济南市地表温度反演及其热力景观空间格局分析

发布时间：2020-04-05 06:28

【摘要】：城市热力景观空间格局是人类活动与其周围环境相互作用下在热力场中的综合表现[1]。地表热力景观是地表温度以类自然景观的方式表现,在遥感影像上以像元为单位按相同、相似或在一定温度范围内划分标准下的聚集斑块。以热力景观方式研究地表温度能够更为直观、量化地展现城市的不同地表类型对应下的温度差异情况,为城市规划、决策以及城市发展提供支持。城市热力景观的研究对于城市的气候、城市生态环境以及城市人居环境有着深远的意义。本文中,利用Landsat-8卫星的OLI和TIRS数据,结合MODIS数据,采用劈窗算法对济南市地表温度进行反演。采用决策树分类方法对OLI数据进行济南市地表结构类型分类,分为植被、水体、裸地以及人工建筑四种地表结构类型。在分类的基础上,以植被覆盖度作为中间参数,分别计算得出四种地表结构类型的比辐射率。由于缺乏大气剖面资料,本文利用MODIS数据的第2和19波段计算大气水汽含量,进而获得大气透过率。以上述的为基础,采用劈窗算法,利用landsat-8数据TIRS两个热红外波段,反演得到济南市地表温度。在地表温度反演的基础上,采用均值-方差的划分方法,将济南市地表温度划分为五类等级。每一等级对应一类热力景观,分别为高温地表景观、次高温地表景观、中温地表景观、次低温地表景观以及低温地表景观。为能够客观地、真实的反应济南市地表温度,选取了四期具有代表性的遥感影像进行反演地表温度。在ENVI软件、GIS软件和Fragstats软件的支持下,统计各类热力景观斑块的面积、数量、周长、平均面积、平均周长和所占比例。引进景观生态学中的景观评价指标作为济南市热力景观分析研究的指标,分析济南市地表热力景观整体和各个下属行政区的热力景观的破碎度、热力景观的多样性、热力景观的优势度、热力景观的均匀度等。比较分析了四季温度随季节的变化而呈现的不同热力空间格局。对同一地表随季节变化而表现出不同的热力景观加以分析研究。分析研究济南市热力景观空间格局和地表结构类型与地表热力景观在空间的分布情况之间的关系。分析研究表明,济南市不同季节地表温度差异较大,四季整体温度变化较大,春季4月份高温区主要分布在历下区、历城区、章丘市的城镇地区以及裸露的山区,温度范围在306.86K~320.53K;低温区主要分布在黄河、大型水库以及其他水面,温度范围在289.41K~298.66K。夏季7月份中温区占据地表主导地位,温度范围在303.20K~306.10K,高温区主要分布在历下区、市中区、天桥区以及其他主要城镇地表,高温区比较集中温度范围在307.54K~318.66K;低温区主要分布在黄河、大型水库、其他水面以及海拔较低的山区,温度范围在296.39K~301.76K。秋季10月份温度有所降低,高温区相对离散,高温区主要分布在商河县、济阳县裸露的旱地以及章丘市裸露的山区地表,温度范围在300.12K~308.82K之间;低温区主要分布在黄河、大型水库以及海拔较低的山区,温度范围在282.81K~294.24K之间。到了冬季中温区占据主导地位,大部分分布在商河县、济阳县、章丘市北部等种植冬小麦地区,温度范围在269.72K~278.72K。高温区地区较为离散,主要分布在山区裸露的地表地区,温度范围在283.42K~292.10K。而低温区同样主要分布在黄河、大型水库以及海拔较低的光照较少的山区地区,温度范围在269.72K~278.72K。各个行政区热力景观类型空间分布具有较大的差异性。商河县内中温区占据绝对的优势,绝大部分地区呈现热力中温景观类型。济阳县热力景观类型较为丰富且被分割程度较大,主要以中温景观类型为主,少数高温景观类型分布在济阳县南部地区。章丘市主要以中温景观类型和高温景观类型占据主导地位且南北分布,北部为中温景观类型,南部是高温景观类型。历城区热力景观类型较为丰富,城区主要以高温景观类型为主,城区北部以中温景观类型为主,而南部主要为山区,海拔较低的山区因其日光照时间较短而呈现低温和次低温景观类型,还把较高的因其常年植被的覆盖遮阴,保温性较好处于中温景观类型。天桥区、历下区、槐荫区以及市中区景观类型空间分布相似,热力景观类型较为丰富,高温区主要分布城区人工建筑地表,低温区主要分布在水面地区。长清区热力景观空间分布与历城区相似,平阴县热力景观类型空间分布和商河县相似。
【图文】：

技术路线图

济南市

图 2-1 济南市位置示意图然概况地处中纬度地带，由于受太阳辐射、大气环流和地理环境的影响，属于暖温型气候。其特点是季风明显，四季分明，春季干旱少雨，，夏季温热多雨，秋冬季寒冷少雪。济南市内泉群较多、水量丰沛，具有“泉城”之称。济南市河、小清河两大水系，市内有众多湖泊、大型水库等。森林植被主要分布有乔镇建设区主要分布在历下区、天桥区、槐荫区、市中区以及长清区。
【学位授予单位】：山东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P407;P423

【参考文献】