一種融合多源遙感和氣候環(huán)境信息的綜合性城市氣候環(huán)境評估方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明專利涉及城市氣候環(huán)境應用領域，尤指一種針對多季節(jié)、多環(huán)境要素，空間 化、可視化的城市氣候環(huán)境綜合分析與評估方法。
【背景技術】
[0002] 目前，全球各地城市化蓬勃發(fā)展，需要有效的城市氣候環(huán)境信息及規(guī)劃措施來 緩解城市氣候環(huán)境問題，這為城市氣候環(huán)境研宄提供了新的契機。城市氣候環(huán)境分析與評 估工作是一種融合了城市下墊面物理特征、氣候環(huán)境要素和環(huán)境問題要素的信息分析與評 估工具，利用兩維空間展現(xiàn)城市氣候環(huán)境現(xiàn)象和城市氣候環(huán)境問題，并結合城市下墊面土 地覆被現(xiàn)狀等作出科學評估最終指導城市建設與規(guī)劃實踐。
[0003] 當前，城市氣候環(huán)境分析與評估方法在季節(jié)方面上僅考慮夏季或冬夏季節(jié)，缺乏 對四季城市氣候環(huán)境的全面綜合分析；在評估環(huán)境問題方面多數(shù)僅考慮城市熱島問題，即 便考慮空氣污染也很少考慮灰霾等近幾年才在國內得到重視的環(huán)境問題；在獲取大氣和 熱環(huán)境信息方面多采用地面臺站監(jiān)測數(shù)據(jù)，而缺乏多源遙感反演信息的綜合應用；在季風 性氣候區(qū)由于復雜的物理環(huán)境和快速發(fā)展的城市化形成了具有明顯季節(jié)性變化的城市氣 候環(huán)境特征，僅從研宄區(qū)尺度下分析評價夏季單一季節(jié)或單一環(huán)境問題的城市氣候環(huán)境研 宄已不能滿足這些城市發(fā)展規(guī)劃需要。因此，應用綜合分析與評價研宄區(qū)及其背景區(qū)域的 多季節(jié)、多環(huán)境要素相結合的城市氣候環(huán)境研宄方法才適用于季風氣候地區(qū)的復雜物理環(huán) 境、多環(huán)境要素的城市氣候環(huán)境分析與評估研宄，而這些方面的研宄欠缺。

【發(fā)明內容】

[0004] 針對現(xiàn)有研宄中存在的問題，本發(fā)明以寧波市區(qū)為例提供了一種應用于研宄區(qū)及 其背景區(qū)域尺度的針對多季節(jié)、多環(huán)境問題，空間化、可視化的城市氣候環(huán)境綜合分析與評 估方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明城市氣候環(huán)境的城市氣候環(huán)境分析與評估方法，具體流 程為： Si.獲取影響城市氣候環(huán)境的研宄區(qū)及其背景區(qū)域針對多個季節(jié)、多種環(huán)境問題的數(shù) 據(jù)源，并進行數(shù)據(jù)處理與分析。
[0006] S2.在地理信息系統(tǒng)GIS平臺下，分析各季節(jié)下墊面物理特性，進而分析各季節(jié) 的熱負荷、風流通潛力、空氣污染狀況和風環(huán)境。
[0007] S3.分析與評估研宄區(qū)及其背景區(qū)域的城市氣候環(huán)境信息。
[0008] S4.基于研宄區(qū)及其背景區(qū)域的城市氣候環(huán)境分析結果提出規(guī)劃建議、分析與評 估研宄區(qū)城市氣候環(huán)境信息。
[0009] S5.基于研宄區(qū)城市氣候環(huán)境分析與評價結果提出規(guī)劃建議。
【附圖說明】
[0010] 圖1為依照本發(fā)明專利綜合分析與評價城市氣候環(huán)境方法的流程圖。
[0011] 圖2a為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的春季熱負荷分析。
[0012] 圖2b為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的夏季熱負荷分析。
[0013] 圖2c為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的秋季熱負荷分析。
[0014] 圖2d為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的冬季熱負荷分析。
[0015] 圖3a為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的春季空氣污染分析。
[0016] 圖3b為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的夏季空氣污染分析。
[0017] 圖3c為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的秋季空氣污染分析。
[0018] 圖3d為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的冬季空氣污染分析。
[0019] 圖4a為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的春季風流通潛力分析。
[0020] 圖4b為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的夏季風流通潛力分析。
[0021] 圖4c為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的秋季風流通潛力分析。
[0022] 圖4d為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的冬季風流通潛力分析。
[0023] 圖5a為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的春季風環(huán)境分析。
[0024] 圖5b為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的夏季風環(huán)境分析。
[0025] 圖5c為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的秋季風環(huán)境分析。
[0026] 圖5d為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的冬季風環(huán)境分析。
[0027] 圖6a為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的春季的城市氣候環(huán)境分析。
[0028] 圖6b為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的夏季的城市氣候環(huán)境分析。
[0029] 圖6c為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的秋季的城市氣候環(huán)境分析。
[0030] 圖6d為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的冬季的城市氣候環(huán)境分析。
[0031] 圖7為本發(fā)明研宄區(qū)及其背景區(qū)域的城市氣候環(huán)境分析。
[0032] 圖8為本發(fā)明研宄區(qū)的城市氣候環(huán)境規(guī)劃建議。
[0033] 圖9為本發(fā)明研宄區(qū)的城市氣候環(huán)境規(guī)劃建議。
【具體實施方式】
[0034] 本發(fā)明提出的空間化、可視化的城市氣候環(huán)境綜合分析與評估方法城市氣候環(huán) 境，結合附圖及實際案例詳細說明如下： SI.獲取影響城市氣候環(huán)境的研宄區(qū)及其背景區(qū)域針對多個季節(jié)、多種環(huán)境問題的數(shù) 據(jù)源，并進行數(shù)據(jù)處理與分析。
[0035] 在遙感圖像處理軟件ENVI平臺下提取各季節(jié)城市氣候環(huán)境影響因子的地表覆 被；；基于Landsat8影像的熱紅外波段BandlO反演地表溫度，獲得熱負荷分布；利用MODIS 影像數(shù)據(jù)反演的氣溶膠光學厚度A0D，分析獲得空氣污染物分布；基于氣象數(shù)據(jù)利用中尺 度數(shù)值模擬系統(tǒng)WRF模擬獲得可視化的風環(huán)境分布。
[0036] 1)植被分布、水系分布、建筑分布 通過ENVI平臺對每一景Landsat8影像數(shù)據(jù)進行波段合成、非監(jiān)督分類、NDVI歸一化 植被指數(shù)、地表溫度反演等影像處理。利用非監(jiān)督分類方法把地表覆被分為5類：森林、草 地、建設用地和裸地、水體、其它，并通過歸一化植被指數(shù)NDVI提取的植被和水體對非監(jiān)督 分類結果進行修正。NDVI公式為：NDVI= (P5 -P4) / (P5+P4)其中，P4為第4波段 的反射率；P5為第5波段的反射率。借鑒以往研宄經驗，通過NDVI來分段取值：NDVI< 0， 判斷為水體；〇 <NDVI< 0. 65,判斷為植被裸土混合類型；NDVI> 0. 65,判斷為植被。
[0037] 通過GIS平臺把分類結果統(tǒng)一為GCS_WGS_1984地理坐標系，UTM_Zone_51N投影 坐標系為，30m*30m分辨率的研宄區(qū)及其背景區(qū)域尺度影像。其中，夏季寧波裸地的分布極 少，所以選取分類結果中夏季的"建設用地和裸地"作為四季的"建設用地";水體因其季節(jié) 變化較小，所以選取夏季水體分布作為四季水體分布。
[0038] 2)溫度分布 全球氣候環(huán)境的改變和現(xiàn)代城市的高速發(fā)展導致城市熱島的出現(xiàn)，城市熱島不僅降低 人體舒適度而且加劇了空氣污染。并且由于城市下墊面的差異性、季風性氣候的季節(jié)性分 布導致了城市熱島的空間分布的差異性。以往城市氣候環(huán)境氣候環(huán)境分析與評價方法多采 用的氣象站觀測法、定點觀測能夠精確了解觀測點的氣溫，為計算熱島效應強度提供精確 的數(shù)據(jù)，但是此類方法受限于觀測點分布不均勻，在空間上無法形成連續(xù)的表面，因此不能 全面準確的反映城市熱島強度的空間分布。而遙感監(jiān)測能進行大面積的測定，定量直觀的 描述了熱島強度的空間分布態(tài)勢。
[0039] 地表溫度反演方法為：基于ENVI平臺，用預處理后的BandlO(波長為10. 6Mm- 11. 19Mm)熱紅外波段和分類結果進行地表溫度反演得到地表溫度分布，反演過程如表2所 不O
[0040] 表2Landsat8溫度反演過程
【主權項】
1. 本專利發(fā)明是一種融合多源遙感和氣候環(huán)境信息的綜合性城市氣候環(huán)境評估方法， 其特征在于包括以下幾個步驟：SI.獲取影響城市氣候環(huán)境的研宄區(qū)及其背景區(qū)域針對多 個季節(jié)、多種環(huán)境問題的數(shù)據(jù)源，并進行數(shù)據(jù)處理與分析；S2.在地理信息系統(tǒng)GIS平臺 下，分析各季節(jié)下墊面物理特性，輸出以下4個季節(jié)分析結果：熱負荷分析、風流通潛力分 析、空氣污染分析、風環(huán)境分析；S3.分析與評估研宄區(qū)及其背景區(qū)域的城市氣候環(huán)境信 息；S4.基于研宄區(qū)及其背景區(qū)域的城市氣候環(huán)境分析結果提出規(guī)劃建議、分析與評估研 宄區(qū)城市氣候環(huán)境信息；S5.基于研宄區(qū)城市氣候環(huán)境分析與評價結果提出規(guī)劃建議。
2.如權利要求1所述的本發(fā)明專利綜合分析與評估針對多季節(jié)、多環(huán)境要素的城市氣 候環(huán)境，提高了城市氣候環(huán)境分析與評價的綜合性、全面性、準確性。
3. 如權利要求1所述的本發(fā)明專利在分析與評價城市氣候環(huán)境方法時不僅考慮研宄 區(qū)的城市氣候環(huán)境，而且綜合考慮了研宄區(qū)及其背景區(qū)域的城市氣候環(huán)境。
4. 如權利要求1所述的本專利在研宄區(qū)及其背景區(qū)域尺度上，從春季、夏季、秋季、冬 季四個季節(jié)綜合分析與評價季風性城市氣候環(huán)境。
5. 如權利要求1所述的本專利發(fā)明同時考慮了熱污染和空氣污染問題，并且應用了具 有全面性、大范圍的空間污染物數(shù)據(jù)：MODIS遙感數(shù)據(jù)影像反演得到的大氣氣溶膠光學厚 度 AOD0
6. 如權利要求1所述應用了新一代數(shù)值模擬方法WRF獲取風環(huán)境信息，大大提高了風 環(huán)境的綜合性、準確性。
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種綜合分析與評估針對多季節(jié)、多環(huán)境要素，空間化、可視化的城市氣候環(huán)境研究方法，屬于城市氣候環(huán)境應用領域的研究。該分析與評價方法充分考慮了復雜的地形效應和海-陸-氣相互作用，融合了四季的城市氣候環(huán)境和城市規(guī)劃信息，以二維圖形為主要形式將現(xiàn)狀和規(guī)劃背景下的城市氣候環(huán)境問題展現(xiàn)出來，并針對各季節(jié)對應的城市氣候環(huán)境問題提出規(guī)劃建議，可以有效緩解城市熱污染和空氣污染問題。該城市氣候環(huán)境評價與分析方法具有綜合性、實時性、易獲取、易應用等優(yōu)點，該方法的相關成果可以作為城市規(guī)劃、城市氣候和生態(tài)人居環(huán)境建設領域的重要決策依據(jù)。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104765903
【申請?zhí)枴緾N201510040165
【發(fā)明人】趙小鋒, 劉樂樂, 趙顏創(chuàng)
【申請人】中國科學院城市環(huán)境研究所
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年1月27日