城市尺度的熱環境分析

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1研究區域及資料概況

鄭州、開封和洛陽位于河南省中心部位，同屬北亞熱帶向暖溫帶過渡的大陸性季風氣候，洛陽西有崤山，北有邙山，南有洛河伊河，位于山谷中，相比之下，開封整體地勢較為平緩，鄭州北有黃河、邙山，西南有嵩山.為了詳細地了解鄭、開、洛三地的地表溫度情況，將2011年的46期白天和晚上的數據進行了分析，去除研究區內被云覆蓋的部分，還有37期數據可以使用，對這些數據進行了時間序列分析，找出了一年中白天和晚上的溫度變化情況，分析了同一時期三地不同的溫差，試圖從區域尺度上發現城鄉熱環境變化的規律.

2分析方法

衛星遙感資料選用2011年MODIS11A的地表溫度資料，地表溫度采用了8d合成的平均溫度.MODIS衛星遙感資料所用的投影方式為常規正弦曲線投影，格式是HDF-EOS.應用modisMRT工具將其投影方式轉化為Lambert投影，數據為TIFF格式.應用ENVI軟件的layerstack功能將圖像疊加生成一個按時間序列排列的圖像.應用ARCGIS軟件對獲取的圖像進行了剖面分析.而后又用描述法對各地的溫差變化情況進行了分析.

3結果

從上圖1可以看出，建設用地在全年中白天的地面溫度變化出現兩種情況：一種是在冬天，地面溫度為0；另一種是在一年中的其余時間里，地面溫度維持在一個相對平穩的區間中，但也隨著季節的變化，經歷了一個從逐步升溫而后降溫的過程，地面溫度的最大值出現在初夏，到秋末地面溫度降至零點.且從白天的地面溫度圖上可以看出，在1km的尺度上，整個城市的地面溫度變化與土地利用方式密切相關.從上圖2可以看出，建設用地在全年中夜晚的地面溫度變化是一個先升后降的過程，在春天時段，夜晚地面溫度變化幅度較大，進入夏天之后，呈現出直線上升的趨勢，到6月初溫度上升到最大值，這種趨勢一直持續到8月初，而后地面溫度又呈直線下降趨勢.從夜間城市的地面溫度變化來看，還呈現出明顯的同心圓式的梯度變化，且這種同心圓有隨著城市半徑的增大，兩圓間的間距也增大的趨勢.這種梯度變化的另一個特點是，隨著溫度的升高，同心圓半徑有增大趨勢，如圖3所示.分別對洛陽市、鄭州市和開封市的市中心與郊區的白天和晚上的溫差進行了比較，并對這三個市的一年四季的熱島強度進行了計算，結果如表1所示.從表1中可以看出，三個城市夜間的溫差經歷了先升后降，再升再降的過程，其中在第16期數據即時夜間市中心與郊區溫差達到一年中的最小值.市中心與郊區白天的溫差變化冬天最大，溫差最小值出現在第28期數據.對于熱島強度，從表中可以看出，市中心在冬天和春天的溫差遠遠高于郊區，而在夏天和秋天溫差要低于郊區.從全年數據來看，市中心溫差在夏天最小，冬天最大；郊區的在夏天最小，春天最大.

4結論與討論

Modis提供了全年的對地觀測數據，為快速、動態監測地面溫度提供了可能[5].研究發現城市的地面溫度在夜間呈現出同心圓式的梯度變化，且城市的規模不同，同心圓的半徑也不同，有隨著城市增大而增大的趨勢.從全年來看，市中心和郊區的地面溫度在白天和夜晚出現兩種不同的趨勢.市中心地面溫度溫差較大，有急劇變化的傾向；郊區的地面溫度呈現線性變化，從全年市中心與郊區的地面溫差來說，二者無論是夜間還是白天，在夏天時最小.但溫差最大值出現不同，夜間地面溫差的最大值出現在春天，而白天地面溫差的最大值出現在冬天.就熱島強度來說，從全年數據來看，市中心晝夜溫差在夏天最小，冬天最大；郊區的在夏天最小，春天最大.從整個區域來看，城市的大小與城鄉熱環境有密切的關系[6]，地區級城市表現出了溫差，而地區級以下城市的影響可以忽略不計.

本文作者：馬林田國行何瑞珍穆博工作單位：河南農業大學