《城市下墊面熱輻射方向性的多尺度幾何模型》是依託北京師範大學，由陳雲浩擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：城市下墊面熱輻射方向性的多尺度幾何模型
- 依託單位：北京師範大學
- 項目負責人：陳雲浩
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
熱紅外遙感數據極大地彌補了傳統氣象對地表溫度觀測的不足，成為研究城市熱環境時空格局的重要手段。適時開展城市下墊面熱輻射方向性的遙感研究，無疑是開啟城市熱環境定量研究的關鍵步驟。針對近景-像元-景觀等不同研究對象，闡明組分溫度、方向溫度及表面溫度的內在轉換機制，形成一套涵蓋近景-像元-景觀尺度的城市熱輻射方向性多尺度空間幾何模型，旨在揭示熱輻射方向性的基本規律。研究內容包括：（1）在近景尺度上，著眼於組分溫度，模擬近景單元的溫度分布，在特定觀測條件下推演近景單元的熱輻射方向性；（2）在像元尺度上，著眼於方向溫度，研究城市下墊面結構的幾何化參數化簡化、下墊面熱輻射驅動核模型以及方向溫度的校正；（3）在遙感景觀度上，著眼於表面溫度，構建城市熱環境的空間軌跡模型，分析熱環境景觀格局時空演變特徵。本課題有望改進和完善城市下墊面熱輻射方向性幾何模型，為城市熱環境遙感研究的深入提供理論基礎。
結題摘要
熱紅外遙感極大地彌補了傳統氣象對地表溫度觀測的不足，成為研究熱環境時空格局的重要手段。由城市三維結構和溫度異質性導致的城市熱輻射方向性問題，使得遙感地表溫度尚無法全面、客觀與定量反映城市地表溫度場特徵。本項目完成的主要研究工作包括：（1）在建築群尺度，結合城市幾何結構和地表溫度參數，基於簡單幾何的方法計算建築場景組分比例，構建適用於稀疏建築場景熱輻射方向性模擬的幾何模型GUTA-sparse。該模型適用於建築高-街道寬的比值h/w < 1.0的建築場景。將導致城市熱輻射方向性的因素分解為牆體和陰影地面的貢獻，並量化貢獻度在半球空間上的分布，解決了以往參數化模型沒有考慮城市地表特有屬性的不足。（2）在建築群尺度，構建適用於中等密集程度建築場景的熱輻射方向性模擬幾何模型GUTA-dense。考慮觀測和光照方向上建築之間的互相遮蔽，假設建築位置和朝向隨機分布，基於機率幾何模型Boolean計算建築場景組分比例。該模型適用於h/w＜2.0及h/w = 2.0-4.0且屋頂占水平面比值λp＜0.3的建築場景。（3）在建築群尺度，構建模擬密集建築場景觀測天頂角較大情況下熱輻射方向性的幾何模型GUTA-dense。模型對觀測天頂角較大情況下感測器視場中牆體比例的變化；與此同時，太陽天頂角較大情況下感測器視場中陰影地面比例的變化進行限制。該模型適用於三維建築高-街道寬比值[h/w]3D > 2.0且觀測天頂角大於50°的情況。[h/w]3D 越大，所適用的觀測天頂角範圍越大。（4）考慮建築尺度表面溫度隨時間變化規律，對幾何模型中的組分溫差項進行參數化，構建既顧及地表溫度隨時間變化，又考慮遙感地表溫度方向性的城市熱輻射方向性幾何模型，為不同時間方向溫度觀測角度歸一化提供方案。本項目構建了適用於不同密集程度建築場景的熱輻射方向性幾何模型框架，為城市地表遙感方向溫度角度校正，獲取建築場景溫度分布全貌提供理論基礎，促進城市熱紅外遙感研究走向深入。
