广州市城市热岛效应与工业GDP相关性分析

*张子矜

(南京市第二十九中学(高中部) 江苏 210000)

广州市城市热岛效应与工业GDP相关性分析

*张子矜

(南京市第二十九中学(高中部) 江苏 210000)

广州市是我国最重要的中心城市之一,城市化程度较高,随着城市的发展,城市热岛效应逐渐凸显.本研究利用Landsat8热红外影像采用大气校正法对广州市进行了地表温度反演,并结合GlobalLand30地表分类产品与经济统计数据,研究了广州市的城市热岛效应与产业结构的关系.研究结果表明,广州市城区各区的建成区地表平均温度与单位面积工业GDP有很强的相关性,相关系数高达88%,由结果可见,工业是影响热岛效应的主要原因之一.本文可给城市规划、环境保等提供参考.

广州市;热红外遥感;城市热岛;产业结构;相关性分析

1.前言

广州市是我国最重要的商贸城市,也是城市化程度、人均GDP等各项经济指标最高的城市之一.随着城市化进程的不断深入,城市热岛等现象逐渐凸显.而遥感手段由于其可大面积获取地表信息等特性,被广泛应用在环境、生态等研究领域.利用热红外遥感影像可以得到地表温度的空间分布,因此也被应用在城市热岛的研究中.

前人对广州市的城市热岛效应进行了较深入的研究,如邓玉娇等人的研究中所述,随着广州市人口的不断增长,热岛效应呈不断增强的趋势;对于城市热岛效应产生的原因也有很多阐述,如任玉玉等人的研究表明,城市热岛主要是由于城市化、工业化的影响.而对于广州市城市热岛效应与工业GDP产值之间的相关关系还未见阐述.

因此,本研究利用Landsat8热红外影像采用大气校正法对广州市进行了地表温度反演,并结合GlobalLand30地表分类产品与经济统计数据,进行了广州市的城市热岛效应与工业GDP产值的相关性研究.

2.研究区域与研究数据

(1)研究区域介绍

广州市地处中国南部、广东省中南部,下辖11个区.2016年中国城市GDP排名中,广州市排名第三位,仅次于上海和北京.广州市是我国最重要的商贸中心之一,其第三产业占GDP比重达到68.56%.

本次研究中选取了广州市的6个区作为研究对象,分别是荔湾区、越秀区、海珠区、天河区、白云区、黄埔区,这六个区空间相邻,区域面积大致相当,且均为广州市市区,经济相对发达.

(2)研究数据准备

①遥感影像的准备

本文所用数据为Landsat8遥感影像,Landsat8是美国NASA陆地卫星计划中的第8颗卫星,2013年2月升空,搭载两个主要载荷:OLI和TIRS.其中OLI(全称:Operational Land Imager,陆地成像仪);TIRS(全称:Thermal Infrared Sensor,热红外传感器).

综合数据可用性、云量等多种因素,本研究中选取了2015年10月18日的一景影像进行数据处理与分析.

②GlobalLand30地表分类产品

GlobalLand30全球30米地表分类产品数据,是由国家基础地理信息中心牵头,国内十余家单位参与,以2010年卫星影像为主,综合上万幅数据,得到了30米空间分辨率的地表分类产品.

该产品将全球地表分为了10个类型,分别是:耕地、森林、草地、灌木地、湿地、水体、苔原、人造地表、裸地、冰川和永久积雪.

人造地表的定义如下:由人工建造活动形成的地表,包括城镇等各类居民地、工矿、交通设施等,不包括建设用地内部连片绿地和水体.

本研究中提取出了人造地表的面积,以研究各区人造地表面积的温度分布不同与各区工业GDP产值的关系.

③广州市经济数据

广州市的经济数据来自于广州市统计局官网(http://www.gzstats.gov.cn/),统计数据信息丰富,本文主要采用了广州市2014年单位面积的工业GDP产值数据.

注* 2014年统计数据为2015年初发布,至遥感影像拍摄日期,2015年统计数据尚未发布,因此只能采用2014年统计数据.

3.研究方法

(1)基于大气校正法的地表温度反演

大气校正法的原理是依据大气辐射传输方程,如下式所示:Lλ=[εB(Ts)+(1-ε)L↓]τ+L↑

其中,ε为地表比辐射率,Ts为地表真实温度(K),B(Ts)为黑体热辐射亮度,τ为大气在热红外波段的透过率,为大气的下行辐射,为大气的上行辐射.

大气的透过率、上行辐射和下行辐射通过NASA提供的网站进行计算(网址是:http://atmcorr.gsfc.nasa.gov ).

不同的地物有不同的发射率,可以通过归一化植被指数的方法进行地表发射率赋值.

通过以上计算,可以得到B(Ts),再通过普朗克公式计算可以得到地表温度Ts.

(2)相关性分析

相关关系是一种非确定性的关系,相关系数是研究变量之间线性相关程度的量.由于研究对象的不同,相关系数有如下几种定义方式.

简单相关系数:又叫相关系数或线性相关系数,一般用字母r 表示,用来度量两个变量间的线性关系.

4.结果与分析

采用上述方法对搜集到的数据进行计算和处理,温度反演结果如下图示:

图1 广州市2015年10月18日地表温度图

利用提取出来的人造地表土地类型对反演得到的地表温度图进行裁剪,结果如下:

图2 裁剪得到的各区人造地表类型的地表温度分布

对各区求平均温度,并搜集得到数据经济数据如下表:

表1 研究各区的计算数据表

由以上结果可知,对于人造地表的平均温度来说,不同的区有2℃的差异,如荔湾区和黄浦区均为32摄氏度以上,天河区也在31摄氏度以上,相对应的,这三个区的单位面积工业GDP也相对另外三个区较高,荔湾区、黄浦区和天河区的单位面积工业GDP均在3亿元每平方公里以上,远比越秀区、海珠区和白云区高.对人均地表温度数据和单位面积工业GDP数据使用上一章节的公式进行相关系数计算,得到的两组数据的相关系数高达0.88.

5.结论与讨论

⑴结论:从上一章节的结果分析可知,广州的城市热岛效应与单位面积的工业GDP之间有很强的相关性,两者之间的相关系数为0.88,综合考虑广州为商贸城市,工业GDP仅占总GDP的9%以内,而同期全国的工业GDP占总GDP的比值在45%以上.由以上结论可知,工业产值是导致城市地表温度升高的主要原因之一.

⑵讨论:在本文分析中仅考虑了一年的单个城市的数据,还不够有代表性,因此,在未来的研究中,可以综合多年与多个不同城市的的数据进行探究与分析.

[1]邓玉娇,匡耀求,黄锋.基于Landsat/TM资料研究广州城市热岛现象[J].气象,2010,36(1):26-30.

[2]任玉玉,任国玉,张爱英.城市化对地面气温变化趋势影响研究综述[J].地理科学进展,2010,29(11):1301-1310.

[3]徐菲,吴世文.基于单窗算法和大气校正算法的TM热红外波段温度反演比较[J].时代报告:学术版,2012(8):49-49.

张子矜,女,南京市第二十九中学(高中部);研究方向:海洋科学.

Correlation Analysis of Urban Heat lsland Effect and lndustrial GDP in Guangzhou City

Zhang Zijin
(No. 29 Middle School of Nanjing City( High School ), Jiangsu, 210000)

Guangzhou is one of the most important central cities in China and the degree of urbanization is high. With the development of the city, the urban heat island effect is gradually prominent. In this study, the surface temperature inversion of Guangzhou city was carried out by using the atmospheric correction method through the Landsat 8 thermal infrared image, and the relationship between the urban heat island effect and industrial structure of Guangzhou city was studied combining with the GlobalLand 30 surface classification products and economic statistics. The results show that the average surface temperature of the built-up area of Guangzhou city is closely related to the industrial GDP of the unit area, and the correlation coefficient is up to 88 %. The results show that industry is one of the main reasons affecting the heat island effect. This paper can provide reference for urban planning, environmental protection and so on.

Guangzhou;thermal infrared remote sensing;urban heat island;industrial structure;correlation analysis.

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