1、ICS 13.020CCSZ 11DB61陕西省地方标准DB 61/T 16952023城市热岛效应遥感监测技术规程Technical regulation of urban heat island effect monitoring by remote sensing2023-05-25 发布2023-06-25 实施陕西省市场监督管理局发 布DB61/T 16952023I目 次前 言.II1范围.12规范性引用文件.13术语和定义.14一般要求.25城市热岛效应遥感监测流程和方法.26成果.4附录 A（资料性）附录 A 遥感数据地表温度计算方法.5附录 B（规范性）城市热岛效应强度计算流
2、程.6DB61/T 16952023II前言本文件按照GB/T 1.12020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。本文件由自然资源陕西省卫星应用技术中心提出。本文件由陕西省自然资源厅归口。本文件起草单位：自然资源陕西省卫星应用技术中心、中煤航测遥感集团有限公司智慧铁路分公司。本文件主要起草人：付垒、张文龙、杨帅、高海峰、刘社虎、赵小峰、杨双斌、杨涛、韩静、孙舒轻、陈春华、杨志东、赵鹏林、曹江涛、马煜栋、王子垚、冯京辉。本文件由陕西省自然资源标准化技术委员会负责解释。本文件首次发布。联系信息如下：单位：自然资源陕西省卫星应用技术中心电话：029-87226857地址：陕
3、西省西安市莲湖区甜水井街66号邮编：710002DB61/T 169520231城市热岛效应遥感监测技术规程1范围本文件规定了城市热岛效应遥感监测和城市热岛效应遥感监测流程和方法。本文件适用于陕西省各相关单位开展城市热岛效应监测以及热岛效应评估，可作为城市设计和规划修编参考。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。DZ/T 0143-1994卫星遥感图像产品质量控制规范GJB 4036-2000星载遥感仪器红外通道辐射定标方法GB/T
4、14950-2009摄影测量与遥感术语GB 50137-2011城市用地分类与规划建设用地标准HJ 192-2015生态环境状况评价技术规范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urban heat island effect(UHI)城市因人类活动释放大量的人为热、不透水面如建筑物和道路等高蓄热体替代原有的可渗透土壤、植被、水体等自然地表等因素影响，造成城市“高温化”。在近地面温度图上，郊区温度变化很小，而城区则是一个高温区，其形状像突出海面的岛屿，称为城市热岛。形成城市热岛效应的主要因素有城市下垫面、人工热源、水气影响、空气污染、绿地减少、人口迁徙等多方面的因素。3.2
5、城市热岛效应强度urban heat island effect intensity(UHII)城市热岛效应的强度值，是评估热岛效应现状的数值化指标。3.3城市热岛效应反演urban heat island effect revision利用具有热红外波段的遥感数据，反演城市地表温度，用地面实际观测数据对遥感反演的地表温度进行修正；从地表温度空间差异获取监测区域地表温度空间分布，确定不透水层地表与绿地、水体相对地表温差分布，获得热岛效应强度的空间分布情况。3.4空间分辨率spatial resolution遥感影像上能够识别的两个相邻地物的最小距离。DB61/T 169520232来源：GB/
6、T 14950-2009 摄影测量与遥感术语3.5时间分辨率temporal resolution时间分辨率是指在同一区域进行的相邻两次遥感观测的最小时间间隔。3.6地表温度land surface temperature(LST)地表温度是指地面的温度，太阳的热能被辐射到达地面后，一部分被反射，一部分被地面吸收，是地面增热，对地面的温度进行测量后得到的温度。3.7地表亮度温度land surface brightness temperature（LSBT）地表亮度温度又称地表辐射温度，是遥感传感器在卫星高度所观测的热辐射强度相对应的温度，包括大气和地表对热辐射传导的影响，反映出与观测物体具有
7、相等辐射能量的黑体温度。4一般要求4.1城市像元与农村像元选取基于土地利用类型数据或遥感解译获得的城市像元与农村像元。（GB 50137-2011 城市用地分类与规划建设用地标准）4.2遥感数据源的选择4.2.1选择具有 10.4 m12.5 m 热红外测温波段（单通道或多通道）的卫星遥感数据。主要数据来源可以为但不限于 GF-5、ZY01-02E、Landsat-8 TIRS、Sentinel-3 SLSTR 和 MODIS；4.2.2影像云量的覆盖率10%；4.2.3选取卫星数据时应采用完整的原始数据；4.2.4优先采用最接近卫星过顶时刻发布的辐射定标系数。5城市热岛效应遥感监测流程和方法
8、城市热岛效应遥感监测工作流程主要包括资料收集、数据处理、地表温度反演、城市热岛效应强度计算、地面样点布设与质量控制、城市热岛效应强度分级等环节。其工作流程见图1。图 1城市热岛效应遥感监测工作流程图5.1资料收集资料收集主要包含遥感数据、地理信息数据和气象数据等。5.2数据处理DB61/T 169520233遥感数据的预处理包括辐射定标、大气校正与几何校正等。（GJB 4036-2000 星载遥感仪器红外通道辐射定标方法）其他数据需要进行信息化、格式统一和坐标转换等处理，确保成果的一致性。5.3地表温度反演宜采用辐射传输方程法计算地表温度（见附录），也可采用单通道法或分裂窗算法。5.4城市热岛
9、效应强度计算将研究区域内的不透水层地面的平均地表温度，分别与同一时间尺度的植被（与水体）的平均地表温度进行差值处理，获取城市热岛效应强度，计算方法见附录B。5.5地面样点布设与质量控制在不同区域设置监测点位，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监测。5.5.1监测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，原则上每一类土地利用类型至少要选择3个样地，每一个样地至少保证在500 m500 m范围内均值地表。选取的依据主要为高空间分辨卫星遥感影像与地面核查资料。5.5.2监测点位的布设方法监测点位应设在能较好地反映区域热岛强度特点的地方，避免局部地
10、形的影响；四周平坦，避免设在陡坡、洼地，影响源（含人工建造水体）与温度传感器的水平距离宜50m；观测仪器的受光面不受周边物体的阴影遮盖影响，附近没有反射阳光的物体。5.5.3监测项目及方法5.5.3.1必测项目：地表温度、地表比辐射率。5.5.3.2各监测项目的分析方法应符合表 1 的要求。表 1测定方法监测项目监测仪器地表温度热像仪5.5.4监测时间地面温度观测与遥感影像获取时间差不应超过30 min。5.5.5质量控制要求现场实测的地表温度与遥感监测结果的平均偏差1.0，对1.0的需检查过程并重新计算。若监测面积较大时地面实验区域可对应增加。（DZ/T 0143-1994 卫星遥感图像产品
11、质量控制规范）5.6城市热岛效应强度分级5.6.1城市热岛效应强度等级目前没有统一的划分标准。本技术规范根据陕西省的城市发展规模以及历年气象数据，将城市热岛效应强度划分为四个等级，对应的表述是弱、中等、强、极强(见表 1)。5.6.2根据计算出来的城市热岛效应强度等级，可以按不同的空间尺度和时间尺度对城市热岛效应进行评估。（HJ 192-2015 生态环境状况评价技术规范）DB61/T 169520234表 2城市热岛效应强度分级因子分级标准热岛强度UHII2.02.0UHII3.03.04.0等级弱中等强极强制图颜色蓝色黄色橙色红色十六进制颜色码#00BFFF#FFFF00#FF8C00#F
12、F00006成果6.1成果图件成果图件包括遥感影像图和城市热岛效应强度分布图。遥感影像图图件内容由遥感影像底图、城市用地和农村用地边界矢量、行政边界矢量以及相关的图饰图例组成；城市热岛效应强度分布图图件内容由地表温度分布图、监测点位矢量图、城市用地和农村用地边界矢量、行政边界矢量以及相关的图饰图例组成。6.2元数据归档6.2.1影像数据文件类由原始遥感影像数据和成果数据组成，数据格式xxx.IMG、xxx.Tiff。6.2.2矢量数据文件类城市矢量边界、农村矢量边界、行政矢量边界数据。6.2.3质量控制文件类监测点位布设记录表和监测点位布设分布图DB61/T 169520235AA附录A（资料
13、性）附录 A 遥感数据地表温度计算方法本规范性附录给出了基于卫星遥感热红外波段，采用辐射传输方程计算地表温度的方法。主要数据来源可以为但不限于GF-5、ZY01-02D、Landsat-8 TIRS、Sentinel-3 SLSTR和MODIS。辐射传输方程法的基本原理是首先估计大气对地表热辐射的影响,然后把这部分大气影响从卫星高度上传感器所观测到的热辐射总量中减去,从而得到地表热辐射强度,再把这一热辐射强度转化为相应的地表温度。首先利用定标系数gain和offset将热红外辐射信息（DN）转化为亮温，.(A.1).(A.2)式中：是亮温，是辐射亮度值；和是与传感器有关的预设常量。亮温可以通过
14、地表比辐射率校正为地表温度。.(A.3).(A.4)式中：是发射波长，是波尔兹曼常数，是普朗克常量，为光速。DB61/T 169520236附录B（规范性）城市热岛效应强度计算流程城市热岛强度可以用式（B.1、B.2、B.3）获取：.(B.1).(B.2).(B.3)式中：联合城市区域的热岛强度，联合城市区域为多期土地利用数据中建筑用地大于50%的用地聚合在一起的区域。稳定城市区域的热岛强度，稳定城市区域为多期土地利用数据中城市区域相交得到的区域，即整个年份中一直是市区的区域。城市区域的热岛强度，城市区域为联合城市区域减去稳定城市区域剩余的区域。联合城市区域的地表温度稳定城市区域的地表温度城市区域的地表温度农村区域的地表温度_
