上海多時段熱島效應的遙感研究

陳命男,馬蔚純,周立國,鄭茂輝

(1.復旦大學環(huán)境科學與工程系,上海 200433;2.同濟大學上海防災救災研究所,上海 200092)

城市熱島是一種城市公害,會給人類健康和社會經(jīng)濟帶來不容低估的損失。目前研究熱島效應的方法主要有三種,分別為現(xiàn)場監(jiān)測法、氣象資料法以及遙感反演法。從遙感反演法而言,隨著技術的逐步完善,許多算法已能將反演實際地溫的誤差控制在1 K以下;且多數(shù)遙感衛(wèi)星的分辨率在1 000 m以下,適合在精細空間尺度上,定量化研究熱島效應;加上遙感衛(wèi)星已有20多年的歷史,還能在一定時間范圍內(nèi)對熱島效應進行多時段比較研究。因此,采用遙感技術研究城市熱島已成為國內(nèi)外學者共同關注的熱點領域。

Landsat5衛(wèi)星是由美國宇航局在1984年3月1日發(fā)射進入預定軌道,發(fā)射歷史較長;且熱紅外波段的分辨率為120 m×120 m,空間分辨率精度較高。針對Landsat5而言,目前常用的兩種實際地溫反演算法分別為覃志豪等人的單窗算法和Jimenez-Munoz、Sobrino的單窗算法。本文利用1997年、2000年、2004年以及2008年的T M圖像,采用覃志豪等人的單窗算法反演出上海的實際地溫。因為不同城市的熱島效應在形成機制等方面具有復雜性,目前國內(nèi)遙感技術的研究主要集中在江蘇省、浙江省的大中城市以及北京市,對上海這樣一個熱島效應嚴重的國際化大都市,有必要采用遙感技術豐富其熱島效應的研究。

通過反演實際地溫之后,發(fā)現(xiàn)上海中心城區(qū)有明顯高于周圍地溫的熱島中心。從1997年、2000年、2004年和2008年4年來看,熱島面積在不斷擴大,有將整個上海覆蓋的趨勢。

從1997年到2000年間,高溫區(qū)主要由中心城區(qū)向西北方向擴張,即寶山區(qū)、嘉定區(qū)的方向。從2000年至2004年間,高溫區(qū)的面積變化不大,但浦東新區(qū)擴張較大。而從2004年至2008年,高溫區(qū)則向西南方向發(fā)展,即青浦區(qū)、松江區(qū)和金山區(qū)的方向。

圖1 上海市中心城區(qū)熱環(huán)境分布

而從熱島效應的強度來看,盡管上海的平均熱島效應比率在這四年內(nèi)不斷加大,但極端高溫的區(qū)域則是越來越少,多數(shù)區(qū)域的熱島效應比率集中在平均值附近。表明上海的熱島中心在不斷擴大的同時,其熱島效應的強度則在不斷減弱。這也與上海積極進行城市化擴張,土地利用類型趨于同質(zhì)化有關。