1.1研究背景及意义
二十一世纪以后，社会的主要矛盾正在不断发生变化，随着工业化进程的推进，已经基本解决了人类物质匮乏和能源短缺问题，但过度排放的二氧化碳等温室气体，使气候和环境问题逐渐成为影响人类生存的主要矛盾。给各地造成了巨大的经济损失。全球气候变化已成为人类可持续发展道路上的重大挑战。城市作为人类活动最频繁的空间,一直是物质、能量、信息交换最活跃的场所。人类的活动引起的气候变化在城市地区中表现最为突出。随着城市中人类活动愈加频繁，城市热岛效应日益明显,对城市气候与环境、能源消耗和居民健康产生重要影响。人为热排放是导致城市热岛效应的重要原因之一，其中城市热岛是城市人类活动对气候影响的突出表征。城市人为热通量是指城市中由人类活动产生并排放到大气中的那一部分热量,而产生的人为热量释放是城市热岛效应加剧的重要影响因子。它主要来源于化石燃料的燃烧废热、其他形式能量做功的热损耗以及人类自身的新陈代谢。城市人为热的重要来源化石燃料的燃烧废热同时伴随碳排放。我国目前是世界上最大的碳排放国家，与许多发达国家相比，我国的碳排放强度偏高、能源利用效率相对偏低。通过研究人为热可以缓减城市热岛效应，进而更好地应对全球气候变化，提高能源利用效率，减少碳排放。如何评估人为热对城市热环境的影响,是准确定量其贡献的关键问题。目前国内外的领域中，对于人为热评估方法方面,主要有3种方法:源清单法﹑数值模拟法以及地表能量平衡方程法。对于人为热的研究还处在探索阶段,对其进行定量研究分析具有理论和实践两方面的意义。本作品在整理国内外城市人为热研究领域相关文献的基础上,基于城市地表能量平衡方程，利用多源遥感参数和气象参数对地表热通量的各分量分别计算，得出地表净辐射、显热通量、潜热通量、土壤热通量,最终可以获取城市人为热通量排放的空间分布图像。并结合统计数据来分析和研究城市能源利用效率空间分异。对于城市地表能量收支状况、城市热环境空间分异、城市能源利用效率、城市热岛强度、城市发展规划、城市扩张的领域有应用意义。1.2研究内容
1.2.1研究目的
基于地表平衡理论，对地表热通量的各分量分别计算得到城市人为热通量，获取城市人为热通量排放的空间分布图像。并结合夜光遥感和统计数据分配能源消耗，来分析和研究城市能源利用效率空间分异，本项目理清基于城市人为热的能源利用率空间分异具有重要意义，可为城市管理者制定合理的能源政策、提高能源效率、实现“碳中和”目标、实现可持续发展提供科学依据和决策支持。1.2.2研究内容
① 城市下垫面地表能量平衡组分遥感反演
通过对空气动力学粗糙度优化、城市下垫面类型调查，结合多源遥感参数和气象参数对地表热通量的各分量分别对于地表能量平衡组分进行遥感反演，得出不同年份的城市人为热排放通量。② 能源利用效率空间分异模型构建
结合并结合夜光遥感和统计数据分配能源消耗，基于地表能量平衡方程，构建能源利用效率空间分异模型，实现基于夜光数据、能源清单、多源遥感数据的人为热空间分异。1.2.3研究路线
图1.1研究路线
二、城市能源利用效率基础理论2.1城市人为热概念
城市人为热是由人类活动产生并排放到大气中的那一部分热量，它是指人们对能源的不充分利用而排放到周边环境的废热。相对于自然地面来说，城市的地表能量平衡方程中，多了主要由工业、车辆、建筑、人类活动产生的人为热。我们通过算法可以得到城市人为热再根据夜光遥感数据分配该地区的能量消耗，结合人为热数据得到该地区的能源利用效率情况。如图所示：图2.1城市人为热概念图
2.2城市能源利用效率理论模型
在获得人为热排放的空间分布，在实现能源消耗统计数据空间分配的基础上，可通过栅格计算构建城市能源效率评估模型：式中，η为像元(i,j)处的能源效率，A为像元(i,j)处单个像元内全年累积的人为热排放值，E为像元(i,j)处单个像元内全年累积的能源消耗热当量值。
三、研究区概况及数据的预处理3.1研究区概况
南京市位于中国东南部，长江中下游地区，是江苏省省会及政治、经济、文化、旅游中心，中国南部地区的枢纽地带，其能源气候问题也需要仔细研究。南京的气候属亚热带季风气候，雨量充沛，年降水毫米，年平均温度为15.4°C，年极端气温最高为39.7°C，最低-13.1°C，年平均降水量毫米。能源情况：年，南京市能源消费量总计吨，工业行业综合能源消费为，增幅为0.69%。3.2数据预处理
3.2.1遥感数据源的选择
本文所用遥感数据包括Landsat8影像、和GLADS影像。Landsat8影像来自于地理空间数据云（转载请注明：http://www.0431gb208.com/sjsbszl/233.html
