ICS 13.020 Z 11 DB35 福建省地方标准 DB35/T 16742017 城市热岛效应监测技术规范 Technical Specification of Urban Heat Island Effect Monitoring 2017-07-03发布 2017-10-03实施福建省质量技术监督局 发布 DB35/T 16742017 I 前 言 本标准按 GB/T 1.1-2009标准化工作导则 第 1 部分：标准的结构和编写的规则编制。本标准由厦门市环保局提出。本标准由福建省环境保护厅归口。本标准起草单位：厦门市环境科学研究院、福州市环境监测中心站、厦门市环境监测中心站。本标准主要起草人：王坚、金致凡、赵丽娟、黄厔、蔡启欣、宋榕荣、宋蕾。DB35/T 16742017 1 城市热岛效应监测技术规范 1 范围 本标准规定了城市热岛效应的术语和定义、遥感和连续自动监测的方法、技术要求。本标准适用于城市热岛效应的遥感监测和连续自动监测。2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是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。GB 31221 气象探测环境保护规范地面气象观测站 QX/T 50 地面气象观测规范第 6 部分：空气温度和湿度观测 QX/T 51 地面气象观测规范第 7 部分：风向和风速观测 QX/T 55-2007 地面气象观测规范第 11 部分：辐射观测 QX/T 56 地面气象观测规范第 12 部分：日照观测 QX/T 57 地面气象观测规范 第 13 部分：地温观测 QX/T 65 地面气象观测规范第 21 部分：缺测记录的处理和不完整记录的统计 QX/T 66 地面气象观测规范第 22 部分：观测记录质量控制 QX/T 118 地面气象观测规范 资料质量控制 DB35/T 1597 温排水监测技术规范 3 术语与定义 QX/T 50、QX/T 57 和 DB35/T 1597 中界定的部分术语及下列术语与定义适用于本标准。3.1 城市热岛效应 urban heat island(UHI)effect 城市中的气温明显高于外围郊区气温的现象。3.2 黑体 black body 指如果某一物体对任何波长的辐射全部吸收，该物体称为绝对黑体，在自然界是不存在的，在理论上具有重要地位，实验室可以通过人工制造出接近于黑体的表面。3.3 亮度温度 brightness temperature 当一个物体的辐射亮度与某一黑体的辐射亮度相等时，该黑体的物理温度就被称之为该物体的亮度温度。3.4 像元 pixel 包含空间和光谱响应强度两个变量的遥感图像数据单元。DB35/T 16742017 2 3.5 大气校正 atmospheric correction 消除或减弱卫星遥感影像在获取时在大气传输中因吸收或散射作用引起的辐射畸变。3.6 几何校正 geometric correction 为消除影像的几何畸变而进行投影变换和不同波段影像的套合等校正工作。3.7 辐射校正 radiometric correction 对由于外界因素，数据获取和传输系统产生的系统的、随机的辐射失真或畸变进行的校正。3.8 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。3.9 地表温度 surface temperature(ST)裸露土壤表面的温度（即 0 cm温度）。3.10 气温 air temperature 表示空气冷热程度的物理量，简称气温。地面气象观测中测定的是离地面 1.50 m高度处的气温。3.11 连续自动监测 continuous automatic monitoring 在监测点位采用自动监测仪器进行连续的监测过程。4 热红外遥感法 4.1 原理与应用 利用热红外遥感影像及地面同步观测的气象资料，建立亮度温度与地表温度的计算模式，确定地表温度场分布，获得热岛强度的空间分布情况。4.2 监测时间 所采用遥感影像的卫星过顶时间。4.3 监测项目 地表亮度温度及区域地表温度场分布。4.4 遥感影像的选择 4.4.1 影像选择原则 4.4.1.1 使用的遥感影像应包含热红外波段，并可以通过校正得到各波段的亮度温度；4.4.1.2 红外影像空间分辨率为 1000m或优于 1000m；DB35/T 16742017 3 4.4.1.3 监测区域云量的覆盖率小于或等于 10%；4.4.1.4 太阳天顶角小于 60。4.4.2 遥感影像的选择 根据 4.4.1 的要求，选择覆盖所监测区域，具有 10.4 m12.5 m热红外测温波段（单通道或多通道）的卫星遥感影像。主要来源包括 Landsat-5(TM)、Landsat-7（ETM+）、Landsat-8（TIRS）、MODIS、NOAA A VHRR 和国产气象卫星等。4.5 遥感影像解译 4.5.1 几何校正 应对遥感影像进行几何校正，以获得具有几何精度的热红外影像图。4.5.1.1 控制点(GCP)的选择原则 通常选择原始遥感影像上可以分辨并能在地图上精确定位的地表位置作为控制点，如道路的交叉口、桥梁、建筑物等。这些地物标志明显，易于识别，不随时间而变化。4.5.1.2 控制点的数量 尽可能满幅均匀选取，中等及以下城市（含中等）通常不少于 15 个，大城市可适当增加点位。4.5.1.3 校正方法 在每一幅原始遥感影像图上选择好控制点，利用数字化地图或 GPS 找到对应的真实坐标，输入软件进行地理配准，校正后误差应小于 1 像元。4.5.2 亮度温度换算 利用卫星遥感影像中记录的辐射参数，按公式（1）计算出地物在大气顶部的辐射亮度（L），按公式（2）计算相关波段的亮度温度（Tb）。L=GDN+B（1）式中：DN灰度值，该数据范围由所选择卫星的影像特征确定 G、B所选波段的辐射参数，可由所获取卫星影像文件中的 gain、bias得到。)1/ln(12L KKTb（2）式中：1K、2K 计算常数，可由所获取卫星影像中得到 Tb亮度温度，单位为开尔文（K）。4.5.3 地表温度的计算模型 4.5.3.1 单通道计算法 DB35/T 16742017 4 将反演的亮度温度与实测地表温度用最小二乘法进行线性回归，获得亮度温度与地表温度（ST）的计算公式（公式 3）。ST=ao+a1Tb（3）式中：ST地表温度，单位为 a0，a1回归系数 Tb亮度温度，单位为开尔文（K）。4.5.3.2 分裂窗计算法 将反演的不同波段的亮度温度与实测地表温度用最小二乘法进行线性回归，获得中长波算法（公式4）、大扫描角度算法（公式 5）的地表温度（ST）计算公式。ST=ao+a1Tb1+a2Tb2.（4）式中：ST地表温度，单位为 a0，a1，a2回归系数 Tb1，Tb2各通道的亮度温度，单位为开尔文（K）。ST=ao+a1Tb1+a2Tb2+a3(sec-1).（5）式中：ST地表温度，单位为 a0，a1，a2，a3回归系数 Tb1，Tb2各通道的亮度温度，单位为开尔文（K）卫星天顶角，单位弧度（rad）。4.5.4 热岛效应地表温度场 4.5.4.1 背景点设置：在基本不受城市热岛影响的郊区设置背景点并获取亮度温度，作为计算城市与郊区温差的背景和点亮度温度；4.5.4.2 在遥感影像分类工具中进行热岛效应地表温度场统计，要求计算出温差TUHI为 0.5 TUHI2.0、2.0TUHI3、3TUHI5、TUHI5等的区域面积及所占比例；4.5.4.3 利用遥感影像分类工具绘制温度场分布图，用不同色阶表示不同温升强度区域，建立热岛效应地表温度场分布图并以 IMG格式存储。DB35/T 16742017 5 4.6 质量保证与控制 4.6.1 遥感影像 选取遥感影像时避免采用有明显条带（修复后）或大面积数据缺失的原始数据，监测时采用最接近卫星过顶时刻发布的辐射定标系数。4.6.2 空间分辨率 若使用空间分辨率劣于 300m的红外影像，应在几何校正的控制点(GCP)中选取 3 个以上最易识别的控制点作为特征点，采用卫星定位技术对该特征点进行定位，获取准确的地面控制点位置，减少影像误差。4.6.3 建模的地表温度监测 要求在监测区域内相对均匀地至少选择10个点位，若监测区域已有地面气象观测站点直接将其纳入，不足10个点位的应设置临时自动监测点位。选择与卫星遥感影像同步（或准同步）的时间，按QX/T 57的要求进行地表温度监测，建模数据总量应不少于30组。4.6.4 监测结果检验 在不同温升区域按5.1.2的要求设置临时监测点位，选择与卫星遥感影像同步（或准同步）的时间，按QX/T 57的要求进行地表温度监测，要求现场实测的地表温度与遥感监测结果的平均偏差小于或等于0.5。4.6.5 监测时间 地表温度观测与卫星过顶的时间差不应超过30min。4.7 监测报告 监测报告的内容参照附录的要求。5 连续自动监测法 5.1 监测点位的布设 5.1.1 监测点位的布设原则 监测点位的布设以监控城市热岛效应温度场分布为基础，原则上每一类温升区域（详见 4.5.4.2）至少要设置 1 个监测点位，并至少在郊区设置 1个背景点。5.1.2 监测点位的布设要求 5.1.2.1 监测点位应设在能较好地反映区域热岛效应温度场特点的地方，避免局部地形的影响，若该区域内已有气象观测点位，可直接选用；DB35/T 16742017 6 5.1.2.2 根据 GB 31221中对气温、风速监测的要求，点位四周平坦，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大于 10 m；5.1.2.3 根据 GB 31221 中对日照监测的要求，点位四周障碍物的影子应不会投射到日照观测仪器的受光面上，附近没有反射阳光的物体。5.2 监测项目及方法 5.2.1 必测项目：气温。5.2.2 选测项目：日照、风速，根据需要可适当增加选测项目。5.2.3 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 分析方法 监测标准 气温 铂电阻温度传感器法 QX/T 50 风速 测风传感器法 QX/T 51 直接辐射法 QX/T55 日照 日照传感器法 QX/T 56 5.3 数据有效性规定 5.3.1 数据审核规定 按 QX/T 66、QX/T 118、QX/T 55-2007附录 F的有关规定执行。5.3.2 数据完整性规定 缺测和不完整记录的统计按照 QX/T 65 的有关规定处理。5.4 质量保证与控制 按相应监测标准（表1）的相关规定执行。5.5 监测报告 监测报告的内容参照附录的要求。DB35/T 16742017 7 附 录 A（资料性附录）城市热岛效应监测报告内容“前言”简述任务来源，监测任务实施单位，监测区域、监测时间与时段等简要说明，监测报告依据监测目的、内容和具体要求，可对下列三个章节及内容适当增减：1 概况 1.1 地理位置 1.2 行政区划 1.3 气候概况 2 遥感监测 2.1 遥感影像的选择（包括卫星及过顶时间、波长、空间分辨率）2.2 背景点的选择 2.3 质量保证与控制 2.4 热岛效应地表温度场监测结果（以表格形式体现）2.5 城市热岛分布图 _热岛效应地表温度场监测结果 类型 面积(km2)比例(%)温度()备注 背景点-0.5TUHI2-2TUHI3-3TUHI5-TUHI5-3 连续自动监测 3.1 监测点位的选择与布设 3.2 监测点位图 3.3 监测项目、分析方法 3.4 监测结果：包括气温等监测项目的日、月、年变化图 DB35/T 16742017 福建省地方标准 城市热岛效应监测技术规范 DB35/T 16742017*2017年 9月第一版 2017年 9月第一次印刷