基于MODIS地表温度空间降尺度的城市热岛时空变化研究

发布时间：2020-04-08 11:43

【摘要】：近年来我国国民经济快速平稳增长,城市化率不断提高,伴随着人口的聚集、产业结构的改变,城市生态环境问题渐渐突出,城市热岛就是其中之一。本文以西北5省区作为研究区,选择其中的272个城市作为研究对象,以2002-2016年MODIS地表温度、植被指数和土地覆盖为主要数据,利用Ts HARP降尺度算法得到250米的地表温度,并以城郊温差作为指标研究了西北5省区272个城市的热岛时空变化特征。本文先是对Ts HARP算法原理中的四种回归函数进行了对比,选定一元二次方程来预测较高分辨率的地表温度;其次对比了7种常用的地表城市热岛的监测指标,选择城郊温差,即建成区范围内的平均地表温度与建成区向外缓冲100%面积的环状郊区的平均地表温度的差值,得到2002~2016年的西北五省272个城市SUHII的结果。通过分析其年变化、季节变化、月变化和昼夜变化来研究热岛强度的时间特征。本文选择兰州、乌鲁木齐、西安和西宁作为主要的城市分析城市内部热岛的空间特征。通过本文的研究得出以下主要结论:(1)利用Ts HARP算法对MODIS地表温度进行地表温度降尺度,有利于研究西北五省城市热岛。在降尺度中,一元二次函数对NDVI和地表温度之间关系的解释,适合西北地区地表温度降尺度。针对城市热岛的监测指标,城郊温差比其它指标更适合用来监测西北五省区272个城市的热岛;(2)通过兰州、西安、西宁和乌鲁木齐四个省会城市,来研究城市热岛的空间特征。研究发现,从分布来看,兰州市的城市热岛主要分布在城关区和七里河区;乌鲁木齐市的主要分布在沙依巴克区和天山区;西安市主要分布在莲湖区东南、新城区西南、碑林区和雁塔区北部;西宁城市热岛主要分布在城中区、城东区和城西东部。其中兰州城市热岛面积增加最多,年平均增加2.77km2,西安城市热岛呈减弱趋势,且热岛面积每年减少0.11km2,乌鲁木齐和西宁城市热岛面积增长接近,分别增加0.79km2和0.73km2;(3)2002~2016年西北五省272个城市的SUHII是波动变化的,以2009年为界点,可分为前后两个阶段,2002~2009年的SUHII明显高于2010~2016年,且整体上以每年0.0063K的速率在降低。从城市热岛的数量来看,2008年最高,2014年最低;从平均SUHII来看,2005年最高,最低仍在2014年。西北地区12个月中7月份的城市热岛最强,平均SUHII为0.96K,有217个城市存在热岛现象;1月份最弱,SUHII均值为-0.43K,只有82个城市存在热岛。但热岛数量最少的在12月份,也只有76个城市;(4)西北地区城市热岛的昼夜变化表现为:春季、夏季、秋季的白天SUHII大于夜间的,冬季夜间的SUHII大于白天的。且西北五省的SUHII季节变化为:夏季秋季春季冬季。
【图文】：

遥感数据,分辨率,山脉,概况

第 2 章研究区概况及数据2.1 研究区概况本文以西北 5 省区作为研究区，如图 2.1 所示，包括甘肃、陕西、宁夏回族自治区、青海和新疆维吾尔自治区，研究区的地理位置位于东经73°26′E~111°14′E，北纬 31°33′～49°10′N 之间，总面积达 310.69 平方公里，，约占中国国土面积的三分之一。研究区地形地貌复杂多样，山脉绵延，沙漠戈壁广布，山地、高原、盆地交相分布。主要地形包括天山山脉、阿尔金山脉、祁连山脉、昆仑山脉、阿尔泰山脉、河西走廊、准噶尔盆地、塔里木盆地、塔克拉玛干沙漠、吐鲁番盆地、黄土高原。西北五省处于内陆地区，气候条件较差，常年干旱少雨，大部分区域属温带大陆性气候，东南少数区域属温带季风气候，局部属高原气候。

函数,一元二次函数,空间图,测站点

13图 3.2 不同函数预测的 250m 地表温度图对比Fig 3.2 Comparison of 250m’s surface temperature maps predicted by different functions从实测站点的验证和不同函数预测的地表温度空间图综合比较得出公式（3-3），即一元二次函数是用于预测高分辨率地表温度的最佳函数。由于兰州市主城区没有所需的观测地温的气象站点，为了评价地表温度降尺
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X16

【参考文献】