基于遥感的北京市体感温度指数计算

论文摘要

全球气候变暖和快速的城市化进程使得城市人居环境产生了显著变化,在“热岛效应”等多种因素共同作用下,夏季城市地区遭受高温灾害的可能性逐渐增大。常规的气温指标在夏季湿热的天气状况下并不能完全体现人体所承受的热环境压力,体感温度指数综合考虑了温度湿度等气象要素对人体的影响,可有效表征人体舒适度。本文以北京市为研究区,探索利用多源遥感数据反演体感温度。首先通过站点资料对比北京市主要气象要素和体感温度的时序变化特征。其次基于多源遥感数据,分别利用计算公式和随机森林模型计算湿热指数(HMI)和净有效温度(NET)两种体感温度指数,比较结果精度。最后分析北京市夏季体感温度的空间分布特征,对比了地表温度、气温和体感温度的空间分布差异,依据HMI指数对北京市的夏季人体舒适度进行分级评价。研究结果表明:(1)北京市近四十年来气候变化呈现出增温、减湿和风速下降的趋势,表现出明显的城市热岛特征;体感温度整体呈缓慢上升趋势,HMI指数的增温率为0.14℃/10a,NET指数增温率为0.26℃/10a。分析表明北京变暖变干的趋势与城市化进程有着密不可分的关系,夏季北京整体的气象条件不利于城区的散热降温。(2)基于遥感方式反演湿热指数(HMI)和净有效温度(NET)来表征体感温度,利用公式直接计算和随机森林模型分别计算HMI,其中公式计算结果的拟合优度为0.79,平均绝对误差1.12℃,均方根误差1.56℃。随机森林模型结果的拟合优度为0.85,平均绝对误差0.98℃,均方根误差1.37℃。算法对比的结果表明随机森林模型在进行气温、体感温度等温度场的反演时有着比公式直接计算更好的精度,利用随机森林模型反演NET指数也取得了较好的结果,拟合优度为0.73,平均绝对误差0.83℃,均方根误差1.01℃。(3)北京市夏季体感温度存在着明显的空间差异性,呈现出东南高于西北、城区高于郊区的环状递减趋势。HMI指数和NET指数的空间分布特征相似,但两种指标的温度范围不同,全北京市HMI指数均值35.18℃,NET指数均值24.9℃。区域功能定位的不同使得体感温度在城市内部也有明显差异,最高的西城区和最低的延庆区HMI指数相差9℃。北京当天共有8个辖区的HMI指数超过了35℃,达到了高温天气水平,比同区域同时刻的气温高5℃以上。(4)基于HMI指数对北京市的人体舒适度进行分级评价,当天有7.5%的区域人体感觉舒适,81.3%的区域人体略感不适,11.2%的地区热环境让人觉得很不舒适,没有地区的体感温度达到危险或者极度危险的水平,但仍需对湿热天气带来的影响加以防范。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 研究进展
•     1.2.1 体感温度指数的研究进展
•     1.2.2 体感温度遥感反演进展
•   1.3 研究目标与研究内容
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容
•     1.3.3 技术路线
• 第二章 研究数据和预处理
•   2.1 研究区概况
•   2.2 数据源及预处理
•     2.2.1 Landsat8 OLI/TIRS数据
•     2.2.2 MODIS数据
•     2.2.3 ASTER-GDEM数据
•     2.2.4 气象数据
• 第三章 基于站点资料的北京夏季热环境分析
•   3.1 环境要素的时空变化
•     3.1.1 气温的时空变化
•     3.1.2 湿度和风速的变化
•   3.2 体感温度的时空变化
•   3.3 气温与体感温度的对比
•   3.4 温度空间差异性分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 体感温度的遥感反演
•   4.1 环境参数反演
•     4.1.1 地表温度
•     4.1.2 不透水面盖度
•     4.1.3 归一化植被指数
•     4.1.4 改进型归一化差异水体指数
•     4.1.5 地表反照率
•     4.1.6 空气动力学粗糙度长度
•   4.2 HMI指数的计算
•     4.2.1 近地表气温反演
•     4.2.2 近地表露点温度反演
•     4.2.3 计算方法
•     4.2.4 算法对比
•     4.2.5 参数重要性分析
•   4.3 NET指数的计算
•     4.3.1 计算方法
•     4.3.2 结果验证
•     4.3.3 参数重要性分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 基于遥感反演的北京市体感温度空间分布
•   5.1 体感温度的空间分布
•   5.2 体感温度与其他温度场的对比
•   5.3 体感温度的分级评价
•   5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
•   6.1 结论
•   6.2 创新点
•   6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李宁

导师: 徐永明

关键词: 体感温度,遥感,随机森林,空间分布

来源: 南京信息工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 气象学,气象学,建筑科学与工程

单位: 南京信息工程大学

分类号: P463.3;P407

DOI: 10.27248/d.cnki.gnjqc.2019.000389

总页数: 77

文件大小: 5307K

下载量: 100