城市大型水體與周邊陸地溫度差異分析
——以白河南陽市區段為例

王艷偉 施 冬* 戚鵬程

（長江大學地球科學學院，湖北 武漢430100）

1 概述

地表溫度（Land Surface Temperature，LST）作為地球系統的熱狀況與地表能量平衡的重要因素，對生態環境、人類活動等研究有重要意義。在遙感地學分析中，用遙感技術反演出地表溫度越來越重要。城市的大型水體與氣象數據的變動有關，影響著周邊的氣溫[1]。通過研究城市大型水體與周邊陸地溫度的差異，觀察水體對周邊氣候的影響，進而探索該區域由水體所主導的小氣候特點的形成與維持機制，因為小氣候所影響的范圍是人們生產和生活的空間，并且小氣候的規律比較穩定，研究小氣候有很大的意義，從而改善城市的生態環境，為城市規劃提供理論依據。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本論文所用的資料來源為2009 年6 月25 日Landsat5 TM影像，WRS 軌道號為124，行號為037，來自USGS EROS Data Center（美國地質調查局地球資源觀測系統數據中心）。

2.2 地表溫度的反演

Landsat5 TM影像是熱紅外單波段數據，主要的地表溫度反演方法有：普適性單通道算法、單窗算法等，通過實測驗證表明，用覃志豪等推導的單窗算法反演地表溫度具有較高的精度[2]，在大氣平均作用溫度、大氣透射率和地表比輻射率會有一定程度的誤差的基礎上，用單窗算法反演出的溫度誤差約為1.2K[3]。所以本論文采用該算法反演研究區的LST。

首先把原始數據中第6 波段圖像亮度值換算為大氣層頂進入傳感器的輻射亮度L6（W/（m2.sr. m））

式（1）中，DN 為TM6 波段的圖像亮度值；Gain 和Bais 的值是常數

按下式求算亮度溫度T6（K）[4]

利用下式求地表溫度Ts（K）[2]

式（3）中Ta 為大氣平均作用溫度，用地面附近氣溫的線性函數近似[5]

式（4）中T0為地面附近氣溫，（K）

式（3）中的C 和D 為中間參數：

式（5）和式（6）中，τ6為大氣透射率；ε6為地表比輻射率

可由式（7）、（8）計算[5]：

式（7）中w 為大氣總水分含量（g/m2）可據近地面水汽壓來推算，公式和參考見文獻[6]。式（8）中εv 是植被比輻射率，取值0.986；εs 是裸土比輻射率，取值0.970；Pv 為植被覆蓋度，可據NDVI[3]推算。研究區南陽市區內有大面積的水體，水體的比輻射率如果按公式計算值會較低，因此需要將水體和陸地分開計算，其中水體的比輻射率較高接近黑體，取經驗值0.995。

3 結果分析與討論

3.1 水體的溫度低于周邊陸地的溫度

與其他有熱紅外波段的衛星數據比較，LandsatTM 的第六波段的空間分辨率較高，再加上ArcGIS 全面準確的空間數據處理分析的技術，因此能夠比較精確地反演出地表溫度。從圖1反演出的地表溫度圖可以看出，白河水體的溫度低于周邊陸地的溫度。

圖1 研究區地表溫度

3.2 水體可以降低周邊陸地的溫度

為了進一步研究水體與周邊陸地溫度的關系，對研究區水體分別作了200 米、1 公里距離的緩沖區，從而比較水體與周邊不同距離陸地的溫度關系。直方圖的橫坐標是溫度（單位攝氏度），縱坐標表示頻率，其中A 是緩沖200 米的周邊陸地的溫度直方圖；B 是緩沖1 公里周邊陸地的溫度直方圖；結果表明，水體和陸地土壤的熱容量不同，夏季白天白河水體溫度低，越靠近水體的周邊陸地溫度相對降低，由此得出水體可以降低周邊陸地的溫度。

圖2 水體的周邊不同距離陸地的溫度對比圖

即白河水體可以降低南陽市區的溫度，即白河的存在一定程度上緩解了南陽城市的熱島效應，這給有熱島效應的城市提供了很好的解決思路。

4 結論

隨著南陽城市的不斷發展，已經建成了四座橡膠壩，由此白河的水面不斷擴大，白河水體提高了人們生活的舒適度，在南陽城市規劃中占據著重大的部分。研究表明南陽市區白河水體的溫度低于周邊陸地的溫度，且可以降低周邊陸地的溫度，改善了南陽中心城區的環境，有利于緩解南陽城市的熱島效應。