丁海勇+史恒畅+罗海边
摘要：本文经过对过去50年的城市热岛研讨，做了做了详细剖析和总结。在此基础上，提出了构成城市热岛的详细原因，并对城市热岛出现出的规则做了总结。对城市热岛的研讨办法有多种，首要有下面的研讨办法：数值模仿法和气候资料剖析法以及遥感监测法的运用及优缺点，指出了在对城市热岛进行研讨时，一般都会出现的问题和难点。针对城市热岛的处理办法做了很多研讨，并对城市热岛遥感研讨的趋势和方向进行了展望。
关键词：地表温度；遥感；热岛效应
一.导言
1.1研讨布景
伴跟着经济的快速开展，出现了许多问题状况。人口数量不断添加，城市加速扩建。城市化和居民的日常活动多多少少都会对城市气候发作影响。在这些影响中，热岛效应最为杰出。城市热岛作为城市气候的重要表现，它会对人类的日子以及地点的环境发作严峻影响。所以，人们对此也是倍加剧视。城市热岛是当下人类最需求优先处理的问题。
1.2研讨内容
城市热岛效应与暴雨、热带气旋等比较，存在很大的不同。它一般不会直接引起灾祸。它一般是经过改动水循环进程和大气层结构等对人类发作直接损伤。一方面是经济的快速开展，城市化速度加速，生态环境越来越严峻。另一方面人类对大天然的讨取越来越多，这使得两者的对立越来越严峻，构成城市热岛效应问题越来越严峻。
二.热岛效应
2.1热岛效应的概念
经过对很多的试验数据做剖析比对，现在根本能够断定城市的气温往往要比市郊高，这也是城市气候出现出的特征。假如将这些特征绘制成等温线图，那么必定会出现闭合的等温线。人们一般会把闭合区内的高温区域当作孤岛一般，称其为“城市热岛”，关于这种温差现象，人们称之为“热岛效应”，有时会统称为城市热岛。
2.2热岛效应的时空散布与构成机制
2. 2.1热岛效应时空散布
经过研讨能够看出，热岛的空间散布有一些遍及的规则和特征可循，可是每个城市又有各自的特色，这取决于城市的地理位置、城市结构、修建物的密度、类型、修建资料等。一般热岛现象在老城区、机场、火车站、工业区、商业区等区域较为显着等。在水平方向，城市高温区域一般出现在人口多、修建群密布、商业活动相对活泼的城区。在笔直方向，因城市间存在差异，故城市热岛强度也会有所不同。一般状况下，在白地利，城郊不会出现太大的差异；在夜间时，城郊气温存在笔直改动不同的状况，城市的热导相对比较显着，强度也会比较大，由下而上出现递减趋势，当到达必定高度时，会出现“穿插现象”。市郊整层一般都会表现为逆温辐射。
跟着时刻不断改动，城市热岛有显着的日改动。Oke经过很多研讨提出，处于中纬度的城市，在抱负状况下，热岛强度一般出现出的是夜间现象，构成这一现象的原因是城乡冷却率存在差异，并不是由于加热率存在差异。在白地利，村庄加热往往要比城内快，热岛出现削弱趋势，这种改动现象不单单是出现在中纬度区域，在其他区域也存在类似的改动，依据徐颂、杨士宏等长时刻观测，广州城市热岛强度在白地利会比较弱，太阳落山之后热岛强度快速进步，当到晚九点时，到达最高值；早晨太阳升起之后，热岛强度逐步变弱，当到下午一点时，出现全天最弱值1。城市热岛的时刻散布则跟着时节的改成也会出现相应的改动。可是在上述改动时，因区域直接存在很大的差异，会出现许多复杂状况。热岛效应会因区域气候和人们的日常活动的不同，而出现出不同。在我国季风气候区域，城市热岛的强度会在秋冬季时期到达最高值，在春夏时期到达最低值。也有一些城市的城市热岛出现周改动规则，在周六与周日时城市热岛会比较弱，其他时刻则有所增强。
2.2.2热岛效应构成机制
不少学者对城市热岛的发作和开展，也做了很多的研讨工作，对城市热岛的发作和开展原因做了比较体系的研讨和论说，首要分为以下几点：
1.关于城市下垫面性质的改动：由于城市遭到下垫面特征的影响，城市中建有有很多的人为构修建、比方人们建造的楼宇、柏油路面、混凝土等的不断增多，导致美化地和水体等要素的锐减，使得下垫面的热力特色发作了改动。加上地上含水量的缺失，导致很多的热量进入到空气中，然后使气温不断上升。
2.人为热岛效应和大气污染：由于社会经济的不断添加，以及城市化进程的敏捷加速，在工业生产、家庭炉灶等多方面的耗能下，废热排放量的添加，导致各个城市区域多了很多的热量输出。其间，数大气污染最为明显。城市中的工业生产、交通工具和人们日子习气等要素的影响，悬浮颗粒物密布、温室气体量的进步以及大气中二氧化碳、二氧化硫等有毒气体的增多，都是导致热量和污染加剧的原因，其间对城市热岛效应影响最大的是大气总悬浮粒物和温室气体，由于它们会吸收下垫面热辐射，所以简单构成温室效应，然后导致大气温度的升高。
3.城市规模、形状和地点的地理位置：跟着现在城市化的开展，人口数量的不断添加，城市修建物、路途以及广场等大面积的增多，导致美化地、水体等逐步削减，由于柏油路面和水泥地会吸收很多的太阳辐射，具有极高的蓄热功用，因而，和美化地比起来，更简单导致城市气温的升高，城市缓解热岛效应的才干被削弱。
三.热岛效应研讨办法
关于城市热岛现象的研讨，由于所研讨规模、方针以及意图的不同，所选用的办法也会不一样，总结起来，首要分为三个部分，第一个是经过气候运动形式做相关的数值模仿，第二个是经过气温资料对城市热岛进行研讨，第三个是经过卫星遙感印象反演地表温度，然后来研讨城市热岛效应的时空散布特色。
3.1传统观测办法
传统的城市热岛效应选用的核算办法都是经过现代气候数值模仿或是遥感技能来进行的，以往研讨热岛效应的办法也有多种，张景哲等学者以为，依据气候台所记载的气候数据，市郊站点和城市站点之间的距离，选用相关的方针，就能剖分出市郊或是城市在时刻序列上的热岛效应改动，这种办法具有时刻跨度大的特色，能够有用剖分出序列热岛的演化状况，不过研讨作用大都会遭到气候站点设置的环境或是数量的影响，加上观测点的改动以及习气等要素都会对测定作用构成影响。选点观测一般是运用小的气候观测仪进行人工布点来做水平方向测定的，有时也能够经过探空气球观测笔直方向的热岛改动来丈量，由于选用的都是实地丈量，所以会具有极高的时刻分辨率，不过缺点是只能用在小规模内，且耗时耗力，不简单获得大、中的温度信息；郭勇等学者以为，除了这个办法，还有活动观测法，此办法首要是经过便携式数据收集体系或者是车载气温气候观测仪器来进行活动观测与记载的，这个办法从全体触及到了前两种算法的特色，能有用的战胜定点观测的限制性问题，观测的数据也更具有代表性以及科学性，不过关于不一样的样线观测，不能够一起进行，这就简单构成收集的数据缺少可比性。
3.2数值模仿办法
数值模仿法是经过实践所监测到的数据，在经过数学建模来完结的，首要是在城市边界层形式与气候核算形式的基础上进行的，周淑贞与张超等学者以为，在大都状况下，此办法是用来研讨规范下的热岛环流的极限风速与动力学特征，孙旭东等学者以为，也有可能是用来剖析地势一起作用于温度散布与城市边界层暖流特征的改动，数字模型的原理是依据贯穿数据的核算或是对城市热岛发作的演绎进程得出的，此办法具有省时省力的长处，能够下降现场的观测工作量，不过，这个办法依据的模型都是在抱负状态下进行的，未考虑到研讨方针在实践运用中所遇到的复杂状况，一般说来，还不能彻底代替实践的观测进程。
3.3遥感反演办法
运用以往的城市热岛研讨办法，由于技能不行先进，存在着许多限制，不能很好的研讨出城市热岛的内部结构以及空间布局等方面的问题，跟着科学技能水平的进步，现代的遥感技能与地理信息体系处理了这些缺点，弥补了传统算法中的缺乏。遥感信息反演办法一般是依据热红外传感器对城市地物辐射率的不同来反演的，可结合多样数据类型来进行。
3.3.1单窗算法
单通道算法并不能自己完结核算，而是依据卫星传感器上的热红外通道所带来的辐射核算出地表温度的一种算法。这种算法需求两个条件才干完结，一个是要大气温度的笔直廓线数据，另一个是湿度数据，经过限制的大气形式核算大气透过率与大气辐射，运用大气辐射传输方程来核算出地表的辐射值，假如地表的辐射率现已知道的话，就能够核算出地表的温度。
3.3.2多窗算法
分窗算法也被称之为劈窗算法，此办法是依据卫星观测到的热辐射数据为规范，经过大气地点两个波段上的吸收率差异来消除大气所构成的影响，然后再依据这两个波段的线性组合算出地表的实践温度。现在，关于反演地表温度的许多办法中，其得到了广泛运用，不过也有一些缺乏，此办法所拟定的参数只能在局地上适用，不适合用于全球规范规模，所以，不能对实在的实践改动精确反映出来。假如大气中的含量与地表比辐射率发作比较大的改动时，选用此种算法就会构成较大的误差。分窗算法关于研讨路面辐射率精度不行，由于路面实况比较复杂多样，可是关于研讨海面却具有较高精度，首要原因是海水的辐射率具有恒定性，改动不大。
3.3.3多通道多视点算法
多视点算法指的是假如大气地点的水平方向是均匀的，此办法可经过相同的方针在不一样的观测视点下，研讨大气对地表辐射吸收率所存在的差异。多视点观测可所以不一样的卫星对相同的方针进行观测，也可所以相同的卫星在不一样的视点下观测，选用此办法要优于分窗算法。不过除了拟大气在水平方向的均匀的外，这种办法还需求一个前提条件，那就是其间的一個观测视点需求经过一个很长的大气途径，否则这种算法就无法完结，此外，还需求了解地表比辐射率跟着视点所发作的改动量。
截止今时，经过热红外遥感对地表研讨的办法，已获得不错的作用，运用红外感，能得到必定的地表温度信息，和传统的地表温度丈量不同的是，它的速度更快、更快捷、丈量规模也更大，能够坚持信息的连续性等长处，不过会由于大气的影响与地表比辐射率的不稳定性，关于地表温度的反演精度往往会遭到影响，总的来说，现在的热外遥感还不能完结满意人们的实践运用精度要求，燃眉之急，是处理热红外遥感数据反演地上温度时所存在的难点和要点。
定论：本文依据近五十年来城市热岛效益的作用做了归纳总结，对构成城市热岛的原因进行了剖析，并总结了有关城市热岛的改动规则和特征，首要经过以下三种办法来研讨：第一种是遥感监测法、第二种是气候资料剖析法、第三种是数值模仿法，经过这几种办法的运用和优缺点，对城市热岛的减缓对策进行了深入探讨。遥感监测具有时刻同步性好、掩盖规模广的特色，战胜了用气候资料研讨城市热岛的缺乏。已有学者怎么下降热岛效应做了科学探求，例如经过能够进步太阳光反射率的资料，运用能够削减节能野外修建资料、改用渗透性的地上铺装资料等，这些将是未来热岛效应研讨的重要方向之一，而减缓城市热岛效应是较为体系的归纳性项目，要想获得较好的作用，建造出美化生态城市，需求各个方面的相互配合与尽力，才干成果一个社会、经济以及天然调和开展的夸姣愿景。
