城市地表温度空间降尺度研究—以北京市为例

地表温度LST（Land Surface Temperature）是城市热环境研究的重要参数之一，城市下垫面极为复杂，LST空间差异性较高。高空间分辨率LST对精细化城市热环境监测和缓解具有重要意义。目前大部分城市遥感LST降尺度研究仍以二维角度为主，缺乏建筑三维结构的考虑。本研究同时考虑地表二维和三维指标，构建基于随机森林方法的降尺度模型，开展MODIS 1 km LST降尺度研究（100 m），并探讨二维和三维建筑形态对LST影响的空间尺度效应。另外，为了弥补随机森林模型缺乏物理基础的不足，参考热辐射传输方程，将方程中传感器接收的辐亮度和与大气透过率相关的大气可降水量，加入降尺度模型构建中。为了更好利用真实观测的MODIS 1 km LST验证降尺度结果，故将MODIS LST和所有指标因子升尺度至5 km，开展5 km LST降尺度至1 km研究，进一步研究探讨大气顶层辐亮度和大气可降水量对LST降尺度的影响。研究结果表明：（1）随机森林模型中增加辐亮度和大气可降水量前后，通过将5 km LST降尺度后1 km LST与原始MODIS 1 km LST相比，RMSE和R²分别由3.1 K和0.5提高至0.38 K和0.94。（2）当随机森林模型中增加建筑形态指标后，模型的袋外分数OOB_score由0.46提高至0.49，模拟的100 m LST与ASTER LST产品比较，R²有所降低，可能的原因是ASTER 和MODIS LST的反演方法和传感器不同，造成两者在100 m尺度下的对比性差一些。但是当驱动因子中增加MOD02和MOD05后，RMSE和R²由2.4 K和0.29提高至1.2 K和0.68，进一步说明MOD02和MOD05在1 km LST降至100 m过程中，起到至关重要作用。（3）在1 km和100 m尺度下，增加建筑形态后，模型OOB_score均有提高，并且建筑形态指标的重要性有所不同，在100 m尺度下独立建筑形态的影响程度有所增加。综上，MODIS LST在城市地区降尺度研究中需要考虑大气顶层辐亮度、大气可降水量和建筑形态的影响，并且不同的建筑形态对LST的重要性存在空间尺度效应。