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基于地面观测和卫星遥感的安徽省城市热岛效应研究

作　者: 石涛
导　师: 张爱民; 蒋跃林; 荀尚培
学　校: 安徽农业大学
专　业: 气象学
关键词: 安徽省地面观测卫星遥感城市热岛效应
分类号: X16
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

城市热岛效应随着城市的发展而增强,研究城市热岛变化规律及其形成机制,对理解区域气候变化、城市发展和规划及减缓城市热岛效应具有重要意义。本文首先根据安徽省81个气象台站的地面观测资料研究其气温序列特点，并选取了其中46个台站，划分为城市站、乡村站、国家基本/基准站等类别，对1966-2005期间3项气温要素（平均、最高、最低气温）的年、季变化进行了分析比较。为弥补传统的地面观测资料在研究热岛效应上的不足，提出了一套利用空间分辨率高的TM影像评估气象台站观测环境代表性的方法，之后又利用时间分辨率高的MODIS数据分析了代表城市的热岛效应在空间、时间上的分布特征。最后，通过植被指数（NDVI）、土地利用/覆盖（LUCC）以及社会驱动因子分析了影响热岛效应格局分布的因素。主要结论总结如下：①1966-2005年全省年平均气温均有不同程度的增加，各类型台站的平均、最高、最低气温的增温率最大为城市站(US)，基本/基准站（BS）次之，乡村站（RS）最小，同一类型台站的不同气温要素的变化规律是：最低气温增温率>平均气温增温率>最高气温增温率。全省最高气温的增温率呈现出由南向北递减的分布；最低气温的增温率呈现出由南向北递增的分布。②观测环境改变之台站“进城”是气温呈现城市热岛的最直接原因，卫星遥感显示2003年的合肥国家基本气象站环境受到城市化影响最为严重，而安徽省国家气候基准站所处区域的城镇化影响较小，观测环境保护较好。③阜阳、合肥、芜湖三地昼夜和四季均存在不同程度的热岛效应，合肥地区近五年UHII>3℃的“极端”热岛效应有一定的缓解。在冬季和秋季，夜晚的热岛效应强于白天；在春季和夏季，白天的热岛效应强于夜晚，最为强烈的热岛效应出现在春、夏季的白天。各季节存在不同程度的热岛效应，白天，春季和夏季的热岛强度和热岛面积较大；夜晚，四季的热岛强度和热岛面积相差不多。④人口的增加、经济的快速发展、政策扶持、交通基础设施建设加剧了耕地等非城市土地类型向城镇建筑用地和开发区等城市土地利用类型的转变。最直接的效应就是地表温度随着NDVI的减小（增大）而上升（下降），说明提高城市植被覆盖度对降低地表温度有着重要意义。白天水体出现了弱冷岛效应，说明大片水体对缓解城市白天的热岛效应有显著作用，而对夜晚热岛效应的缓解作用并不明显，甚至成为热岛强度的高值中心。植被、水体主要在城市低温区和亚低温区中作出贡献，但这些区域多数位于城市边缘地带，然而耕地在合肥市各热岛效应等级中都发挥了独特的作用。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-9
1. 文献综述  9-12
  1.1 热岛效应  9
  1.2 国内外研究进展  9-12
2. 引言  12-16
  2.1. 研究背景  12
  2.2. 研究意义  12-13
  2.3. 研究内容  13-14
    2.3.1. 站点气温序列对安徽省热岛效应的描述研究  13
    2.3.2. 基于遥感资料的典型代表城市热岛效应分布格局  13-14
    2.3.3. 安徽省热岛效应成因  14
  2.4. 技术路线  14-16
3. 材料与方法  16-30
  3.1. 安徽概况  16-17
  3.2. 地面观测资料  17-20
    3.2.1. 资料来源  17-18
    3.2.2. 资料均一性检验  18
    3.2.3. 资料处理  18-20
  3.3. 陆地卫星资料  20-27
    3.3.1. 资料来源  20-21
    3.3.2. 土地分类  21-23
    3.3.3. 地表温度（LST）反演  23-24
    3.3.4. LST 反演结果验证  24-25
    3.3.5. 合肥 TM 影像的面积加权热岛效应贡献指数（WHI）  25
    3.3.6. 合肥 TM 影像研究区域的选取  25-26
    3.3.7. NDVI 的提取  26-27
  3.4. MODIS 资料  27-30
    3.4.1. 资料来源  27-28
    3.4.2. 资料处理  28-30
4. 基于地面观测资料的安徽省城市热岛效应研究  30-37
  4.1 安徽省年平均气温变化  30-31
  4.2 安徽省不同类型台站增温率的年变化分析  31-32
  4.3 安徽省增温率的空间分布  32-35
  4.4 安徽省平均气温热岛增温率和热岛增温贡献率  35-37
5. 基于遥感的安徽代表城市的热岛效应研究  37-46
  5.1 安徽代表气象观测站探测环境的遥感调查与评估  37-40
    5.1.1 合肥基本站探测环境的遥感调查与评估  37-39
    5.1.2 安徽国家基准气候站探测环境的遥感调查与评估  39-40
  5.2 利用 MODIS 分析代表城市的热岛效应  40-46
    5.2.1 近 10 年平均地表温度的空间分布  40-41
    5.2.2 四季白天的平均热岛强度空间分布  41-43
    5.2.3 四季夜晚的平均热岛强度空间分布  43-45
    5.2.4 热岛效应四季及日夜变化对比分析  45-46
6. 热岛效应成因分析  46-50
  6.1 不同土地利用类型与热岛效应等级的关系  46-48
  6.2 地表温度（LST）和植被覆盖指数（NDVI）的关系  48
  6.3 热岛效应的社会驱动因子  48-50
7. 结论与展望  50-53
  7.1 本文的主要结论  50-51
  7.2 本论文的技术特点及创新点  51-52
  7.3 问题与展望  52-53
参考文献  53-56
附录  56-61
致谢  61-62
个人简介  62
研究生期间发表的论文  62

基于地面观测和卫星遥感的安徽省城市热岛效应研究

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