一种城市地表热效应时空测度方法、终端设备及存储介质技术

本发明专利技术涉及一种城市地表热效应时空测度方法、终端设备及存储介质，该方法中包括：S1：基于热红外遥感数据，反演得到研究区范围空间连续的地表温度栅格数据；S2：计算研究区范围地表温度的平均值和标准差，并根据平均值和标准差所设定的地表温度区间范围，识别研究区的高温区和次高温区；S3：基于识别到的高温区和次高温区的面积，计算研究区的地表热幅度指数和地表热强度指数；S4：对研究区的地表热幅度指数与地表热强度指数进行加权求和，得到研究区的地表热效应指数。本发明专利技术以标准化指数对区域地表热影响的范围(热幅度)和程度(热强度)进行了定量化评估，能够生成空间连续的热力指数图层，从而更全面地反映城市地表热环境的空间异质性特征。间异质性特征。间异质性特征。

【技术实现步骤摘要】
一种城市地表热效应时空测度方法、终端设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及城市生态学中遥感地理信息技术应用领域，尤其涉及一种城市地表热效应时空测度方法、终端设备及存储介质。

技术介绍

[0002]城市地表热环境是能够对人体的冷暖感受、健康水平和居民生存发展等产生重要影响的与热有关的物理环境，通常以地表温度表征。随着城市化进程的不断推进以及城市人口的不断增长，城市内部大量的自然地表被人工地表所取代，下垫面的更新，特别是不透水面的剧增，通过改变地表热辐射传输的平衡提升了城市局部或整体的地表温度，加剧城市地表热效应。城市地表热效应的加剧是城市地表热环境恶化的主要原因和重要表现，其中最为典型的热岛效应与城市居民健康、社会经济发展、自然生态环境保护等息息相关。
[0003]城市地表热效应的量化评估是城市地表热环境研究的重要基础，已有学者对城市地表热效应的定量化测度进行了一定的尝试，如基于城市下垫面热力性质差异建立的三维动态热效应数值模型，或者利用平均地表温度差值计算的不同地表类型的热效应，但目前的地表热效应相关量化指数仍存在以下不足之处：时间维度上，由于遥感数据获取热辐射信息的“瞬时性”特征以及“高时、空间分辨率难以统一”的问题，直接基于地表温度计算得到的热效应指数存在极大的不确定性，从而缺乏时序代表性，这使得城市地表热效应的长时间动态演变无法得到有效分析；尽管有部分指数在计算过程中利用平均地表温度消除了时间序列上的不确定性，但大多是基于土地利用或覆被的分类统计，因此只能得到相应地类整体的热效应值，从而在空间维度上，既无法充分识别城市地表热效应的空间异质性，导致同一城市内不同区域之间地表热效应对比未能得到有效的度量和分析，又因不同城市的地表结构差异而不利于进行城市间的对比分析，这为充分理解城市热环境特征及其影响因素的内外差异带来了一定的困难。
[0004]总体而言，尚未见有充分反映地表热效应含义的通用指数，且相关指数的代表性和使用有效性有待提高。因此，亟需发展一种不受时空间量纲差异影响且高效通用的城市地表热效应多尺度时空测度方法。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种城市地表热效应时空测度方法、终端设备及存储介质。
[0006]具体方案如下：
[0007]一种城市地表热效应时空测度方法，包括以下步骤：
[0008]S1：基于热红外遥感数据，反演得到研究区范围空间连续的地表温度栅格数据；
[0009]S2：计算研究区范围地表温度的平均值和标准差，并根据平均值和标准差所设定的地表温度区间范围，识别研究区的高温区和次高温区；
[0010]S3：基于识别到的高温区和次高温区的面积，计算研究区的地表热幅度指数和地
表热强度指数；
[0011]S4：对研究区的地表热幅度指数与地表热强度指数进行加权求和，得到研究区的地表热效应指数。
[0012]进一步的，步骤S1中所采用的遥感影像数据，其研究区范围应无云遮挡。
[0013]进一步的，步骤S2中，高温区对应的地表温度区间范围为：T
s
＞μ+std；次高温区对应的地表温度区间范围为：μ+0.5std＜T
s
≤μ+std；其中，T
s
表示地表温度，μ表示地表温度的平均值，std表示地表温度的标准差。
[0014]进一步的，步骤S3中的地表热幅度指数包括对应研究区整体的综合地表热幅度指数和对应研究区中每一个栅格像元的空间热幅度指数，地表热强度指数包括对应研究区整体的综合地表热强度指数和对应研究区中每一个栅格像元的空间热强度指数；在空间热幅度指数和空间热强度指数的计算中，通过移动窗口法逐像元扫描计算，将正方形窗口的整体计算值赋值给窗口中心像元；
[0015]综合地表热幅度指数的计算公式为：
[0016]综合地表热强度指数的计算公式为：
[0017]空间地表热幅度指数的计算公式为：
[0018]空间地表热强度指数的计算公式为：
[0019]其中，HAI表示整个研究区的综合地表热幅度指数，HII表示整个研究区的综合地表热强度指数，S
htz
和S
shtz
分别表示研究区的高温区和次高温区的面积，S表示研究区的总面积，空间地表热幅度指数HAI
i
表示第i个像元的地表热幅度指数，空间地表热强度指数HII
i
表示第i个像元的地表热强度指数，表示以像元i为中心的窗口包含的高温区的面积，表示以像元i为中心的窗口包含的次高温区的面积，S
i
表示以像元i为中心的窗口的总面积。
[0020]进一步的，步骤S4中的地表热效应指数包括对应研究区整体的综合地表热效应指数和对应研究区中每一个栅格像元的空间地表热效应指数；
[0021]综合地表热效应指数的计算公式为：HEI＝αHAI+βHII；
[0022]空间地表热效应指数的计算公式为：HEI
i
＝αHAI
i
+βHII
i
；
[0023]其中，HEI表示整个研究区的综合地表热效应指数，空间地表热效应指数HEI
i
表示第i个像元的地表热效应指数，α和β均表示权重系数且α+β＝1。
[0024]一种城市地表热效应时空测度终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本专利技术实施例上述的方法的步骤。
[0025]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本专利技术实施例上述的方法的步骤。
[0026]本专利技术采用如上技术方案，弥补了现有相关指数对区域地表热效应空间分布特征
刻画的不足，同时解决区域地表热效应时空间对比分析困难的问题，实现对城市地表热效应的科学定量有效测度，直观地揭示城市地表热环境的时间演变及空间分布特征。
附图说明
[0027]图1所示为本专利技术实施例一的流程图。
[0028]图2所示为本专利技术实施例一的地表温度反演结果图。
[0029]图3所示为本专利技术实施例一的地表温度分区结果图。
[0030]图4所示为本专利技术实施例一的地表热幅度空间分布结果图。
[0031]图5所示为本专利技术实施例一的地表热强度空间分布结果图。
[0032]图6所示为本专利技术实施例一的地表热效应空间分布结果图。
具体实施方式
[0033]为进一步说明各实施例，本专利技术提供有附图。这些附图为本专利技术揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本专利技术的优点。
[0034]现结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步说明。
[0035]实施例一：
[0036]本专利技术实施例提供了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市地表热效应时空测度方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：基于热红外遥感数据，反演得到研究区范围空间连续的地表温度栅格数据；S2：计算研究区范围地表温度的平均值和标准差，并根据平均值和标准差所设定的地表温度区间范围，识别研究区的高温区和次高温区；S3：基于识别到的高温区和次高温区的面积，计算研究区的地表热幅度指数和地表热强度指数；S4：对研究区的地表热幅度指数与地表热强度指数进行加权求和，得到研究区的地表热效应指数。2.根据权利要求1所述的城市地表热效应时空测度方法，其特征在于：步骤S1中所采用的遥感影像数据，其研究区范围应无云遮挡。3.根据权利要求1所述的城市地表热效应时空测度方法，其特征在于：步骤S2中，高温区对应的地表温度区间范围为：T
s
＞μ+std；次高温区对应的地表温度区间范围为：μ+0.5std＜T
s
≤μ+std；其中，T
s
表示地表温度，μ表示地表温度的平均值，std表示地表温度的标准差。4.根据权利要求1所述的城市地表热效应时空测度方法，其特征在于：步骤S3中的地表热幅度指数包括对应研究区整体的综合地表热幅度指数和对应研究区中每一个栅格像元的空间热幅度指数，地表热强度指数包括对应研究区整体的综合地表热强度指数和对应研究区中每一个栅格像元的空间热强度指数；在空间热幅度指数和空间热强度指数的计算中，通过移动窗口法逐像元扫描计算，将正方形窗口的整体计算值赋值给窗口中心像元；综合地表热幅度指数的计算公式为：综合地表热强度指数的计算公式为：空间地表热幅度指数的计算公式为：空间地表热强度指数的计算公式为：其中，HAI表示整个研究区的综合...

【专利技术属性】
技术研发人员：吝涛，张浚茂，林美霞，姚霞，陈媛，张喻魁，
申请(专利权)人：中国科学院城市环境研究所，
类型：发明
国别省市：