城市热岛效应遥感评估技术规范DB4403／T 193-2021.pdf

I C S 1 1 3.0 2 0.4 0C C S Z 5 1DB4403深 圳 市 地 方 标 准D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 1城 市 热 岛 效 应 遥 感 评 估 技 术 规 范T e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n o f u r b a n h e a t i s l a n d e f f e c t m o n i t o r i n g b y r e m o t es e n s i n g2 0 2 1-1 0-2 6 发 布 2 0 2 1-1 1-0 1 实 施深 圳 市 市 场 监 督 管 理 局发 布D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 1I目 次前 言.I I引 言.I I I1 范 围.12 规 范 性 引 用 文 件.13 术 语 和 定 义.14 总 则.15 城 市 热 岛 效 应 遥 感 评 估 流 程 和 方 法.2附 录 A（规 范 性）遥 感 数 据 地 表 温 度 计 算 方 法.5附 录 B（规 范 性）地 面 核 查 规 范.7附 录 C（规 范 性）城 市 热 岛 效 应 强 度 计 算 方 法.8参 考 文 献.9D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 1I I前 言本 文 件 按 照 G B/T 1.1 2 0 2 0 标 准 化 工 作 导 则 第 1 部 分：标 准 化 文 件 的 结 构 和 起 草 规 则 的 规 定起 草。本 文 件 由 深 圳 市 生 态 环 境 局 提 出 并 归 口。本 文 件 起 草 单 位：深 圳 市 环 境 监 测 中 心 站、中 国 科 学 院 地 理 科 学 与 资 源 研 究 所、中 国 环 境 监 测 总 站。本 文 件 主 要 起 草 人：王 伟 民、熊 向 陨、郭 键 锋、梁 鸿、刘 凯、唐 力、罗 海 江、董 贵 华、曾 清 怀、苏红 波、许 旺、黄 锡 坚、刘 江、潘 晓 峰、明 珠、余 欣 繁、焦 敏、尹 淳 阳、张 志 刚、戴 伟 强。D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 1I I I引 言为 有 效 评 估 深 圳 城 市 热 岛 效 应，为 治 理 城 市 生 态 环 境 提 供 依 据 和 参 考，特 制 定 本 文 件。本 文 件 强 调 了 遥 感 技 术 在 城 市 热 岛 效 应 监 测 中 的 重 要 性，对 城 市 热 岛 遥 感 监 测 做 出 了 系 统 化、专 业化 的 规 范 性 指 导，有 利 于 推 动 深 圳 市 城 市 热 岛 监 测 工 作 标 准 化，可 以 为 深 圳 市 开 展 城 市 热 岛 监 测、城 市生 态 服 务 评 估 和 城 市 规 划 修 编 等 相 关 技 术 工 作 提 供 参 考。D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 11城 市 热 岛 效 应 遥 感 评 估 技 术 规 范1 范 围本 文 件 规 定 了 城 市 热 岛 效 应 遥 感 评 估 的 总 则、流 程 和 方 法。本 文 件 适 用 于 深 圳 市 的 城 市 热 岛 效 应 遥 感 评 估 工 作。2 规 范 性 引 用 文 件下 列 文 件 中 的 内 容 通 过 文 中 的 规 范 性 引 用 而 构 成 本 文 件 必 不 可 少 的 条 款。其 中，注 日 期 的 引 用 文 件，仅 该 日 期 对 应 的 版 本 适 用 于 本 文 件；不 注 日 期 的 引 用 文 件，其 最 新 版 本（包 括 所 有 的 修 改 单）适 用 于 本文 件。G B 5 0 1 3 7 2 0 1 1 城 市 用 地 分 类 与 规 划 建 设 用 地 标 准D Z/T 0 1 4 3 1 9 9 4 卫 星 遥 感 图 像 产 品 质 量 控 制 规 范3 术 语 和 定 义下 列 术 语 和 定 义 适 用 于 本 文 件。3.1城 市 热 岛 效 应 u r b a n h e a t i s l a n d e f f e c t,U H I城 市 地 表 温 度 明 显 高 于 外 围 郊 区 地 表 温 度 的 现 象。3.2城 市 热 岛 效 应 强 度 u r b a n h e a t i s l a n d e f f e c t i n t e n s i t y,U H I I城 市 热 岛 效 应（3.1）的 绝 对 强 度 值。3.3地 表 温 度 l a n d s u r f a c e t e m p e r a t u r e大 气 与 地 表 结 合 部 的 温 度 状 况，地 面 表 层 的 温 度。注：距地表 0 c m 高度的温度。3.4空 间 分 辨 率 s p a t i a l r e s o l u t i o n遥 感 影 像 上 能 够 识 别 的 两 个 相 邻 地 物 的 最 小 距 离。3.5像 元 p i x e l包 含 空 间 和 光 谱 响 应 强 度 两 个 变 量 的 遥 感 图 像 数 据 单 元。4 总 则4.1 原 理D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 12基 于 遥 感 数 据 反 演 城 市 地 表 温 度，根 据 地 面 观 测 数 据 对 遥 感 反 演 的 地 表 温 度 进 行 订 正；从 地 表 温 度空 间 差 异 获 取 评 估 区 域 地 表 温 度 空 间 分 布，确 定 不 透 水 层 地 表 与 绿 地、水 体 的 相 对 地 表 温 差 分 布，获 得热 岛 效 应 强 度 的 空 间 分 布 情 况。4.2 评 估 时 间遥 感 影 像 获 取 时 间。4.3 遥 感 数 据 选 择4.3.1 选 择 原 则遥 感 数 据 的 选 择 符 合 以 下 原 则：使 用 的 数 据 包 含 热 红 外 波 段，可 通 过 算 法 反 演 得 到 地 表 温 度；城 市 热 岛 区 域 的 影 像 云 量 的 覆 盖 率 1 0%；选 取 卫 星 数 据 时 采 用 无 明 显 条 带 或 大 面 积 数 据 缺 失 的 数 据，评 估 时 采 用 最 接 近 卫 星 过 顶 时 刻 发布 的 辐 射 定 标 系 数；红 外 影 像 空 间 分 辨 率 等 于 或 优 于 3 0 0 m。4.3.2 遥 感 数 据 来 源根 据 4.3.1 的 要 求 选 择 覆 盖 评 估 区 域，具 有 1 0.4 m 1 2.5 m 热 红 外 测 温 波 段（单 通 道 或 多 通 道）的 卫 星 遥 感 数 据。主 要 数 据 来 源 包 括 但 不 限 于 H J-1 B、G a o F e n 和 L a n d s a t-8 T I R S。5 城 市 热 岛 效 应 遥 感 评 估 流 程 和 方 法5.1 评 估 流 程城 市 热 岛 效 应 遥 感 评 估 工 作 流 程 如 图 1 所 示，包 括 以 下 几 个 方 面：资 料 收 集 与 数 据 处 理；地 表 温 度 计 算；地 面 核 查 与 质 量 控 制；城 市 热 岛 效 应 强 度 计 算：城 市 热 岛 效 应 强 度 评 估；影 响 分 析。D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 13图 1 城 市 热 岛 效 应 评 估 工 作 流 程 图5.2 资 料 收 集 与 数 据 处 理资 料 收 集 与 数 据 处 理 包 括 以 下 内 容：遥 感 数 据，按 照 D Z/T 0 1 4 3 1 9 9 4 第 3 章 中 对 卫 星 遥 感 图 像 质 量 控 制 的 规 定，进 行 辐 射、几 何纠 正 等 预 处 理 工 作；气 象 资 料，从 气 象 数 据 库 获 取；社 会 经 济 资 料，通 过 开 展 调 研、收 集 相 关 文 献 获 取。5.3 地 表 温 度 计 算基 于 辐 射 传 输 方 程 法 获 取 遥 感 地 表 温 度，地 表 温 度 计 算 方 法 应 符 合 附 录 A 的 规 定。5.4 地 面 核 查 与 质 量 控 制在 不 同 区 域 设 置 评 估 点 位，选 择 与 卫 星 遥 感 数 据 同 步（或 准 同 步）的 时 间，进 行 地 表 温 度 与 比 辐 射率 评 估，要 求 现 场 实 测 的 地 表 温 度 与 遥 感 评 估 结 果 的 平 均 偏 差 1.0。评 估 点 位 的 选 取 按 照 G B 5 0 1 3 7 2 0 1 1 第 3 章 中 对 城 市 用 地 分 类 的 规 定，地 面 核 查 应 符 合 附 录 B 的 规 定。5.5 城 市 热 岛 效 应 强 度 计 算将 不 透 水 层 地 面 的 平 均 地 表 温 度，与 同 一 时 间 的 植 被（与 水 体）的 平 均 地 表 温 度 进 行 差 值 处 理，基于 式（1）获 取 城 市 热 岛 效 应 强 度。城 市 热 岛 效 应 强 度 的 计 算 方 法 应 符 合 附 录 C 的 规 定。D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 14=(1)式 中：U I 城 市 热 岛 效 应 强 度，单 位 为 摄 氏 度（）；L S Ti m 不 透 水 层 地 面 地 表 温 度，单 位 为 摄 氏 度（）；L S Tu r 植 被 地 表（与 水 体）温 度，单 位 为 摄 氏 度（）。5.6 城 市 热 岛 效 应 强 度 评 估城 市 热 岛 效 应 强 度 划 分 如 表 1 所 示，五 个 等 级 对 应 的 表 述 是 无、弱、中 等、强、极 强，等 级 的 划 分标 准 根 据 各 个 区 的 实 际 状 况 适 当 修 正。依 据 城 市 热 岛 效 应 强 度 等 级，对 城 市 热 岛 效 应 进 行 评 估。表 1 城 市 热 岛 效 应 强 度 评 估 分 级 标 准单位为摄氏度热岛强度 U I 1.5 1.5 U I 2.5 2.5 U I 3.5 3.5 U I 4.5 U I 4.5等级 无 弱 中等 强 极强5.7 影 响 分 析基 于 以 下 方 面 开 展 城 市 热 岛 效 应 影 响 分 析，根 据 实 际 需 要 编 制 评 估 报 告：城 市 热 岛 对 城 市 气 候 的 影 响，结 合 气 象 站 资 料 和 气 候 资 料，对 比 分 析 城 市 热 岛 效 应 对 城 市 气 温变 化 的 作 用,以 及 对 气 候 变 化 趋 势 的 影 响；城 市 热 岛 效 应 对 城 市 景 观 的 影 响，根 据 园 林 部 门 的 数 据 或 文 献 资 料,详 细 分 析 城 市 热 岛 效 应 对城 市 绿 地 规 划、水 环 境 规 划 及 城 市 能 源 规 划 的 影 响；城 市 热 岛 效 应 对 人 体 健 康 的 影 响，结 合 当 地 医 院、学 校 相 关 资 料，综 合 分 析 城 市 热 岛 效 应 对 人体 疾 病 及 热 舒 适 度 的 影 响。D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 15AA附 录 A（规 范 性）遥 感 数 据 地 表 温 度 计 算 方 法A.1 亮 度 温 度 计 算A.1.1 辐 亮 度 基 于 式（A.1）获 取。=+(A.1)式 中：L 辐 亮 度，单 位 为 瓦 每 平 方 米 每 球 面 立 体 角 每 微 米 波 长（W m-2 s r-1 m-1）；a 定 标 系 数 增 益，单 位 为 瓦 每 平 方 米 每 球 面 立 体 角 每 微 米 波 长（W m-2 s r-1 m-1）；D N 热 红 外 辐 射 信 息；b 定 标 系 数 偏 移 量，单 位 为 瓦 每 平 方 米 每 球 面 立 体 角 每 微 米 波 长（W m-2 s r-1 m-1）。A.1.2 基 于 式（A.2）利 用 定 标 系 数 将 热 红 外 辐 射 信 息 转 化 为 亮 度 温 度。=1(2+1）(A.2)式 中：Tb 亮 度 温 度，单 位 为 开 尔 文（K）；K1 波 段 相 关 的 转 换 常 数，单 位 为 瓦 每 平 方 米 每 球 面 立 体 角 每 微 米 波 长（W m-2 s r-1 m-1）；K2 波 段 相 关 的 转 换 常 数，单 位 为 开 尔 文（K）；L 辐 亮 度，单 位 为 瓦 每 平 方 米 每 球 面 立 体 角 每 微 米 波 长（W m-2 s r-1 m-1）。A.2 地 表 温 度 计 算A.2.1 亮 度 温 度 基 于 地 表 比 辐 射 率 校 正 为 地 表 温 度，如 式（A.3）所 示。=1+()2 7 3.1 6(A.3)式 中：L S T 地 表 温 度，单 位 为 摄 氏 度（）；Tb 亮 度 温 度，单 位 为 开 尔 文（K）；发 射 波 长，单 位 为 微 米（m）；转 换 常 量，单 位 为 米 开 尔 文（m K）；地 表 比 辐 射 率。A.2.2 计 算 式（A.3）中 转 换 常 量 基 于 式（A.4）获 取。=(A.4)式 中：转 换 常 量，单 位 为 米 开 尔 文（m K）；D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 16h 普 朗 克 常 数，单 位 为 焦 耳 秒（J s）；c 光 速，单 位 为 米 每 秒（m/s）；玻 尔 兹 曼 常 数，单 位 焦 耳 每 开 尔 文（J/K）。A.3 地 表 比 辐 射 率 计 算A.3.1 方 法地 表 比 辐 射 率 依 据 归 一 化 植 被 指 数 计 算，分 为 以 下 三 种 情 况 考 虑：a)像 元 归 一 化 植 被 指 数 小 于 最 小 阈 值 时，采 用 裸 地 的 地 表 比 辐 射 率 值；b)像 元 归 一 化 植 被 指 数 大 于 最 大 阈 值 时，采 用 植 被 的 地 表 比 辐 射 率 值；c)像 元 归 一 化 植 被 指 数 在 其 它 情 况 下，认 为 是 裸 土 和 植 被 混 合 区。A.3.2 混 合 区 地 表 比 辐 射 率 反 演A.3.2.1 基 于 式（A.5）计 算 混 合 像 元 的 地 表 比 辐 射 率 值。=1+1+(A.5)式 中：混 合 像 元 地 表 比 辐 射 率；v 植 被 比 辐 射 率；F 形 态 参 数，取 不 同 几 何 分 布 情 况 下 的 平 均 值；Pv 植 被 构 成 比 例；s 土 壤 比 辐 射 率。A.3.2.2 式（A.5）中 的 植 被 构 成 比 例 基 于 式（A.6）获 取。=2(A.6)式 中：Pv 植 被 构 成 比 例；N D V I 归 一 化 植 被 指 数 值；N D V Im i n 归 一 化 植 被 指 数 最 小 阈 值；N D V Im a x 归 一 化 植 被 指 数 最 大 阈 值。D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 17BB附 录 B（规 范 性）地 面 核 查 规 范B.1 验 证 点 位 的 布 设 原 则代 表 性 样 方 的 选 取 以 校 正 和 验 证 遥 感 地 表 温 度 精 度 为 目 的，选 取 的 依 据 为 高 分 辨 卫 星 遥 感 影 像 与 地面 核 查 资 料，符 合 以 下 原 则：每 一 类 土 地 利 用 类 型 至 少 选 择 3 个 样 地；植 被 类 型 包 括 草 地 和 林 地；每 一 个 样 地 至 少 保 证 在 5 0 0 m 5 0 0 m 范 围 内 地 表 均 质。B.2 验 证 点 位 的 布 设 方 法验 证 点 位 的 布 设 符 合 以 下 原 则：验 证 点 位 设 在 能 较 好 地 反 映 区 域 热 岛 强 度 特 点 的 地 方；四 周 平 坦，影 响 源（含 人 工 建 造 水 体）与 温 度 传 感 器 的 水 平 距 离 5 0 m；四 周 障 碍 物 的 影 子 不 会 投 射 到 观 测 仪 器 的 受 光 面 上，附 近 没 有 反 射 阳 光 的 物 体。B.3 验 证 项 目 及 仪 器B.3.1 验 证 项 目验 证 项 目 包 括 地 表 温 度 和 地 表 比 辐 射 率。B.3.2 验 证 仪 器验 证 项 目 的 仪 器 见 表 B.1。表 B.1 验 证 仪 器验证项目 验证仪器 验证范围 验证精度地表温度 热像仪-3 0 1 0 0 0.5 地表比辐射率 比辐射率测量仪 0 1 0.0 5B.4 验 证 时 间地 面 温 度 观 测 与 遥 感 影 像 获 取 时 间 差 不 超 过 3 0 分 钟。D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 18CC附 录 C（规 范 性）城 市 热 岛 效 应 强 度 计 算 方 法C.1 城 市 热 岛 效 应 强 度 计 算城 市 热 岛 效 应 强 度 计 算 公 式 见 式（1），基 于 地 表 覆 盖 演 化 为 式（C.1）。=+(C.1)式 中：U I 城 市 热 岛 效 应 强 度，单 位 为 摄 氏 度（）；U Iv g 植 被 的 城 市 热 岛 效 应 强 度，单 位 为 摄 氏 度（）；A rv g 植 被 在 评 估 区 域 内 占 绿 地（植 被 和 水 体）的 面 积 百 分 比；U Iw t 水 体 的 城 市 热 岛 效 应 强 度，单 位 为 摄 氏 度（）；A rw t 水 体 在 评 估 区 域 内 占 绿 地（植 被 和 水 体）的 面 积 百 分 比。C.2 植 被 城 市 热 岛 效 应 强 度 计 算式（C.1）中 的 植 被 城 市 热 岛 效 应 强 度 基 于 式（C.2）获 取。=(C.2)式 中：U Iv g 植 被 的 城 市 热 岛 效 应 强 度，单 位 为 摄 氏 度（）；L S Ti m 不 透 水 层 地 面 地 表 温 度，单 位 为 摄 氏 度（）；L S Tv g 植 被 的 平 均 地 表 温 度，单 位 为 摄 氏 度（）。C.3 水 体 城 市 热 岛 效 应 强 度 计 算式（C.1）中 水 体 的 城 市 热 岛 效 应 强 度 基 于 式（C.3）获 取。=(C.3)式 中：U Iw t 水 体 的 城 市 热 岛 效 应 强 度，单 位 为 摄 氏 度（）；L S Ti m 不 透 水 层 地 面 地 表 温 度，单 位 为 摄 氏 度（）；L S Tw t 水 体 的 平 均 地 表 温 度，单 位 为 摄 氏 度（）。D B 4 4 0 3/T 1 9 3 2 0 2 19参 考 文 献 1 G B/T 1 4 9 5 0 摄 影 测 量 与 遥 感 术 语 2 G J B 4 0 3 6 星 载 遥 感 仪 器 红 外 通 道 辐 射 定 标 方 法 3 H J 1 9 2 生 态 环 境 状 况 评 价 技 术 规 范