热岛效应遥感解译与制图

城市热岛效应遥感解译与制图620908班李洋胡楠龚士峰刘欢孙亚军指导教师——潘军一选题依据•1st研究意义•城市热岛(UHI)是城市化气候效应的主要特征之一，是城市化对气候影响最典型表现[1]。通常将城市气温高于其周围乡村的现象称为城市热岛效应一选题依据•1st研究意义•城市热岛效应随着城市的发展而增强，全球有超过50％的人口居住在城市中，城市化水平还在不断提高，城市热岛效应还在不断增强，所以城市化是可能成为全球变暖的主要原因。一选题依据•1st研究意义•研究城市热岛效应的变化规律及其形成机制，对于区域气候的研究，对城市发展和规划及减缓城市热岛效应具有重要意义。一选题依据•2nd研究现状•城市热岛效应的研究可归结为对温度反演的研究•通过地面有限观测点的观测数据来推论分析区域地表温度的空间差异一选题依据•2nd研究现状•随着遥感技术的发展，快速获取区域空间信息成为可能，这也使热红外遥感及地表温度反演成为遥感研究的一个重要领域。由于精确测量地表温度具有一定的难度，陆面温度反演成为当前的研究热点之一，随之形成了许多实用的地表温度反演方法，比如劈窗算法、单窗算法以及多通道算法等二研究内容•运用遥感的相关方法直接进行地表真实温度的反演计算，目的是通过反演出地表温度揭示研究区地温的真实分布和变化特点，为更深入地研究城市热岛的本质和规律奠定基础。二研究内容1st.通过遥感TM6波段进行温度反演的方法研究目标——利用遥感TM6结合归一化植被指数（NDVI）获得辽宁省葫芦岛市图像上亮度和温度的关系主要问题——在利用温度反演前如何使用ENVI对图像进行大气校正二研究内容•2nd.葫芦岛地区的热岛效应的空间分异规律•研究目标——获得辽宁省葫芦岛市热岛效应的空间分异规律•主要问题——如何选取兴趣样本以及与MODIS数据进行对比三研究方法与技术路线•原理：黑体辐射定律•式中λ为中波长，T为黑体的温度，h为普朗克常数，c为光速，e为自然对数，k为波尔兹曼常数，以上数据除温度外均为已知值，故可以通过地物的辐射出射度来表达温度值，进而反应温度分布状态三研究方法与技术路线I=ε(T，λ)Ibb(T，λ)利用上述关系就可得到物体的辐射出射度λ为中波长一定值，可见T于ε呈线性关系三研究方法与技术路线•所需关系式•Ⅰ)TM-6亮度值V与地物辐亮度Rb的关系如下•三研究方法与技术路线•Ⅱ）黑体的分谱辐亮度与绝对温度有如下关系三研究方法与技术路线•Ⅲ）TM-6影像经过大气校正之后，其温度的强弱趋势不变，这样就可以定量显示城市郊区温度的对比，从而提供相对的热岛强度信息于是得到：三研究方法与技术路线•（一）遥感TM6进行温度的反演•1st——利用ENVI的FLAASH模块对图像进行大气校正•目的——气校正的目的是消除大气和光照等因素对地物反射的影响，获得地物反射率和辐射率、地表温度等真实物理模型参数三研究方法与技术路线•2nd——利用ENVI进行亮度—温度的转换模型•原理：由于LandsatTM-6(10.4~12.6微米)波段是热红外波段，对热异常敏感。可用于热岛研究中辨别地表温度差异。TM-6波段的图像突出的是地物热辐射特性，其特征表现为：地物温度越高，图上相应的色调越亮，而温度越低色调就越暗淡渐黑三研究方法与技术路线•3rd——建立NDVI模型•原理：根据绿色植被的光谱特征曲线显示：可见光波段在0.45微米和0.67微米有两个吸收带，在近红外波段（0.7~0.8）有一个反射峰值。NDVI是根据这两个峰谷设计的突出遥感影像植被特征的指数：•NDVI=TM4-TM3/TM4+TM3三研究方法与技术路线•3rd——建立NDVI模型•作用：归一化植被指数的作用在于通过对区域内NDVI指数的研究来对比出区域内热岛效应的分异规律，即在建筑密集地区，NDVI值较低，而地表温度较高，热岛效应较明显；而在农业用地，绿地等区域，NDVI值较高，地表温度较低，热岛效应不明显三研究方法与技术路线•对于整个研究城市与周边环境温度差异的流程图：•三研究方法与技术路线•（二）对于辽宁省葫芦岛市热岛效应的空间分异规律方法——回归分析法，即利用数理统计原理，对大量的统计数据进行数学处理，并确定各量之间的相关关系，建立一个相关性较好的回归方程，并加以外推三研究方法与技术路线•1st——选取样本•方法：根据以上实验得到的温度和NDVI,NDBI（归一化差异建筑指数）,NDMI（归一化差异湿度指数）的数据，在影像的不同NDVI,NDBI,NDMI处选取训练样本•公式：NDBI=TM5-TM4/TM5+TM4NDMI=TM4-TM7/TM4+TM7三研究方法与技术路线•2nd——作散点图•方法：根据地物类型做散点图，然后按照上一步骤的NDVI,NDBI,NDMI大小分成三部分，并且分别把这些和温度做成散点图三研究方法与技术路线•3rd——做回归方程•方法：将以上散点图分别导入Excel中，并计算出相关性，并且将NDVI,NDBI,NDMI按效果的显著程度进行排列四可行性分析•1st——数据获取可行性•数据来源：课题数据可以选用历年实习数据数据可向高年级生借阅MODIS数据可以在网络中下到四可行性分析•2nd——项目研究使用技术可行性•技术支撑：RS,GIS技术已经逐渐成熟多种地表温度的反算法的提出反演温度单窗算法的提出ENVI等软件的研发五进度安排•定题，查资料以及开题报告：八个学时•开题报告答辩：四个学时•遥感TM6温度反演的方法：十六个学时•辽宁省葫芦岛市热岛效应的空间分异规律：十六个学时•整理资料几结题报告：八个学时•结题报告答辩：四个学时六人员安排•孙亚军：搜集资料，完成开题与结题报告，TM6温度反演方法，分析总结实验结果•李洋：搜集资料，完成开题与结题报告，利用ENVI进行亮度——温度模型转换，分析总结实验结果•龚士峰：搜集资料，完成开题与结题报告，建立NDVI模型，分析总结实验结果•胡楠：搜集资料，完成开题与结题报告，在研究分以过程中选取样本，制作散点图，分析总结实验结果•刘欢：搜集资料，完成开题与结题报告，做回归方程，分析总结实验结果谢谢光看