地表参数遥感定量反演及其在城市热环境研究中的应用

论文摘要

地表温度、植被覆盖度、地表反照率等地表生物物理参数,是全球物质能量循环、气候变化、能量平衡的重要影响因素,是目前遥感定量化研究的热点之一。伴随我国经济及城市化进程的快速发展,城市热岛效应日益严重,城市热岛效应与下垫面参数密切相关,是城市热岛研究的重点和难点。由于问题本身的复杂性,无论地表参数的反演,还是地表参数与城市热岛效应的关系研究仍然存在亟待克服的困难。因此,在前人研究基础上,改进原有算法或发展新的算法定量提取地表参数,以及利用不同数据源从多个角度深入分析地表参数在城市热环境研究中的应用显得非常必要。研究选取福州市为研究区,以2004年ASTER为数据源,采用ASTER-TES算法,用IDL语言编程实现地表真实温度的反演。在对地表比辐射率估算方法改进基础上,结合单窗算法,利用1989年TM数据反演了地表温度,开展了城市热岛的时空对比研究。在对线性光谱模型的地形响应研究基础上,采用该模型结合C地形校正提取了植被覆盖度与城市不透水面密度,同时利用反射率数据提取了研究区NDVI。利用上述获取的地表参数,从多个角度定量分析了地表温度与其他地表参数（植被覆盖度、不透水面密度、NDVI）的关系,结果显示,地表温度与其他参数的关系利用简单的线性模型表示并不合适,相对而言,利用区域统计计算的平均温度可以取得较好效果。研究从多个角度对亮温与地表温度进行了对比,同时对城市热岛界定方法进行了对比和优选,研究表明,亮温与地表温度在数量结构、刻画地物温度变异程度及表征城市热岛尺度效应等方面均存在差异;在城市热岛界定上,与等间距法相比,均值-标准差法可以较合理地刻画地表热场的分布,而且均值-标准差法以平均温度和标准差倍数的关系为切入点,以地物温度对平均温度的变异程度为划分的依据,一定程度上可以避开不同时相的差异。最后采用历史对比法,综合景观分析、空间统计学分析等方法揭示城市热岛的时空演变规律,结果显示,1989-2004年间福州市城市热岛面积、热岛强度都有所增加,城市热岛总体趋势为西北-东南走向,并逐渐向北-南方向偏移,而且城市热岛重心向东南方向偏移。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 中文文摘
• 第1章 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 国内外相关研究进展
• 1.2.1 地表温度反演研究进展
• 1.2.2 植被覆盖度遥感研究进展
• 1.2.3 城市热岛遥感研究进展
• 1.3 研究区概况
• 1.4 研究内容、方法与技术路线
• 第2章 数据源与数据处理
• 2.1 数据源
• 2.1.1 遥感数据
• 2.1.2 地形数据
• 2.1.3 其他辅助数据
• 2.2 影像辐射校正与几何校正
• 2.2.1 辐射校正
• 2.2.2 几何校正
• 2.3 影像镶嵌与切割
• 2.4 影像分类
• 2.4.1 影像标准化与增强
• 2.4.2 波谱统计与波段选择
• 2.4.3 影像目视解译
• 第3章 地表参数遥感定量反演
• 3.1 地表温度反演
• 3.1.1 基于ASTER的温度反演
• 3.1.2 基于TM的地表温度反演
• 3.2 植被覆盖度反演
• 3.2.1 线性光谱分离模型
• 3.2.2 线性光谱分离模型地形响应与实例验证
• 3.2.3 基于C校正的植被覆盖度反演
• 3.3 城市不透水面密度提取
• 3.4 NDVI提取
• 第4章 地表温度与其他地表参数定量关系分析
• 4.1 不同土地利用类型上温度与三个地表参数关系
• 4.2 平均温度的界定与计算
• 4.3 地表温度、平均温度与三个参数关系对比
• 4.3.1 地表温度与各参数相关关系
• 4.3.2 平均温度与各参数相关关系
• 4.3.3 地表温度、平均温度与各参数关系对比分析
• 第5章 城市热岛时空演变规律研究
• 5.1 城市热岛界定方法对比与优选
• 5.1.1 等间距分级法（Equal Interval Method）
• 5.1.2 均值-标准差法（Mean-Standard variance Method）
• 5.1.3 指标选取与计算
• 5.1.4 结果对比分析
• 5.2 亮温与真实温度表征城市热岛的差异分析
• 5.2.1 亮温与地表真实温度数量差异
• 5.2.2 亮温与真实温度表征的UHI尺度效应差异
• 5.3 城市热岛时空演变分析
• 5.3.1 城市热岛空间结构分析
• 5.3.2 城市热岛时空演变景观分析
• 5.3.3 基于地统计的城市热岛时空演变模拟
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究特色与创新
• 6.3 研究不足与展望
• 参考文献
• 致谢