论文总字数：14965字
目 录
1.绪论 5
1.1城市热岛的概念和内涵 5
1.2选题背景及意义 5
2.国内外研究方法进展 6
2.1利用气象观测数据研究城市热岛的传统观测方法 6
2.2利用遥感技术研究城市热岛的方法 6
3.研究区域和数据来源 7
3.1研究区域概况 7
3.2数据来源和预处理 7
3.2.1数据介绍 7
3.2.2 MODIS数据缺值填充 8
3.2.3 基于OLS夜间灯光数据的市区与郊区的提取 9
4.研究方法 9
4.1基于MODIS数据研究城市热岛的方法 9
4.2利用气象观测数据研究城市热岛的传统观测方法 10
4.3热岛强度划分 10
5.研究结果与分析 11
5.1 基于气象观测数据的热岛效应时空分析 11
5.2 城市热岛效应的季节变化分析 12
5.3城市热岛效应的隔年分析 13
5.4强热岛与GDP的相关分析 15
6.总结 17
参考文献 18
致谢 20
长三角地区城市热岛效应的时空分析
朱子丰
，China
abstract :Presentation of urban heat island and greenhouse gas emissions is one of the most important influence on the environment of urbanization, analysis of urban heat island distribution and spatial change, and the research results can provide reference basis for urban planning. This paper, by using 2003, 2005, 2005, 2009, 2011, 2013, China synthetic MODIS land surface temperature data platform and the Yangtze river delta region, combining with the night lights of suburban partition is obtained by neighborhood analysis, through traditional observation method and the research method based on remote sensing technology was carried out on the Yangtze river delta region, season and heat island effect space and time and the city GDP ranking points. The results show that the winter heat island effect is the least obvious in the four seasons, and the summer is most obvious. The temperature change in Shanghai is not big, the average temperature of 2013 is the highest, and the urban temperature is much higher than that of the suburbs. The heat island effect of jiangsu province and zhejiang province gradually increased, and the heat island effect increased with the increase of urban GDP ranking. In the 11 years, the temperature of all regions increased, and the increase of jiangsu province was more obvious. Besides, there was an increase in the area of zhejiang province except large areas of lakes and vegetation.
Key words: Urban Heat Island; spatial analysis; Yangtze River Delta; MODIS; DMSP/ OLS Night-time Satellite Data
1.绪论
1.1城市热岛的概念和内涵
城市热岛是气温偏高和郊区低空的现象。在温度空间分布中，城市就像一个温暖的岛屿[1]。在十九世纪初，英国化学家莱克霍华德首次发现，伦敦市区和郊区的温度在同一时间对比观察后，城市的温度高于四周的郊区[2]。自那时以来，100多个国度的学者在不同纬度和不同类型的城市中研究了大量的城市和郊区温度数据，也发现了类似的现象[3]。根据他对北美洲和加拿大城市热岛的观察，总结了城市热岛的温度分布，如图1所示[4]。
城市与非城市环境有着截然不同的环境状况，其本身就是一种特殊的生态系统。热扩散的效率直接受城市几何构成的影响，由于不同类型的建筑物在城市中高度集中，使其大大下降，并间接影响城市的局部小气候。城市下垫面的性质于非城市区域并不相同同。主要由混凝土、石材、预制板、屋面、墙体等组成。其热容很高，导热系数比土壤或湿土高出几倍，接收大量的太阳辐射并积累能量。在服装、食品、生活、交通和工业生产过程中，大量的油、煤、电等能源在生产过程中被消耗，从而产出人体加工加热大气的热量，并产生大量的热量。对周围环境的影响。这些要素不只使城市物体向外发射的热辐射能量和城市周围地区发出的热辐射能量均相异，而且在城市中也不同。
图 1 城市热岛剖面示意图
1.2选题背景及意义
城市热岛的呈现和温室气体的排放是城市化对环境最重要的影响之一，因而将来会持续影响城市气候。研究表明，城市热岛现象将随着乡村人口向城市的进一步集中和城市的不断外延而变得越来越严重。由于城市热岛会招致生活环境的恶化，带来巨大经济损失，加剧的高温灾害的发生，已被列为城市公害。由此，目前，它已严重影响到城市的可持续发展。热岛对居民的生活以及工作造成极大影响，尤其是夏天经常出现超过 35℃的极高温天气。2000 年以来，长三角地区迅速城市化，高温日数和城乡温差由于全球气候变化的影响和城市化过程中造成的城市环境变化而越发增多。由于热岛强度的增强造成的暴雨越来越强烈，极端天气增加，使得长三角地区面临抗灾减灾等负面影响。剖析得出的城市热岛的分布特征以及空间变化，及其研究结果可以为城市规划提供参考依据。
2.国内外研究方法进展
关于城市热岛效应研究的研究方法可分为两大类：利用气象观测数据研究城市热岛的传统观测方法和利用遥感技术研究城市热岛的方法。
2.1利用气象观测数据研究城市热岛的传统观测方法
通过对比分析城市与周围乡村地区气象站获得的历年气象数据来分析热岛效应的方法，即为气象观测数据研究城市热岛的传统观测方法。这种方法主要在早期的热岛研究中运用较多。最早是由霍华德通过此方法观察到伦敦的平均气温比郊区的高1.1℃[2]。Duck worth和 Sandberg[5]能够发现风速是影响城市热岛的最主要因素，便是通过此方法，城市热岛强度随城市规模增大而上升[6]。焦盾继[7]发现上海市的年平均气温和月平均气温的最高区域是城市中心区的热岛中心。宋艳玲和张尚银[8]分析近40年来北京市的气候资料，发现了城市和城市的温度差异。张光志[9]等人研究发现，北京市区和郊区的热岛效应在20世纪80年代开始出现显著增强，钱妙芬[10]等对成都气温场统计特征的研究表明，热岛强度在春季最强，秋季最弱，城市和郊区的温差和远郊的温差在 1.0～1.9℃之间。李子华[11]认为重庆的城市热岛是由湿岛伴生的。
然而这种方法的缺点很大，由于气象站点个数有限，无法分析城市热岛的空间特征，但其优点也很明显， 即在气象观测点上可以获得连续的气象观测资料，可以掌握观测点热岛在时间上的变化规律。
2.2利用遥感技术研究城市热岛的方法
效时性好、空间覆盖面广的通过遥感手段获取的观测资料的方法已被许多学者利用进行开展有关城市热岛的研究工作。RAO[12]他利用 I TOS-1热红外数据（10.2～12.5 m）首次进行了热红外遥感技术研究城市热岛效应。Carlson[13]利用 AVHRR热红外对洛杉矶地区地表温度分布资料进行了研究。Price[14]研究美国西北部城市热岛效应的范围和强度用得是 HCMM（HeatCapacityMappingMission ） 数据。欧文[15]的土地覆盖指数（Land Covrrune x）概念是通过植被覆盖度和地表水和气体效率（SMA）的研究得来。周树贞[16]等通过TM数据研究发现，远郊比上海城区温度低5℃。进一步的研究表明，城市和上海郊区的差异增加是由于上海的城市扩张，尤其是年平均最低气温，从20世纪50年代后期的0.2～0.3℃上升到 1983 -1984年的0. 9～1℃[17]。早期，未经大气辐射校正和地表比辐射率校正的热红外数据，可以得到能反映地表热环境的分布模式地表辐射亮温，其能较好地反映城市热岛的强度和分布模式，仅需通过对比城市和乡村的辐射亮温。最近，Sobrino利用TM5热红外波段数据，结合无线电探空气象数据及地表比辐射率数据，比较准确地反演地表温度，均方误差(RMSD)只有 0.6K。目前利用遥感技术研究城市热岛的方法可分为3种：基于“热力景观”的监测方法、基于植被指数的监测方法、基于温度的监测方法。
3.研究区域和数据来源
3.1研究区域概况
长江三角洲（简称长三角）地区位于中国东部沿海，处于海岸线的中部地区，拥有密集立体交通网络和现代化港口区。长三角地区的区域范围在2010年经过了一次调整。根2010年5月国务院批准实施的《长江三角洲地区区域规划》，长江三角洲涵盖上海、江苏、浙江共25个城市。如图2所示：
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