天眼揭秘：首钢搬家，缓解城市热岛效应几何？

yg760 2017-06-13

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2016年中央经济工作会议上，“去产能”被列为五大结构性改革之首。工业领域产能过剩的同时，改变了地表热辐射，引发工业热污染，加剧了城市热岛效应。快速监测工业热污染状况并提取工业污染源对城市管理具有重要意义。

中科院遥感与数字地球研究所遥感卫星应用国家工程实验室孟庆岩研究员团队围绕首钢集团搬迁开展了多时相热红外遥感监测，快速准确提取热污染源，实现对工业热污染及时监测。

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什么是城市热岛效应？

城市地表覆盖类型的变化和人为活动的影响会引起局部区域气温及地表温度的上升，导致高于同时期的周边郊区温度，这种现象被称作“城市热岛效应”。城市热岛效应是城市对气温影响最突出的特征。

热红外遥感如何实现地表温度反演？

热红外遥感（thermal infrared remote sensing）利用星载或机载传感器收集、记录地物的热红外信息，来识别地物和反演地表参数如温度、湿度、和热惯量等。在城市热岛效应、林火监测、旱灾监测、探矿、探地热、岩溶区探水等领域都有很好的应用前景。

热红外遥感的信息源来自物体本身，其基础是：只要其温度超过绝对零度，就会不断发射红外能量，即地表热红外辐射特性。利用热红外影像辐射传输方程法反演得到地表温度值，需要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。

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首钢集团原位于北京石景山地区，集中了焦化、烧结、炼铁、炼钢和轧钢等高耗能、耗水及高排放的生产工序。上世纪90年代，首钢产能和产业规模的不断扩大，对我国钢铁工业贡献瞩目的同时，也带来了严重的环境问题。“首都搬家还是首钢搬家”的社会舆论成为当时百姓关注的焦点。2005年，经国务院批准，首钢集团涉钢系统全部迁出北京，直至2010年底石景山区冶炼、热轧全部停产。首钢工厂遗址被逐步改造成新首钢高端产业综合服务区。

首钢集团生产设备分布图

科研人员利用Landsat系列影像，针对首钢集团搬迁前后进行了热环境变化分析。其中，提取了2000年、2005年、2010年和2016年首钢工业区地表温度信息，利用城市热岛比例指数（URI）衡量工业区及周边区域搬迁前后的热环境变化状况，并分析热污染变化与地表覆盖类型和钢铁产量的相关关系。

获取地表温度信息是本项研究的关键内容。

首先利用遥感热红外影像通过辐射传输方程法反演得到地表温度值。考虑到研究中采用了四个不同时相的遥感影像，影像的获取时间不同，难以用绝对温度值直接进行比较分析。科研人员针对不同时相影像中反演的温度进行正规化处理，使其分布范围统一到0-1之间，利用密度分割将正规化后的影像的地表温度划分为5个等级。

采用热岛比例指数（URI）衡量不同时期的热岛强度现象，指数值越大，表明热岛现象越严重。为了分析首钢工厂热岛现象变化的原因，科研人员分析了不同地物覆盖类型下的地表温度等级，发现两者相关性不大。进而将热岛比例指数与工厂钢铁产量进行相关性分析，发现两者呈现正相关关系，证实钢铁厂内部热环境的变化主要是由于钢铁停产。

结果显示：首钢工厂搬迁后，工厂和周边区域热污染得到明显缓解，其热岛比例指数从0.55下降至0.21。遥感技术可快速准确提取地表温度异常区域，有效监测工业热污染排放，从而为城市规划管理部门提供决策依据。

首钢搬迁采用的是逐年缩减产能的方式，2005年五高炉停产，2006年一高炉和二焦炉停产，2007年四高炉和第三炼钢厂的两座转炉停产，2008年第三炼钢厂全部停产，直到2010年底三高炉（功勋高炉）停止运转。2010年5月首钢工厂尚未全部停产，三高炉及部分炼钢厂仍旧运转，从下图（C）中可以看出，三高炉区域仍旧处于高温区，焦炉和轧钢流程区也都处于高温和较高温区，热岛现象仍旧存在。但是已停产的高炉和焦炉等设备区域，温度等级明显降低，处于黄色调。首钢工厂全部停产之后并经规划改造，在2016年园区地表温度等级已经明显降低，整个厂区原本高温区地带大幅缩减，所占比例只有0.86%。