應用遙測技術於都市冷島及其相關因子之研究 ─以舊台南市行政區為例

以 Landsat-7 ETM 遙測影像推演的都市冷島強度(UCII)
（資料來源：引自本研究）

忙了一個月的小論文撰寫，從題目的選定、文獻回顧、資料分析比對、成果展示、論文撰寫等都耗了不少心力與時間，感謝當時考完研究所倉促決定題目後與我一同共事的遙測室學弟啟峯，不論最後比賽結果為何，至少我們在這次研究中獲得了不少知識與經驗的累積，我個人缺乏遙測方面的專長，學弟比較缺乏論文寫作的技巧，因此這篇文章裡學弟負責研究方法影像蒐集與處理，我則負責文獻回顧與論文撰寫。之後將來投地理教育、地圖比賽等可以再繼續經驗互補學習成長，對未來研究之路也著實穩定許多，振奮與啟發了對研究的熱忱。

這個題目源於學弟當時的大專生國科會計畫主題，但我們起初一直沒有選定研究範圍與研究方法，只知道都市微氣候的人造都會公園所造成的「冷島」很適合成為現在環境生態的相關議題探討，而且一直很關注的是都市熱島效應一直以來都很多人在做，自從國立成功大學建築系林憲德教授在 1999 年開啟了台灣熱島研究之窗，熱島在環境議題研究一直是個研究熱點與趨勢，因此要寫得好很不容易，為了挑戰這個熱點領域與增進自我能力，於是我們跳下這個火坑一頭栽下去，沒想到卻擁有這麼棒的研究體驗，以下就大概介紹本研究的內容。

應用遙測技術於都市冷島及其相關因子之研究─以舊台南市行政區為例
楊懷恩、顏啟峯

摘要
截自 2010 年底，臺灣地區約有 79.4% 的人居住在總面積約 12.7% 的都市計畫區內，人口和產業朝向都市集中的都市化趨勢極為明顯，因此都市中人工建築物與不透水層鋪面加重惡化都市內的空氣流通與水循環系統，使自然環境失去原本調節氣溫的功能，相對地又增加空調設備的能源損耗，都市化所造成的廢熱排放、水泥化和綠覆率減少等現象導致了「都市熱島效應」。

過去一、二十年來，都市熱島效應逐漸帶動全球各界對於「永續性都市」概念的瞭解，都市熱島效應是檢視整體環境發展是否符合永續性的重要指標，亦是都市整體的健康情況攸關環境與社經發展的永續程度，因此國內外的研究中，皆有量測、模擬、估算，抑或尋求影響熱島效應的關鍵因素，以利於提出改善熱島效應的具體方針，甚至一些研究指出公園綠地與屋頂綠化所增加的綠覆率所產生的都市冷島，能有效抑制都市地表溫度與氣溫的增加。不過「永續性都市」的概念提出後雖然已被運用至許多領域當中，但卻無法真正徹底實踐，因此本研究則應用遙測法將遙測影像轉換為面狀地表溫度資料，透過地表溫度資料與造成都市冷島的相關因子資料進行空間相關分析，呈現其影響地表溫度之顯著性，接著計算都市冷島強度(Urban Cool Island Intensity, UCII)，探討其與永續性都市發展的內涵。

都市熱島效應與永續發展的關聯
都市化的過程是近代人類活動的重要現象，從區域觀點來看，由於台灣地狹人稠，人口和產業朝向都市集中的都市化趨勢極為明顯，根據行政院經濟建設委員會（2011）之「都市及區域發展統計彙編（一百年版）」，臺灣地區至 2010 年底都市計畫區面積計 4,567.01 平方公里，佔總面積 12.7%，但都市計畫區內人口數高達 18,293,142 人，都市計畫區內人口佔總人口比高達79.4%。因此其人口聚集的現象，呈現了密集的運輸旅次，排放大量汽機車廢氣造成空氣汙染等環境衝擊，都市中人工建築物與不透水層鋪面加重惡化都市內的空氣流通與水循環系統，使自然環境失去原本調節氣溫的功能，相對地又增加空調設備的能源損耗，都市化所造成的廢熱排放、水泥化和綠覆率減少等現象導致了「都市熱島效應」（呂毓倫，2008；林炯明，2010）。

過去一、二十年來，都市熱島效應逐漸帶動全球各界對於「永續性都市」概念的瞭解，有許多國家始致力於都市永續發展理想上的落實。當前人類社會致力於都市的永續發展，有賴對於都市系統更深入瞭解，以及作好都市管理的工作。都市的發展對於國家的永續發展，甚至是全球尺度都有關鍵的影響力，但臺灣受限於國際地位，無法在相關國際合作網絡中順勢發展，此情勢彰顯我國對永續發展指標此研究的迫切性，因此行政院國家科學委員會即透過研究建置了臺灣永續發展指標評量系統，目前也已進入邁向成熟階段（黃書禮、葉佳宗、陳俐伶，2005）。

都市熱島相關研究
林炯明（2010）認為都市熱島效應是檢視整體環境發展是否符合永續性的重要指標，亦是都市整體的健康情況攸關環境與社經發展的永續程度。目前在國內外的研究中，皆有量測、模擬、估算，抑或尋求影響熱島效應的關鍵因素，以利於提出改善熱島效應的具體方針，檢視都市熱島效應的統計指標為，通常以都市與郊區溫度差之值 ΔTu-r 作為評估「都市熱島強度」(Urban Heat Island Intensity, UHIs)之指標，因此在實測上，最常分類為「固定氣象站觀測法」、「移動觀測法」及「遙測法」，研究者常因為研究需求的差異而選用不同的實測方式，最常使用的實測方法為「移動觀測法」（孫振義，2010）。

近幾年國外陸陸續續有從都市生態系統的觀察進行都市冷島效應的相關研究(Shigeta et al., 2009; Li et al., 2011)，而在國內的研究亦有從實測後的結論後得知在都市中的綠化有助於減緩都市熱島效應，一些研究亦指出屋頂綠化(Green Roof)有助於減緩暴雨逕流量、動物棲息地、空氣品質和能源消耗等問題（孫振義，2008; Sun, 2010）。另一方面，從郭柏巖（2000）的研究亦得知，都市公園附近局部區域綠覆率的增加，可有效降低夏季夜晚整體區域的溫度，可見都會公園提供的綠地具有調節氣候的功能，對於緩和都市高溫化有明顯幫助。

人地關係與都市永續性
雖許多研究偏重模式分析及計量等方法運用，我主要探討的還是永續都市的深層內涵，自「21世紀議程」揭示都市永續發展之理念後，「永續都市」(sustainable cities)漸成為地方制訂都市發展政策的依歸，亦是必須且可行的目標，有別於傳統都市的發展，Byrne 等人(1994)認為傳統都市與永續都市的發展模式大不相同，過去傳統都市的經濟發展著重於工商業發展，資源被視為可無限開發利用的原料，並認為人類可完全掌控自然；而永續都市發展則相對注重資源的多樣化，考量經濟、社會、環境三者間的協調與均衡發展，強調與自然生態環境共生的理念（黃書禮，1996；林晴如，2003）。

在研究方法上，除了遙測與 GIS 等資料處理軟體的應用外，由於都市空間現象之描述與研究極為複雜，而傳統的統計分析技術，不適用於分析空間資料，加上都市熱島是一個地理空間分佈的現象，基於永續都市人地關係的概念，於是建立環境、經濟與社會三者間的連結，呈現了都市人地關係是否和諧的指標之一。由於國內較缺乏地理空間統計於都市熱島相關的探討，因此本研究在兩組樣本上應用相關分析統計，在 UHIs 的分析應用空間熱點分析，藉此了解其相關因子在空間分佈上顯著性，並探討其與永續都市發展上的意義。

遙測法於都市冷島的應用
本研究採用 NASA 網站提供的 MODIS 地表溫度(LST)產品影像，作為空間相關統計地表溫度數據的應變項，本研究方法分三部分，第一部份先透過相關文獻採用方法，透過程序將 MODIS 的 LST 產品基於福衛二號影像利用常態化植生指數(NDVI)反演算網格式地表溫度值，接著第二部份透過台南市永續發展策略規劃的指標擷取相關因子並進行資料處理為自變項樣本資料，將進行空間相關分析方法檢定其相關性，最後以 Landsat-7 ETM 影像計算都市冷島強度(UCII)並進行 Hotspot Analysis 分析熱島中心區域的冷點綠覆率，並探討政府在發展策略上的可行性。

本研究所探討的冷島相關分子自變數為「人口密度」與「綠覆率」，前者的選定是因為人口聚集與人口規模形成了都市化的現象，因此常成為都市熱島效應的影響因子之一；而後者的綠覆率則為台南市永續發展策略規劃（2008）所規劃的 20 個永續發展指標之一。為什麼只選定這個因子呢？是由於綠覆率是其指標中最具空間分布的靜態因子之一，加上對於永續都市的探討在分析上較具可信度。在空間相關分析上的成果表現上，於顯著水準為 0.05 （雙尾）時，得到應變數與自變數兩樣本的 p 值等於 0.0000，可見其相關性具有相當顯著的表現。

透過 UCII 計算，可歸納台南市的三大冷島分布區域。由北而南，一為安南區沿海一帶，這些冷島大多以魚塭、水塘、河道等型態存在，加上沿海地區受到海陸環流的影響，使地該區的冷島現象最為顯著；二為安平港及安平運河沿線一帶，安平港為此區最大的冷島中心，除了偏東方的住宅區外，其周遭地區的冷島強度明顯偏低或趨近於 0；三為原台南市南區機場外圍至沿海一帶，與安南區的冷島型態非常近似，大多為魚塭或是農田，加上位於沿海地區，受到海陸環流的影響，造成此區的住宅區冷島強度有一定的影響，然而，南區最特殊之處在於同時擁有冷島與熱島，而台南機場則為此區的熱島中心。

最後根據 Hot Spot Analysis(Getis-ord Gi*) 找出冷點的分布，找出本研究的核心探討目標──熱島圍繞的冷島區域，以成功大學為中心，方圓 1 公里內的區域，成為原台南市中心最具代表性的冷島區域，區域 UCII 最大強度約為 -1.8，相較於其他地區，雖然其溫度和冷島強度並非本研究區內最低之區域，但因其冷島成因與綠覆率有很高的相關性，和水體的相關性反而較低。

參考文獻

行政院經濟建設委員會（2011）：《都市及區域發展統計彙編（一百年版）》。
呂毓倫（2008）：《應用遙測衛星地表溫度資料探討都市熱島現象與社經空間發展之關係》，國立成功大學都市計畫研究所碩士論文。
林炯明（2010）：《都市熱島效應之影響及其環境意涵》，環境與生態學報，3(1)：1-15。
黃書禮、葉佳宗、陳俐伶（2005）：《檢視都市永續發展指標的發展歷程與內涵：從指標系統建構到政策評估》，都市與計劃，32(2)：227-251。
孫振義（2010）：《運用遙測技術於都市熱島效應之研究》，國立成功大學建築研究所博士論文。
Sun, H. Y.(2010): The Thermal Influence of Green Roofs on Air Temperature in Taipei City, Applied Mechanics and Materials, vol. 44-47:1933-1937.
林晴如（2003）：《台灣地區永續性空間發展模式之分析》，國立成功大學都市計畫研究所碩士論文。
黃書禮（1996）：《台北市都市永續發展指標與策略研擬之研究》，國立中興大學都市計劃研究所，台北市政府都市發展局委託研究。
Shigeta, Y. , Ohashi Y., and Tsukamoto O. (2009): Urban cool island in daytime—Analysis by using thermal image and air temperature measurements. Proc. Seventh Symp. on Urban Climate, Yokohama, Japan, International Association for Urban Climate, 5-7.
Shaoqing Li, Hongwei Mo, Yaling Dai(2011): Spatio-temporal Pattern of Urban Cool Island Intensity and Its Eco-environmental Response in Chang-Zhu-Tan Urban Agglomeration, Communications in Information Science and Management, 1(9):1-6.
郭柏巖（2000）：《都市公園微氣候觀測解析》，國立成功大學建築研究所碩士論文。
Byrne, J. et al.(1994): Urban Sustainability in an Industrializing County Context：The Case of China”, Urban Ecological Development: Research and Application, edited by Wang, R. and Lu, Y., Beijing: China Environmental Science Press.
行政院研究發展委員會（2008）：《台南市永續發展策略規劃》。