植被信息;构建了一种改进NDBI指数的不透水面信息提取算法,并以福州市为研究区,对该算法进行了验证。结果表明,与常规的NDBI指数法相比,改进后的方法能有效地将不透水面与稀疏植被、裸地区分开,大大提高了不透水面信息的提取精度。     

基于TM/ETM~+影像的绵阳春秋两季城市热环境特征对比分析

选取中等城市——四川省绵阳市为研究对象,以2000年(代表秋季)、2001年(代表春季)TM/ETM+遥感影像为数据源。在基于影像算法反演地表温度的基础上,对研究区春、秋两季热场剖面、建成区范围内热力景观斑块和城市热岛效应进行研究。结果表明:(1)无论春季还是秋季,地表温度高低与下垫面性质具有较大相关性,水体和植被覆盖较好的区域呈现低温,而水泥、沥青等不透水面温度较高;(2)秋季相对春季而言,温度相对较高的热力景观类型面积减少,而温度较低的热力景观类型面积增加。分析热力景观异质性指数发现,优势度指数值春季大于秋季,说明春季存在较明显的优势斑块;(3)运用城乡平均温度对比法和热岛面积指数法,计算春季热岛强度值为1.77℃,秋季热岛强度值为0.78℃,由此说明,在该时段内春季的城市热岛效应强于秋季。     

多空间尺度下城市热环境与不透水面聚集密度响应关系

针对以往城市热环境与不透水面聚集密度响应规律研究不足的问题,本文以北京市为例,基于MODIS 数据计算城建区与边缘区平均温度差值为热岛强度,结合热岛强度等级特征,选取热岛强度等级期望值较高的6个典型区域（Ⅰ西二旗、西三旗、回龙观,Ⅱ东四、地安门、新街口,Ⅲ丰台区中部,Ⅳ四惠、定福庄、东坝,Ⅴ石景山区,Ⅵ北四环四季青桥附近）,研究热岛强度等级与不透水面聚集密度的响应关系;进而利用Landsat数据反演地表温度,研究城建区与精细尺度下地表温度对不透水面聚集密度响应临界点与最优尺度。结果表明：（1）不同热岛强度等级的出现频率、其在白天与夜间的变化程度与不透水面聚集密度有一定相关性,且相近的不透水面聚集密度下所表现出热岛强度的变化特征相似。（2）主要城建区内地表平均温度与不透水面聚集密度的分布特征存在较显著的一致性,随着尺度半径r的增大其响应越明显。且地表温度对不透水面聚集密度的响应存在一个临界点,随着尺度半径r减小,响应临界点逐渐增大：尺度半径r=1000 m时,不透水面聚集密度达到60%后其影响趋于减弱;r=500 m、r=300 m时临界点分别为69%与83%。（3）不同典型区域的最优尺度存在差异,西二旗、西三旗、回龙观最优尺度为150 m,东四、地安门、新街口与四环四季青桥附近为60 m,而季节变化对最优尺度的影响较小。该最优尺度可在一定程度上衡量不同区域不透水面分布的破碎程度及地表类型的单一程度。本研究可为城市规划与管理、城市热岛治理提供参考依据。     

城市不透水面及地表温度的遥感估算

基于植被-不透水面-土壤模型和全约束最小二乘法混合像元分解模型,从探索城市热岛效应和城市不透水面关系出发,利用TM数据对北京市海淀区的城市不透水面丰度和地表温度进行估算,并在此基础上对二者之间的相关性进行定性分析和定量评价。研究表明:城市不透水面的空间分布和变化趋势与地表温度之间存在明显的一致性,二者相关系数达到0.752 5,这说明城市不透水面信息可以很好地反映城市热环境的空间分布状况。     

基于定量遥感的武汉城市热岛强度时空格局演变分析

应用定量遥感揭示武汉市热岛强度在不同季节和不同年份的时空格局演变.首先,选取2002年(1月,3月,7月,10月)及2000年,2004年,2010年7景ETM数据反演地表温度;其次,经热岛强度指数归一化地温数据,使数据间更具可对比性.对比2002年不同季节地温反演数据,分析武汉市热岛强度在不同季节的变化情况及形成原因.比较2000年,2004年,2010年三个不同年份地温数据,探讨热岛强度年际时空格局演变,建立LST与ndvi、城市热岛强度与水域面积间的相关关系,分析武汉市城区多年ndvi均值以及水域面积的时间变化趋势.结果显示:武汉市城市热岛强度存在明显的季节差异;年际热岛强度空间演变格局表现为以沿江地带为中心,以西北和东南两个方向为主向外延展;LST同ndvi呈负相关关系,其中ndvi值下降0.1,则地表温度上升约1.4℃;热岛强度同城市内水域面积大小亦呈负相关;对比分析了城区多年植被覆盖及水体面积变化趋势,总结出绿地等植被覆盖面积逐渐减小及湖泊面积逐步萎缩是造成武汉城市热岛强度增强的主要因素.     

不透水面提取方法及应用研究综述

围绕数据源、提取方法以及不透水面应用研究3个层面对国内外学者提取不透水面做出了总结,其中数据源主要介绍了Landsat系列、Sentinel系列以及高分系列,不透水面提取方法主要归纳了指数法以及光谱混合分析法,应用研究主要针对不透水面演变分析、与城市生态问题的探究。通过归纳国内外学者的研究成果得出,不透水面的扩张会导致城市地表温度的上升,同时与其他一些生态问题存在一定的相关性。     

多时相Landsat影像的平原河网区不透水面信息提取方法与应用

不透水面是衡量城市生态环境的重要指标,针对平原河网区不透水面与水体、裸土等地物较难区分的问题,以苏北里下河平原快速城镇化区为研究对象,利用多时相Landsat影像为数据源,基于像元光谱特征及其季节性变化分析,构建了基于时序NDWI、NDVI和NDBI的决策树模型,并利用GIS空间分析技术对不透水面的时空变化特征进行了分析。结果表明：多时相光谱信息可有效改善水体、裸土和稀疏植被等像元与不透水面的混分,2005年和2016年的不透水面分类总体精度和Kappa系数均在0.85以上,合理反映了不透水面以向东和向南扩张为主的趋势特征,年均扩张速度约为6.7 km²。研究成果为该区城镇化下的生态环境效应研究提供数据基础,同时可为其他平原河网区不透水面信息提供借鉴和参考。