一种基于可变阈值的热岛强度界定和空间特征遥感分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于可变阈值的热岛强度界定和空间特征遥感分析方法，本发明 提出一种新的热岛强度等级划分方法，可较好实现城市热岛的有效界定，可有效避免由于 极端天气、季节变化等导致的热岛强度差异大的问题，便于同季节不同热岛强度等级的空 间分布特征分析。
【背景技术】
[0002] 对于热岛演变、地表热场分布、热岛结构等的监测分析均会涉及到城市热岛的界 定问题及热岛强度等级划分。因此寻求比较科学的热岛等级划分方法尤为重要。目前热岛 强度等级划分方法主要有两种：等间距分级法与兼顾均值和标准差法。
[0003] >等间距分级法
[0004] 采用等间距分级法对热岛强度进行等级划分的研究成果较多：张勇利用 CBERS-02IRMSS热红外地表温度反演数据，采用阈值法将热力异常指数分为6级，对北京市 热岛效应进行了定量化分析；徐涵秋将两景TM热红外数据，进行正规化处理之后，采用密 度分割技术，将地面亮温平均划分为7个等级。王坚将热岛温度场分为温差多1°C、温差 彡2°C、温差彡3°C等，代表热岛不同强度区域。张兆明（2005)、吴学伟（2006)等利用TM亮 度温度数据，经极差标准化处理为0-1之间，将其等分为5个间隔，分别代表温度最低区、温 度较低区、过渡区、次强热岛区、强热岛区；但是等间距分级法很难确定最佳分割点和分级 数，且根据不同分级数所得到的城市热岛结构和强度也不同。
[0005] >兼顾均值与标准差法
[0006] 均值标准差法是利用地表温度均值和不同标准差倍数的组合来划分地表热场，可 以较好的实现城市热岛的有效界定。标准差反映了温度相对于平均温度的偏离程度，用均 值与标准差能反映不同地物温度的变异程度。张金区根据寻找背景值的方法，将平均值与 标准差的不同倍数相加，并将所研究城市的地表温度被划分为11个区间，研究结果发现城 市中80%的像元都位于距平均值±1倍方差之内。陈松林按照不同的标准差分割点，将城 市热场分别划分为4~6级，与等间距分级法比较之后发现，在分级数的敏感性方面，均值 与标准差法较等间距法小，在温度变异细节和热岛空间分布表现力方面也优于等间距法。 但春、夏季热岛强度易受到地表覆盖与太阳照射强度的影响，变化幅度较大，标准差相较于 秋、冬季更明显，因此同样很难确定统一的均值与标准差。
[0007] 针对上述问题，本发明采用可变阈值的方法，可有效避免由于极端天气、季节变化 等导致的热岛强度差异较大的现象，且以同一标准衡量不同季节内的城市热岛强度，便于 比较同一季节中不同热岛强度等级的空间分布。
【发明内容】
[0008] 针对城市热岛强度界定中，现有的城市热岛等级划分方法仍然不能较好的衡量热 岛强度的问题，本发明提供了一种基于可变阈值的热岛强度界定和空间特征分析方法，可 有效的实现以同一标准衡量不同季节的城市热岛强度。
[0009] 定义第i年j月，第k天地表温度产品中象元（X，y)的热岛等级，其中Tij(k，X， y)、TB_ij、ΔTij分别为第i年j月的像元（x，y)地表温度（第k天）、平均缓冲区温度及 平均热岛强度。该计算方法包括如下步骤：
[0010] 步骤 1) 一级热岛：TB_ij彡Tij(k，X，y) <TB_ij+ATij;
[0011] 步骤 2)二级热岛：TB_ij+ATij彡Tij(k，x，y) <TB_ij+2ATij;
[0012] 步骤 3)三级热岛：TB_ij+2ΔTij彡Tij(k，x，y) <TB_ij+3ΔTij;
[0013] 步骤 4)四级热岛：TB_ij+3ATij彡Tij(k，x，y) <TB_ij+4ATij;
[0014] 步骤 5)五级热岛：Tij(k，x，y)彡TB_ij+4ΔTij;
[0015] 步骤6)统计不同热岛强度等级出现频率，并进行空间分布特征分析；
[0016] 步骤7)计算热岛强度等级期望值，并进行空间分布特征分析；
[0017] 进一步，所述步骤1)的具体方法为：
[0018] a)确定城郊边界，对遥感影像进行地表温度反演，获得城区第i年j月第k天，象 元（X，y)的地表温度Tij(k，X，y)、城区地表平均温度Turban和缓冲区平均温度Tboudary; b)统计每月缓冲区温度平均值，得到第i年j月平均缓冲区温度TB_ij;c)按照ΔΤ= Turban-Tboudary计算第i年j月第k天城区热岛强度ΔT;d)统计每月热岛强度平均值， 得到第i年j月城区平均热岛强度ATij;e)按照定义的公式TB_ij彡Tij(k，x，y) <TB_ ij+ΔTij，统计属于一级热岛的像元。
[0019] 进一步，所述步骤2)的具体方法为：
[0020] a)按照定义的公式TB_ij+ATij彡Tij(k，X，y) <TB_ij+2ΔTij，统计属于二级 热岛的像元。
[0021] 进一步，所述步骤3)的具体方法为：
[0022] a)按照定义的公式TB_ij+2ATij彡Tij(k，x，y) < 了8_。+3么1^_，统计属于三级 热岛的像元。
[0023] 进一步，所述步骤4)的具体方法为：
[0024] a)按照定义的公式TB_ij+3ATij彡Tij(k，x，y) < 丁8_。+4八1^，统计属于四级 热岛的像元。
[0025] 进一步，所述步骤5)的具体方法为：
[0026] a)按照定义的公式Tij(k，X，y)彡TB_ij+4ΔTij，统计属于五级热岛的像元。
[0027] 进一步，所述步骤6)的具体方法为：
[0028] a)将影像数据按照四季分类，并记录各个季节的影像张数n;b)根据公式：热岛等 级出现频率P=热岛等级像元值之和m/相应季节影像张数n，计算得到不同季节的不同热 岛强度等级出现频率；c)在ArcMap中分别对春夏秋冬四季白天和夜晚的不同热岛强度等 级出现频率进行制图，并对季节内不同热岛强度等级出现频率进行空间特征分析。
[0029] 进一步，所述步骤7)的具体方法为：
[0030] a)根据公式E=Σi*pi计算得到热岛强度等级期望值E，其中pi为第i级热岛 出现频率。b)在ArcMap中分别对春夏秋冬四季白天和夜晚研究区内的热岛强度等级期望 值进行制图，并对期望值分布进行空间特征分析。
【附图说明】
[0031] 图1为热岛强度等级定义；
[0032] 图2为白天不同热岛强度等级出现的频率；
[0033] 图3为夜间不同热岛强度等级出现的频率；
[0034] 图4为热岛强度等级期望值；
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图对本发明"一种基于可变阈值的热岛强度界定和空间特征