应用Landsat-8数据分析山地地表温度格局及影响要素

地表温度是研究陆地表面与大气之间相互作用的重要参数,分析山地地表温度格局及作用机理,对了解山地生态系统的时空分布特征,准确刻画山地地表水热环境具有重要意义.以云南滇中地区为研究区,应用Landsat-8数据、多窗口区域匹配算法(IMW),结合近地表常规气象站及微气象台站同步观测数据进行地表温度反演,分析地表温度空间格局及其与地理环境和人居环境因子的定量关系,构建了山地地表温度多因子作用模型.结果 表明:遥感影像与地面同步观测数据相结合反演的地表温度场平均绝对误差为2.01℃、平均相对误差为2.35％、均方根误差为5.09℃,反演结果优于MODIS地表温度产品.地表的温度场空间格局与地理环境及人居环境密切相关,归一化植被指数、地形起伏度、海拔、坡度、水域影响与地表温度场成负相关,而居民区与地表温度成正相关关系;从相关性大小看,山地温度受归一化植被指数影响最大,其次是地形起伏度、海拔、坡度、水体、居民区,坡向影响最小,说明提高植被覆盖具有地表降温的重要作用,城市人居环境具有地表增温效应.因此,构建山地温度时空模拟模型,应充分考虑地理环境微格局与人居环境影响.     

1982～2000年青藏高原地表反照率时空变化特征

[目的]研究青藏高原地表反照率的时空分布和变化特征。[方法]通过对NOAA/AVHRR数据反演的青藏高原地区地表反照率的不同算法进行验证,确认由Stroeve给出的反演结果最接近于观测值。基于Stroeve的反演算法,利用1982～2000年的NOAA/AVHRR数据,反演得到1982～2000年青藏高原地区地表反照率的空间分布。[结果]青藏高原地区年均地表反照率的分布与高原自然地理带的分布特征大致吻合;高原区域年均地表反照率呈缓慢下降趋势,不同地区的变化趋势有所不同;高原地区月均地表反照率有明显的地带性,且随时间的变化比较明显。[结论]该研究有助于改进气候模式中地面反射率的参数化方案,揭示局地和区域气候变化的内在机制,提高中长期气候预报的水平。     

济南市城市植被与城市热环境的变化研究

城市化进程带来了城市热环境的恶化,植被作为城市生态环境的重要组成部分,对城市热环境的影响和调节具有重要作用。利用济南市TM/ETM+图像,通过反演地表温度(LST)和植被指数(NDVI),研究济南市的热环境和植被之间关系,以及城市热环境和NDVI的时空变化规律,得出了LST和NDVI是负相关关系;城市热岛范围逐渐扩大,尤其是向东和向南方向,且与济南市城市发展的时空方向一致;与2001年相比,2009年城市内部温度变化曲线趋于缓和,但不同地表类型之间的温度差值扩大;NDVI的变化特征与LST相反。     

广佛同城化核心区热环境效应与动态变化

[目的]探讨政府同城化政策引导下,广佛同城化核心区域热环境变化的特征。[方法]以广州和佛山两市的同城化为背景,基于2000、2005、2009和2014年的Landsat TM/ETM+/OLI影像数据,运用辐射传导方程法反演了广佛同城化核心区的地表温度来表征城市热环境,并通过热场强度指数对地表温度进行标准化处理来观察其动态变化特征。[结果]广佛同城化核心区自21世纪以来热岛范围明显缩减,热岛中心从广州向佛山转移,低温和常温范围逐渐扩大;广州和佛山地温差异明显,近15 a来佛山的次高温区面积占优、广州的"低温谷"扩大显示出广佛处于城市发展的不同阶段。[结论]研究结果为广佛同城化核心区域一体化发展的策略制定提供了参考。     

2019-3ml目录

目的地表温度是区域与全球尺度地表过程分析与模拟的重要参数,在地表与大气能量交换的过程中扮演着重要的角色。本文使用3种算法对北京地区Landsat-8影像进行地表温度反演,并使用MODIS 地表温度产品对反演结果进行交叉验证,评估Landsat-8用于地表温度反演的精度与适用性,为后续使用Landsat-8反演地表温度的研究提供参考。方法对反演地表温度所需的3个重要参数（大气平均作用温度、地表比辐射率、水汽含量）进行获取,得到3个算法的反演结果后,对各个算法的结果进行敏感性和差值分析,并将结果与同期MOD11A1地表温度产品进行对比分析。主要分析手段包括北京市不同行政区之间算法结果与温度产品的平均温度结果比较、不同地类之间算法结果与温度产品的平均温度结果比较,以及选取尺度效应较低、温度随时间变化较小的密云水库中心区域比较两者的温差。结果3个算法的反演结果总体平均温差不超过1 K,其中Cristóbal等提出的改进后单通道算法与其他两个算法的温差最小,Wang等提出的改进后单窗算法与其他两个算法的温差最大。Landsat-8地表温度反演结果普遍高于MODIS温度产品。通过选取密云水库中心区域对本研究反演结果和温度产品进行对比可以得出,3种算法结果与MODIS温度产品的总平均差值为1.373 K。结论反演结果总体上具有较理想的反演精度。Jiménez-Mu?oz提出的劈窗算法具有最好的敏感性分析结果,且与MODIS温度产品的结果最接近。Landsat-8反演结果与MODIS温度产品在总体地温分布规律上保持一致,但Landsat-8因具有更高的分辨率而能更好地分辨小地块不同地类的地温差异,在精确反演地表温度领域拥有更大的优势。      

基于单窗算法的汉中市近20年城市热岛效应时空特征

以1994年、2000年、2004年、2009年和2015年5期Landsat TM遥感影像为主要数据,采用单窗算法反演汉中市地表温度,并对地表温度进行归一化处理得到汉中市热岛强度分级图,分析汉中市近20 a热岛效应时空变化特征及其与土地利用类型、植被覆盖度之间的关系。结果表明:1）近20 a汉中市城市热岛效应随时间变化呈“先升后降”的变化趋势,1994-2004年为热岛效应的加速期,2004-2015年为减缓期。2）不同热岛强度的空间分布特征差异明显。1994-2005年强绿岛区和绿岛区主要分布在汉中市北部的山林地区;强热岛区和热岛区主要分布在西南部的中心城区。3）不同热岛强度对应的不同土地利用类型存在差异。强绿岛区和绿岛区主要分布在汉中市北部山区的林地和耕地。正常区主要集中在汉中市近郊的农用地与草地,同时也包含市区周边的零散村镇居民地。热岛区和强热岛区主要分布在中心城区的建筑用地。4）植被覆盖度与城市地表温度呈显著负相关关系,植被覆盖度每增加10%,地表温度平均下降约1.1℃。可见,增加城市植被覆盖度,合理利用城市裸地和布局城市建筑用地,可以缓解城市热岛效应。     

潍坊市地表温度变化及影响因子分析

揭示潍坊市地表温度变化规律及特征。采用Microsoft Excel 2013和DPS7.05软件,利用气候统计分析方法,将潍坊市1971~2015年逐月的地面0 cm温度及气温、降水、日照、相对湿度、云量和风速等相关气象要素为研究对象,建立年代际、年、季的数据序列进行相关分析研究。表明:(1)潍坊市地表平均温度和地表平均最低温度的年序列呈现上升趋势,地表平均最低温度增温达极显著水平;地表平均最高温度显著下降,倾向率为-0.37℃/10 a;地表平均温度、最高温度和最低温度年代变化均呈现"升—降—升"的趋势,21世纪10年代变化最为显著,对地表温度的增温贡献最大。(2)地表温度月变化均呈现单峰式曲线。(3)地表平均温度的年、季变化均未发生突变;地表平均最高温度的年、春季变化在1990年附近发生突变;地表平均最低温度近45年出现一次明显突变;地表温度变化存在明显的周期性。(4)地表平均温度和地表平均最低温度与气温正相关最为显著,降水量对地表平均温度和地表平均最高温度显著负相关。     

基于Landsat-8 OLI/TIRS影像的长沙市城市热环境效应研究

基于长沙市2016年7月23日的Landsat8 OLI/TIRS数据,利用覃志豪单窗算法反演地表温度,分析了长沙市城市热环境空间分布特征以及主要地表生态环境参数与城市热环境效应的关系。结果表明,(1)长沙市主城区地表温度均较高,高温区域主要分布在建筑用地密集、功能单一以及周边植被覆盖少的地区;(2)长沙市热岛区范围与城市建成区范围基本一致,构成热岛区面积较大的特高温区和高温区主要分布在中心城区和长沙县,城市热岛比例指数达0.712,反映出城市热环境形势较为严峻;(3)建筑用地对地表起着升温的作用,植被则相反,且前者升温效果明显强于后者的降温效果。长沙市在未来的城市规划中应在控制建筑用地扩张的同时增加植被覆盖,这样才能有效缓解城市热岛效应。     

基于空间自相关的城市热岛时空格局变化

[目的]明确空间自相关分析方法运用于揭示城市热岛时空变化规律的有效性和可行性。[方法]利用Landsat热红外波段进行地表温度反演,采用空间自相关局部指标G系数进行城市热岛范围的界定,并进行1996—2016年福州城市热岛的时空格局研究。[结果]1996—2016年城市热岛范围持续扩展,热岛状况的恶化速度大于缓解速度,热岛问题日益严重,但在热岛内部,强度却有所缓解,福州热岛效应的威胁主要来源于城市扩展形成的新热岛区。[结论]空间自相关局部指标G系数能同时兼顾地表温度的高低及其空间相关关系,不仅能从统计学意义上有效地界定城市热岛范围,还能从可视化角度揭示其时空变化规律,从而为城市热岛定量研究提供新思路。     

吉林省地表温度时空变化及影响因素研究

为了掌握吉林省地表温度的时空变化规律及其影响因素,利用吉林省46个气象站的气象数据,采用气候统计和诊断方法,分析了1961—2015年吉林省地表温度的时空变化及其影响因素。结果表明：1961—2015年吉林省地表温度平均值空间分布呈由西向东逐渐降低的趋势,气候倾向率由西向东先升高后降低。地表温度高的站点升温幅度小于地表温度低的站点。地表温度多年平均值的季节排序为夏季＞春季＞秋季＞冬季。地表温度在1月最低,7月最高。1961—2015年吉林省地表温度以0.70℃/10 a的气候倾向率显著上升,春季、夏季、秋季和冬季气候倾向率分别为0.44、0.36、0.51、1.50℃/10 a。冬季和年平均地表温度分别在2001年和1993年发生突变。地表温度绝大多数异常气候年份为异常偏暖年,多在2010年之后。未来季节和年地表温度均呈上升趋势。海拔是影响地表温度的主要地理因子,气温是主要的气候因子。夏季降水量对地表温度为负效应,冬季降水量以正效应为主。     

内蒙古必鲁台地区沙漠化时空变化

[目的]了解内蒙古必鲁台地区土地荒漠化现状及其变化趋势。[方法]基于Landsat-5TM、Landsat-7ETM+及Landsat-8OLI遥感影像,利用决策树分类方法,对必鲁台地区地物信息进行分层提取,研究1985—2015年该地区沙漠化发展动态。[结果]1985年必鲁台地区荒漠化面积1 331.57 km~2,其中重度沙漠化面积300.44 km~2,占22.56%。2015年该地区荒漠化面积1 731.50 km~2,其中重度沙漠化面积398.09 km~2,占22.99%。[结论]1985—2015年必鲁台地区沙漠化总面积呈增加趋势,重度沙漠化面积也在增长,说明研究区沙漠化呈发展趋势。     

山东寿光日光温室在宁夏五个地区冬季的温度变化

[目的]研究引进的山东寿光型日光温室在宁夏不同地区环境中的表现。[方法]采用温湿度自动记录仪全天侯测定在宁夏5个地区温室内外的温度变化。[结果](1)冬季温室内日最低温度出现在7:00～9:00之间,日最高温度在14:00左右,晴阴天温度有明显日变化。寿光日光温室在冬季-20℃以下的外界温度下,除红寺堡温室内出现短期的0℃以下低温外,其余温度都在0℃以上,1月夜间平均温度都在3.7～13.3℃以上;(2)结构一致的寿光型日光温室,在引黄灌区的贺兰、吴忠、中卫温度表现无明显差异;在中部干旱带的红寺堡,由于冬季大风日数较多,冷风渗透致使室内温度偏低;处在南部山区的彭阳,虽外界气温较低,但由于四面环山,风小,保温效果最好。[结论]寿光型日光温室在宁夏正常年份的冬季不需人工增温,具有植物生长环境稳定,抗御灾害性天气能力强等优点,使用该设施使农业生产取得了较高的经济效益。     

乌鲁木齐市土地利用变化及其驱动力分析

[目的]了解西北干旱地区LUCC的时空变化特征及驱动力机制。[方法]选取乌鲁木齐市2005、2010、2015年3期遥感影像及统计年鉴数据,基于RS、GIS软件提取土地利用类型的信息,运用数理统计的方法,从土地利用变化幅度、土地利用类型转移矩阵和单一土地动态度变化分析土地利用类型变化的过程,建立经济社会驱动力因素与土地利用类型变化相关关系矩阵。[结果]耕地和建设用地的面积明显增加,而未利用地和水域在减少,天然植被基本保持不变;影响乌鲁木齐市土地利用覆被变化的社会经济驱动因素主要为经济发展。[结论]乌鲁木齐市土地利用的发展应加强土地保护的措施、优化土地利用布局。     

全球气候变化下陕北黄土地貌的环境演变

[目的]研究全球气候变化下陕北黄土地貌的环境演变。[方法]选取陕北榆林区1952-2009年的年、月气温和降水量等气象资料,运用线性回归、M-K检验法对全球气候变化下陕北黄土地貌的环境演变进行研究。[结果]1952-2009年榆林区气温呈上升趋势,平均以0.287℃/10a的速度上升,1994年为气温的突变年份;降水量呈下降趋势,平均以8.262 mm/10a的速率减少,且降水量在20世纪60年代波动性很大,70、80和90年代波动较平稳,21世纪以来有明显变干趋势。陕北气候正在变暖干,极端旱涝事件尤其是干旱发生的频率越来越高,对脆弱生态环境的危害更加严重,气候的＂暖干化＂使陕北的环境条件更加恶劣,温度升高,干旱程度加重;降水量的减少使风沙活动更加剧烈,沙尘暴的频率增加,土地进一步沙化,黄土沟壑区水土流失严重,可能使陕北土地退化。[结论]该研究为该区的生态环境建设提供理论依据。     

聊城市高温闷热天气气候特征分析

[目的]分析聊城市高温和闷热天气的气候特征。[方法]利用1961~2006年聊城市5~9月的逐日最高气温、平均气温和平均相对湿度资料,对聊城市高温和闷热天气的分布特征和气候特点进行统计分析。[结果]聊城市日最高温度在35℃以上的高温日数在46年中有2个高峰区,分别在1965~1968年和2002年;闷热天气出现最多的年份为1994年。聊城市高温天气主要出现在67、月,占高温总日数的86%;闷热天气主要出现在7、8月,占闷热天气总数的96%。聊城市连续3 d最高温度35℃以上的高温天气出现的次数为52次,连续3 d闷热天气出现的次数为64次。[结论]聊城市高温和闷热天气的出现时间、温度和湿度都有明显的差异。     

葡萄越冬期间积雪厚度与地温变化的研究

[目的]为葡萄的安全越冬提供参考。[方法]运用MicroLite-U盘型温度记录仪和直尺记录空气温度、地温和积雪厚度,研究不同覆盖方式和不同的积雪厚度下地温的变化规律。[结果]葡萄在不同覆盖条件下地温变化均呈先降低后升高的曲线。在正常情况下,埋土越冬期间地表极端最冷温度稍微低于覆被,两者相差0.45℃左右;而在4月份温度上升时覆被温度明显高于埋土,两者相差4.56℃左右。在该试验条件下,10 cm的积雪厚度可增加地表温度4～6℃。[结论]葡萄越冬期间埋土与覆被相比,地温变化的总体趋势是一致的,而覆被地温比较稳定,温度明显高于埋土。另外,积雪厚度的增加明显延缓了地温的降低,保护了葡萄根系不受冻害。     

乌鲁木齐市土壤中铜的污染现状研究

[目的]研究乌鲁木齐市土壤中Cu的污染现状。[方法]采取Tessier连续提取法,对乌鲁木齐市6种不同功能区表层土壤中Cu的含量及其化学形态分布进行了研究。[结果]不同功能区中,不同形态的Cu分布有较大的差异。其中,工业区、交通密集区和商业区的土壤中活性态重金属所占比例较高,居民区、风景区和文教区的土壤中的重金属以残渣态为主。[结论]乌鲁木齐市各功能区土壤中存在不同程度的Cu污染。     

西安市热岛效应的反演研究

[目的]对西安市热岛效应进行反演。[方法]利用不同时相美国Landsat-7的ETM+和TM卫星数据,分析了不同时相西安市城市热岛效应的空间分布特征及变化趋势,并提出适合西安市的热岛效应防治措施。[结果]西安城市热岛现象十分明显,城区的地面温度明显高于周边郊区的温度,形成岛屿状的高温区域,界线清晰可辨。随着城市的扩建,西安市城市热岛效应范围也逐渐增大,主要表现为南北向的扩大。另外蓝田区的热岛效应越来越突出,应引起重视。建议通过提高城市绿化、合理规划城市建筑、减少人为热的排放量、预防和治理大气污染等措施,有效防治西安市热岛效应。[结论]该研究为西安市热岛效应的防治和生态环境的改善提供了理论依据。