Page 242 - 《高原气象》2021年第5期

5 期 朱浩楠等：基于遥感和数值模拟的重庆海绵城市热岛效应分析 1203
分别在研究全球和欧洲的城市热岛效应时，基于 影响，不仅应当对海绵城市建成前后的热岛效应进
CCA计算了城市和郊区的平均温度差异，从而构建 行纵向对比，还应将其与采用传统城市规划的地区
了较为合理的热岛强度指数；王靓等（2015）同样利 进行横向比较。重庆市悦来新城在 2011 年的重庆
用 CCA 提取了北京市的主要城建区范围，并以此 市城乡总体规划中，被定义为“两江现代国际商务
对当地 2005-2014 年热岛强度时空格局展开了深 中心”并开始大规模建设，同时也是国内首批海绵
入分析。 城市试点单位之一。因此，利用卫星遥感数据，以
数 值 模 拟 也 是 研 究 热 岛 效 应 的 常 用 方 法 。 悦来新城为研究对象，将其与采用传统城市规划的
Zhang et al（2017）利用 WRF（Weather Research and 新建城区—重庆市龙兴镇和采用传统城市规划的
Forecasting）模式对俄克拉荷马的城市热岛效应进 老城区—重庆市观音桥商圈进行对比；同时结合多
行模拟分析，通过与实际观测对比，认为模式能较 尺度数值模拟，在悦来进行土地利用规划方案敏感
好地模拟城市对局地温度、风向风速等气象要素的 性试验，从而实现对海绵城市热岛效应的综合性、
影响。Chen et al（2011）总结了近年来数值模式在 系统性评估，以期对该研究领域进行补充。
城市气象研究中的应用状况，并认为针对城市气象 2 资料选取和方法介绍
中的多尺度特征，应将不同尺度数值模式进行耦合
使用。Chen et al（2014）及 Zhang（2007）分别利用耦 2. 1 遥感资料
合了城市冠层模型的 WRF 模式和 RAMS 模式对中 地 表 温 度 遥 感 数 据 使 用 了 2004 -2017 年 的
国杭州和重庆进行了热岛效应模拟，结果表明耦合 MODIS 8 日合成地表温度产品，空间分辨率为
模式能更好地模拟出热岛效应的时空特征。Tian 1 km，并以热岛强度最明显的夏季作为研究时间
et al（2017）通过将全球尺度（25 km）模式模拟结果， 段。由于重庆市常年多云雾，造成资料很多缺测，
降尺度至中尺度（1 km）和城市尺度（100 m），从而 因此参照 Crosson et al（2012）的研究，将 TERRA 星
为 城 市 规 划 和 设 计 提 供 多 尺 度 数 值 模 拟 服 务 ； 数据（MOD11A2）和 AQUA 星数据（MYD11A2）进
Fang et al（2004）通过耦合区域微尺度模式、城市微 行结合。具体做法为以 MYD11A2 为基准数据，逐
尺度模式和城市次网格模式，搭建了多尺度数值模 点计算与 MOD11A2 的多年夏季平均值之差；而在
式系统，为北京市的城市规划、通风廊道设计等工 后续数据处理中遇到每一个 MYD11A2数据缺测像
作提供了重要支撑。 元时，都用 MOD11A2 对应点的像元值加上气候差
众多研究表明，城市热岛强度主要受下垫面规 异做替换，从而完成缺测数据填补。
划、人类活动强度、气象和地理位置等因素影响， 地形高度数据使用了 NASA 根据航天干涉成
而其中下垫面条件可通过调整建设模式而改变（朱 像雷达技术制作的 SRTM1数据，空间分辨率 30 m。
玲等，2018），因此是缓解热岛效应的重要方法。 土地利用数据使用了清华大学基于 Landsat Themat‐
海绵城市是针对我国当前城市水危机提出的生态 ic Mapper 和 Enhanced Thematic Mapper Plus 数据制
化、低影响化城市建设模式，通过规划大量绿地设 作 的 ，FROM-GLC 土 地 利 用 数 据（Gong et al，
施及使用透水性较好的建筑材料，减少城市发展对 2013），时间基点为2017年，空间分辨率30 m。
水文环境的干扰（仇保兴，2015）。同时，海绵城市 2. 2 城市热岛定义
的绿地规划作为下垫面“冷源”还能对降低城市热 计算城市热岛强度的关键在确定城市和郊区。
岛效应起到重要作用（束方勇，2017）。朱玲等 根据图 1［该图及其文中涉及包含国界、省界的地图
（2018）利用遥感数据分析了贵安新区的热岛强度， 是基于国家地理信息公共服务平台地图服务的审
认为海绵城市规划中的水体将有利于城市降温、增 图号为 GS（2019）1719号-甲测资字 1100471的中国
湿、加强空气流通、改变局地微气象条件。宋雯雯 地图（世界地图）制作，底图无修改］可知，由于重
等（2018）利用 MODIS 遥感数据分析了遂宁市的城 庆市土地利用类型分布复杂，地表形态以山地、丘
市热岛，认为海绵城市建设增加了遂宁市主城区的 陵为主（姜平等，2019），仅凭人工经验判断城市区
绿地面积、水域面积，使城市建设更加合理，一定 域势必造成较大误差，因此本研究通过城市聚类法
程度上缓解了当地的热岛现象。 结合地形高度完成对城市和郊区的定义。城市聚
然而，当前相关领域对海绵城市的研究主要针 类法（City Cluster Algorithm，CCA）是由 Rozenfeld
对其内涝防治效果，对其热岛减缓效果的研究依然 et al（2008）提出的一种快速划分城市与郊区的方
较少。充分了解海绵城市规划对城市热岛带来的 法，类似火灾蔓延模拟。它通过选择初始“着火