基于MODIS数据的北京近地面气温反演及热岛效应研究

发布时间：2018-05-04 04:16

  本文选题：城市热岛效应 + MODIS　； 参考：《兰州大学》2015年硕士论文

【摘要】：城市热岛效应对城市生态环境的影响深远。以往对于北京地区热岛效应的研究,多采用气象站点的气温观测资料,空间分辨率较低。而近年来使用卫星资料反演的地表温度对城市热岛的研究,也因数据量较大,处理过程繁杂,多采用一景或几景数据代表一段较长时期,时间分辨率低、代表性差；且通常意义上的城市热岛(UHI)指的是城乡之间的气温差异,因此,如何获取高精度高分辨率的水平分布近地面气温,以便于准确分析热岛效应的时空分布特征,成为一个重要科学问题。本文采用北京地区2003～2012年MODIS卫星资料反演的地表温度数据,结合同时期气象站点观测气温,考虑不同地表覆盖类型的影响,利用统计回归的方法分别建立城市和非城市类型近地面气温反演模型,其反演得到的近地面气温,既保留了观测数据的高精度,又具有卫星数据空间分辨率高的优点,在此基础上分析研究了北京地区城市热岛效应的时空分布、成因和缓解措施。主要结论如下：(1)北京地区近地面气温受纬度、海拔高度和下垫面类型的共同作用,其空间分布呈南高北低、东高西低的趋势。白天,温度高值区主要位于以耕地和城市为主的东南部平原地区,温度低值区主要位于植被密集的西部、北部山地丘陵地区,城市热岛强度为4.32℃,热岛增温0.5℃；夜晚,由于农作物区昼夜温差较大,使得平均近地面气温0值线向西北部扩展,且延庆县中西部及密云县北部海拔较高,其下垫面覆盖的农作物夜晚降温幅度更甚,呈温度低值区,而城市的平均近地面气温依然最高,热岛强度为3.74℃,热岛增温0.42℃；白天和夜晚均表现出明显的城市热岛效应,其中夜晚热岛分布范围比白天广,但热岛强度白天却比夜晚大,且城市热岛以北京市区为中心呈片状发散,其他各区县中心城镇也形成零星热岛。(2)由于太阳辐射强度的季节变化,北京地区平均近地面气温夏季最高,冬季最低,春、秋两季介于二者之间,而在相同的太阳辐射条件下,下垫面性质的不同也造成近地面气温空间分布的明显差异,因此热岛效应也具有明显的季节变化,具体表现为：白天,近地面气温主要受太阳直接辐射影响,由于夏季太阳高度角全年最高,城市密集建筑对太阳辐射的反射较小,且夏季城市建筑群多使用空调,人为大量释放热能,而冬季太阳高度角较低,密集建筑间容易形成阴影,使得短波辐射减少,因此热岛强度夏季最大(5.26℃)而冬季最小(2.8℃),春、秋两季热岛强度分别为3.76℃和3.34℃。夜晚,近地面气温主要受下垫面的长波辐射和人为热影响,由于北京地区采暖期(11-3月)以煤炭作为主要燃料,大量的煤炭燃烧除了直接产生人为热量外,还间接增加了温室气体的含量(CO2等),因此冬季热岛强度最高(3.92℃),春、夏两季热岛强度次之,分别为3.76℃、3.72℃C,秋季热岛强度最低(3.38℃)。(3)2003～2012年十年间,温度高值区始终位于北京市区,且其面积逐年增加,热岛效应显著；近地面气温夏季逐年升高,变化率为0.056℃/年,冬季逐年降低,变化率为-0.237℃/年,而年平均近地面气温呈-0.100℃/年的减小趋势；其中,由于人为因素的影响,使得城区降温速度较慢而非城区降温速度较快,因此,热岛强度和热岛增温分别呈0.018℃/年、0.001℃/年的上升趋势,城市热岛效应逐年增强。综上所述,由于北京地区城市地理环境、下垫面性质和人为热排放等因素的影响,城市热岛效应显著,近10年来冬冷、夏热的趋势以及城市热岛强度均不断增强,其对能源消耗和居民健康带来不利影响。本文研究结果,可为合理规划城市、能源优化以及环境保护等问题提供参考。
[Abstract]:The urban heat island effect has far - reaching influence on the urban ecological environment .
The urban heat island ( UHI ) refers to the difference of air temperature between urban and rural areas . Therefore , how to obtain high - precision and high - resolution horizontal distribution near - ground temperature is an important scientific problem .
At night , because the temperature difference between the day and night of the crop region is large , the average near ground temperature 0 value line is extended to the northwest of the northwest , and the high altitude of the middle and western part of Yanqing county and the northern part of the dense cloud county is higher , the temperature of the crops covered by the lower cushion surface is higher , the temperature is lower , and the average near ground temperature of the city is still the highest , the heat island intensity is 3.74 DEG C , and the heat island temperature is increased by 0.42 DEG C ;
Because of the seasonal variation of solar radiation intensity , the intensity of solar radiation in Beijing is the highest in winter , the lowest in winter , the lowest in spring and autumn , and the lowest in winter .
The temperature in the near ground increased year by year , the rate of change was 0.056 鈩，

本文编号：1841547