基于遥感技术的黔中山原地区热效应研究

学校；低温工主要分布在中心城区的部分水库和南部的龙宫镇、新场乡、岩腊乡、甘堡林场、鸡场乡、杨武乡还有北部蔡官镇的部分村的林地和河流水库。

4.2 温度与面积分布特征

温度的像元个数的多少可直接反映温度分布面积大小，图3温度与面积分布，表示了地面近似温度反演图像中以像元值（温度）为样本的分布情况，说明极低温区和极高温区面积较少、中温面区积多，平均温度集中在20℃，温度面积服从正态分布。

5 热效应驱动力

本文引入了热效应贡献度（Hi）、热单元权重指数（D1）和区域热单元权重指数（D2）等概念[4-7]。

所谓热效应贡献度指数（Hi）是指不同温度的地类对区域平均温度的影响，即对区域热环境的贡献，计算公式如下：

式中Tij为地类i中高于区域平均温度的第j个像元的温度，Ta0表示成像时区域的平均温度，ni为地类i中温度高于区域平均温度的像元数量，N表示区域土地面积，Hi′为初始热效应贡献度。

热单元权重指数D1表示高于平均温度的地块面积在本土地利用类型中所占的比重，区域热单元权重指数D2表示高于平均温度的地块面积占区域土地总面积的比重是，计算方法如下：

D1=（ni/Ni）×100%

D2=（ni/N） ×100%

Ni表示地类i的面积。

表1是不同地类热环境的影响指数，通过比较发现西秀区热效应贡献度最大的是裸地，导致此现象的原因除了裸地面积是所有下垫面的面积最大的外，主要还与裸的物理性质有很大关系，裸地主要是岩石裸露率较高的土地，岩石主要为石灰岩和白云质砂岩，一般来说，温度越高，热导率越低；其次是建筑用地，由于建筑群、道路、工业区、商业区、机场以及特殊的建筑材料所致，人类活动和工业污染引起的大气污染也是不容忽视的因素；第三是林地，林地热贡献度和区域热单元指数并不是很高；水体是热效应贡献度最小。

从不同土地利用类型的热单元权重指数D1来看，水体、建筑用地和裸地温度超过平均温度的地块较多，林地次之；区域热单元权重指数D2表明裸地、林地中高于平均温度的地块占区域总面积的比重较大，其次是建筑用地，然后是水体。

5.1 地形因子与热环境的分析

西秀区具有极其复杂的地形，城市大部分地区都处在地势起伏的中山丘陵地带，这一特殊的地形特征对城市热岛时空演化分布特征产生一定的影响。本研究利用研究区域的数字高程模型（DEM）数据，提取海拔、坡度、坡向等地形因子，分别将海拔按等距离分类法分为3个区间段，分别为1064～1274 m、1275～1484 m、1485～1694 m；将坡度按自然段点法分为6个区间段0～5°、6～8°、9～13°、14～18°、19～25°、26～42°6类；将坡向分类东（406～45）、南（46～135）、西（136～225）、北（226～405）4类。利用ArcGIS的区域统计功能，分别统计出不同海拔区段、不同坡度级、不同坡向的温度平均值进行相关分析，得出不同地形因子对地面温度的影响。

为了降低城镇用和水体对分析结果的影响，本研究主要针对自然地表温度进行分析。海拔高度对温度的影响是比较大的，R2值为0.8969，温度随海拔的升高递减规律；坡向对温度也有较明显的影响，影像成像日为秋分过后几天，11时24分西南方面正处于阳坡，东北方向处于阴坡，因此西南方向地表温度比东北方向高；坡度对地表温度的影响较为明显，R2值为0.9629，随坡度的升高呈现明显递减的规律。

5.2 植被与热环境的分析

5.2.1 石漠化程度对热环境的影响

由图4（a）可知，裸地地表平均温度为21.15 ℃，其中无石漠化地表平均温度为21.12 ℃，面积112170.51 hm2；轻度石漠化地表平均温度为21.33 ℃，面积96353.37 hm2；中度石漠化地表平均温度为21.52 ℃，面积3271.68 hm2；重度石漠化地表平均温度为21.65 ℃，面积1530.9 hm2。裸地地表平均温度与石漠化等级程度呈正相关，石漠化等级越高，面积越大，地表平均温度越高。

由图4（b）可知，林地地表平均温度为20.10 ℃，其中无石漠化地表平均温度为20.01 ℃，面积40967.55 hm2；轻度石漠化地表平均温度为20.21 ℃，面积6433.02 hm2；中度石漠化地表平均温度为20.59 ℃，面积4144.59 hm2；重度石漠化地表平均温度为20.77 ℃，面积1680.3 hm2。同样林地地表温度与石漠化等级程度呈正相关，石漠化等级越高，面积越大，地表平均温度越高。

5.2.2 植被覆盖度对热环境的影响

一般来讲，一个地区的植被相对于其他下垫面类型具有较低的地表温度，这主要是由植被的蒸腾作用所致。植被表面（主要是叶子）不断地向空气中蒸腾水分，使植被周围空气的湿度和温度发生了一系列的变化，从而起到降低温度的作用。而一个地区的植被覆盖情况，一般用植被覆盖度来表示，而植被覆盖度又是由植被指数来确定。以往的研究中大部分学者都是采用用归一化植被指数（NDVI）这个指标。

西秀区属于典型的喀斯特地貌，区域地形比較复杂，在分析地表覆盖度与地表温度的关系时，不能简单的运用植被指数的高低与下垫面的关系进行研究。基于此，本研究采用人机互译，采用Landsat8影像数据与石漠化矢量数据、林地变更数据进行分类，将明显集中分布地类进行分类，再将各地类的平均值进行比较，按此原则分将下垫面分为建筑用地、裸地、宜林地、灌木林地、乔木林地、水体6类，如图5各地类的平均值由大到小排顺序为建筑用地、裸地、宜林地、灌木林地、乔木林地、水体，这也符合理论与实际。由此可见，就从地类单因素来讲，建筑用地、裸地增加会使地表热效应越来越强，而林地与水体则具有缓解热效应的作用。

5.3 典型地物与热环境的分析

选取乡村建设用地、高密集城镇建设用地、建材市场、机场、学校进行分析。由图6（a）典型地物地表温度曲线图可知，地表温度最高的是安顺市火车站，其次是安顺市体育馆、安运司综合建材市场等，最低的是郊区安顺学院、对门寨等5个村寨；地表平均温度由高到低的顺序为安顺体育馆、安运司综合建材市场、安顺火车站、兴伟花园、安顺世纪城小区、黄果树机场、篷赛斯花园、机场航站楼、安顺学院、对门寨等5个村寨；地表最低温度由高到低的是安运司综合建材市场、安顺体育馆、黄果树机场、兴伟花园、安顺世纪城小区、安顺学院、对门寨村寨、安顺火车站、石头寨村寨、篷赛斯花园、龙家庄村寨、机场航站楼、五里屯村寨、火烧寨村寨。由典型地物曲线图可知，安运司综合建材市场最低温度、平均温度、最高温度相差不大，地表温度比较稳定。经验证，安运司综合建材市场完全为纯建筑物组成，地面没植被分布，而其它典型地物或多或少都有植被分布。

下面将典型地物按城区建筑、城郊结合部建筑、乡村建筑进行分类，再对比其平均值，如图6（b）所示，城区地表平均温度28.61 ℃，城郊结合部地表平均温度24.09 ℃，乡村地表平均温度23.21 ℃，由平均地表温度高到低排序为城区、城郊结合部、乡村，这完全符合理论实际，主要原因在于城区建筑密集、高低错综复杂、人口集中、夏季人为执排放较大、空气流动较缓；特殊的建筑材料，热惯量较大，吸收热量快，散发热量慢；不透水面导致大量雨水快速流失，绿地、河流、水库较少，缺乏蒸腾作用导致城区比郊区、乡村地表温度高的原因。与城区相比，虽然建筑材料都相差不大，但城郊结合建筑密度没有城区密集，工厂也相对较为分散，空气流动快，地表热容易扩散。而乡村建筑比较分散、建筑高度较低、人口稀少、工矿较少，乡村建筑大多选在依山傍水、绿树成荫的地方，少量的热量很快扩散，所以乡村温度相对较低。

5.4 水体与热环境的分析

选取面积较大的不同水库进行分析，将不同水库与温度等级分布图叠加，统计出不同水库的最小值、最大值、平均值，从图7可知，各水库的平均温度相差不大，而最低温度较低的水库有油菜河水库、雷家坡水库、虹山水库、红岩水库，最低温度相对较高的有土地坡水库、朱官水库、黑石头水库，对应面积较大的也是油菜河水库、雷家坡水库、虹山水库、红岩水库，面积相对较小的是土地坡水库、朱官水库、黑石头水库，可见容量大、水位深的水库最低温度要低。面积相对较小的土地库水库、朱官水库、黑石头水库中，朱官水库最高温度、最低温度、平均温度比土地水库和黑石水库要低，经核实验证土地坡水库、黑石头水库处于城郊，周围都是裸地和建筑，水体浑浊，垃圾较多，受到严重污染，而朱官水库远离城市，处于茂密的森林旁边，水体深兰色，干净、清亮，这说明水体受污染程度越高，地表温度就越高，水体受污染程度越小，地表温度就越低。

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