基于归一化植被指数的城市热岛效应分析

城市热岛效应是指城市中地表温度明显高于周边郊区的现象，这一现象在热岛强度的空间分布图上表现为城市中心区域像高温岛屿一样凸现出来。城市热岛效应的强度变化规律和过程是城市热环境遥感研究的重要课题。热岛效应的传统研究多基于热红外波段遥感影像，通过反演地表温度来进行分析。而归一化植被指数（NDVI）作为植被覆盖度的度量指标，其与地表温度的变化呈现相反趋势。利用这一点，可以将NDVI作为衡量城市热岛效应的新指标。 中巴资源卫星（CBERS）是中巴两国合作的资源卫星项目，其影像数据具有较高的空间分辨率。CBERS卫星包含的CCD传感器能够提供多光谱数据，但其红外波段的数据量较少且分辨率较低，因此不适于地表温度的反演研究。然而，利用地表温度与NDVI的关系，可以基于决策树模型对城市热岛效应进行定量分析。文中提到的决策树模型能够将水体与非水体分离，因为水体在NDVI影像中呈现低值，而其地表温度通常也较低，因此水体的热岛效应较小。 归一化植被指数（NDVI）的计算公式是基于遥感图像中的近红外波段（NIR）和红波段（R）的反射值计算得出的。具体公式为NDVI = (NIR - R) / (NIR + R)。NDVI的值一般介于-1到+1之间。由于城市建筑和道路等不透水面的地表温度较高，对应NDVI值较低；而农业用地、绿地等植被覆盖度高的地区，其地表温度较低，NDVI值较高。因此，NDVI在空间变化上与地表温度呈现相反趋势，可以用来评价城市热岛效应。 在定量分析城市热岛效应时，可以对NDVI影像进行阈值划分，将城市热岛效应分为四级，以直观描述城市热场的变化。该模型的生态评价指标可以通过NDVI影像图的平均值（M）和标准差（D）来进行分类。通过对NDVI影像进行阈值划分，可以将城市热岛效应现象分为无、弱、中、强四个等级。不同等级采用不同的颜色来表示，例如：优良（绿色）、较差（品红色）、差（黄色）、红色。 利用决策树模型可以将水体信息提取出来，进而对非水体部分进行热岛效应分析。提取水体信息的方法包括单波段法和多波段法。单波段法主要利用近红外波段对水体的强吸收特性，划分水体和非水体。而多波段法则利用多个光谱波段的信息，例如归一化差异水体指数（NDWI），其计算公式为NDWI = (Green - NIR) / (Green + NIR)，其中Green代表绿波段反射值，NIR代表近红外波段的反射值。NDWI是一种有效的水体提取指数，可以用来进一步分离水体与非水体，以便于进行更为精准的城市热岛效应分析。 通过对徐州地区的案例分析，本研究建立了评价指标体系，并提供了一种新的城市热岛效应定量分析模型。这一模型可以为城市环境监测、管理和规划提供科学依据，对缓解城市热岛效应、优化城市布局与规划具有重要的指导意义。