天空開闊度對城市熱島效應的影響研究

《天空開闊度對城市熱島效應的影響研究》是依託昆明理工大學，由楊曉峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：天空開闊度對城市熱島效應的影響研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊曉峰
• 依託單位：昆明理工大學

項目摘要

全球城市化正發生著從西向東的轉變，未來中國人口將大幅度向城市集中，城市中原來以植被為主的自然景觀逐漸被眾多的人工建築物所替代，改變了城市下墊面的狀況，伴隨著能源消耗及污染物的大量排放，城市熱島效應對城市環境造成較大影響。本研究以廣州市為例，研究基於遙感、GIS技術下城市天空開闊度對城市熱島的影響。研究方法為利用高分辨遙感影像及立體像對反演地表三維景觀格局，進而利用GIS技術，計算城市天空開闊度，結合遙感影像熱紅外波段反演的地表溫度場、地面自動氣象站觀測資料、城市上空溫、濕廓線等資料，研究城市天空開闊度對城市熱島效應的貢獻。研究方法可以推廣到其他大中城市。研究城市三維空間格局對城市熱島的影響一方面可以得到城市熱島效應成因、時空變化規律，另一方面可為城市格局分布、城市規劃、城市熱島效應控制和緩解提供科學決策依據。

結題摘要

城市熱島效應是城市生態環境中與熱有關並且影響人類生存和發展的各種外部因素組成的一個物理條件的總和。相比遙感影像像元尺度來講，城市地面自動氣象站觀測網點還較稀，部分天空開闊度數據難以找到相對應的實際氣溫進行對比研究。因此研究中採用MODIS遙感影像反演地表溫度代替地面實測溫度。MODIS影像反演地表溫度中最重要最難的環節是精度檢驗，由於準確、同步、同時、同尺度的地表溫度無法獲取。研究中蒐集了廣州市的MODIS遙感影像和同時相的廣州市地面自動氣象站的溫度資料，傳統單窗、劈窗和晝夜溫差等算法溫度反演的結果與自動氣象站溫度資料相比誤差較大。研究中通過多時相溫度反演數據和自動氣象站溫度資料進行統計分析，對原算法係數進行修訂，較大地提高了反演溫度的精度。研究中開展了用高分辨遙感影像反演城市地表三維景觀，在此基礎上進行了天空開闊度的計算研究工作。首先對高解析度影像中建築物輪廓用Canny邊緣檢測運算元進行計算機自動提取，並進行了矢量化；然後從影像中提取出建築物陰影，利用建築物陰影和太陽、衛星幾何參數，反演出地面建築物的實際高度，將這些高度數據和矢量化後的地面三維數據相結合，生成城市地面三維景觀；最後結合地面自動氣象站觀測站點地理位置，在三維幾何空間上用數學積分方式計算出觀測站點的天空開闊度。用觀測站點的天空開闊度與溫度資料做相關性統計分析，得出天空開闊度與溫度存在顯著的負相關。通過研究也發現，天空開闊度只是影響城市熱島的一方面參數，城市建築物形狀、格局、材質、外表屬性、能耗等都是影響城市熱島的重要因素。