都市熱島效應於產業發展及其影響因子分析之研究

Volume 20, No1, 2016, pp. 29-42 DOI：10.6574/JPRS.2016.20(1).3

1逢甲大學土地管理學系 教授兼資深副校長 收到日期：民國 102 年 12 月 12 日

2逢甲大學土地管理學系 研究生 修改日期：民國 103 年 06 月 19 日

3逢甲大學地理資訊系統研究中心 資深規劃師 接受日期：民國 103 年 07 月 04 日

4逢甲大學地理資訊系統研究中心空間資訊與環境規劃處 處長

5逢甲大學土地管理學系教授兼地理資訊系統研究中心 主任

*通訊作者, Email:nicole@gis.tw

都市熱島效應於產業發展及其影響因子分析之研究

楊龍士

楊倍航

何佳薇

葉美伶

周天穎

摘 要

最近全球暖化議題越來越受重視，而都市熱島效應也是構成全球暖化的原因之一。由於近年來遙測 影像處理的科技越來越進步，其適合與地理資訊系統進行大尺度環境之綜合分析。因此本研究應用衛星 遙測技術配合地理資訊系統，進行都市整體面向溫度的監測分析。本研究應用衛星遙測技術，進行都市 整體面向溫度的監測分析，取 Landsat 5 衛星 1995、2009 及 2011 年於臺中上空所拍攝之衛星影像，將熱 紅外波段做溫度反演計算獲取地表亮度溫度，進而計算熱島強度，並配合風向、風速及洋流自然因素探 討熱島效應之分布情形，以了解臺中地區都市熱島效應現況。此外，根據工業區內分析結果，各工業區 內最高熱島強度約在 0.6~0.7 之間，調查其高溫區域之產業類別結果，包括有：金屬製造業、機械設備製 造業、電子、化學、光電產業，玻璃製品業、造紙業、紡織業等，尤以機械設備及金屬相關產業所產生 熱島強度最高。

關鍵字：熱島效應、單窗算法、溫度反演

1. 前言

1.1 前言

本研究探討熱島效應的對象為臺中市，臺中 市位居於臺灣南北交通路網的中心，並擁有全臺灣 第三高的人口密度。如果以產業的特性來看，臺中 地區的產業空間分佈大致上主要集中於人口密集、

都市化程度較高的區域，例如舊市區主要集中在西 屯區、西區及北屯區，而縣市合併後之新市區則包 括有太平、豐原、大里分居前三位。然而人為的活 動、加上密集的產業與大量的土地開發結果，致使 都市交通壅擠且耗能大增。在都市中的綠地快速且 大量的消逝，伴隨產生的是空氣品質惡化與擁擠的 居住環境，對都市居民的健康、整體經濟的發展與

都市的生態環境產生影響，顯示出都市微氣候環境 有逐年惡化的趨勢。根據調查，過去到現在一百年 來臺灣都會區的平均增溫大約是 1.5℃，比起北半 球各國家都市的平均增溫 0.7℃高出了約 2 倍(劉紹 臣等人，2003)，至 2010 年臺中市百年來整體溫度 平均上升 1.4℃。現今的臺中市已經成為臺灣中部 地區最大工商業都市。

位於盆地內的臺中都市熱島效應現象則會比 較偏向於集中內陸，由於熱島效應而形成之氣流循 環的塵罩現象更加為強烈與穩定，使得感受更加明 顯(林憲德，2001)。由於近年來遙測影像處理科技 進步很快速，其適合與地理資訊系統進行整體環境 的綜合分析，透過遙測影像，可以快速地監測地物 反射光譜的變化，且透過植被指數，我們能更清楚 地把地物的反射光譜轉換成更容易去分析的資訊，

尤其植被指數是目前國際上最常用來進行地景監 測的指標(林孟龍，2009)。本研究嘗試應用並配合 衛星遙測技術，進行都市整體面向及重點高溫地區 的監測分析，即利用三個時期衛星影像反演地表溫 度，配合地形風向等自然因素探討熱島效應之關係，

以了解臺中地區都市熱島效應現況趨勢。

1.2 研究目的

遙感探測(remote sensing)是一門藉由分析所 獲取的資料，主要以探知物體、地區或是現象的科 學。而其獲取資料的方式非常特別，能夠在不接觸 到該物體、地區或是現象的情況下進行分析取得資 訊(Lillesand and Kiefer, 2000)，本研究為了探討熱 島效應其高溫在臺中的分佈情形，為考量具備熱紅 外波段之衛星影像，加上需配合衛星通過臺灣上空 之雲體遮蔽率及影像拍攝品質，故以 Landsat-5 衛 星所拍攝的衛星影像作為研究。

另為探討臺中地區長期之土地利用與產業發 展對熱島效應之變化，本研究取得間隔 15 年如 1995 年及 2009 年之衛星影像，以及年份較新之 2011 年以探討土地利用與產業發展之變化，以此 三個時期影像進行分析比較，其研究目的為：

1.本研究以 1995、2009 及 2011 年三個時期 Landsat-5 衛星所拍攝的臺中地區之衛星影像，取 其中的熱紅外波段影像，利用溫度反演方程式進行 地表溫度的資訊及亮度溫度之轉換，進而計算熱島 強度。由於 Landsat-5 為僅有單一波段為熱紅外波 段之衛星影像，如果單從反演的技術及精度來講，

以單窗算法進行分析具有較大的優勢。以反演後之 衛星影像探討熱島強度於臺中市之分佈情形並加 以分析探討。

2.配合地形及臺中市氣象觀測站的輔助。配合 衛星影像時間點 1995 年 07 月 20 日 09:25、2009 年 07 月 17 日 10:25、2011 年 04 月 02 日 10:16，

取得氣象站所觀測之溫度資料進行熱島效應三個 時期之熱島強度檢核，並利用測站之風向、風速的 變化情形評估對熱島效應分佈之情形並分析評論，

供作為都市降溫及環境改善之必要參考。

3.以三個時期衛星影像可見光波段來進行地 覆植生指標分析，並計算土地植生覆蓋的面積，藉 由觀察其變遷資訊來探討綠覆率於臺中地區之變 化情形。都市地表植被覆蓋度低是都市熱島出現的 主要因素之一(裴歡等人，2008)，透過都市熱島效 應強度的計算與臺中市綠覆率的計算將兩者做迴 歸分析及相關性探討。

2. 研究範圍概述

都市熱島效應的成因影響因子眾多，每個鄉鎮 市均具有其獨特的自然環境條件、發展定位與產業 結構等，必定衍生出不同的都市熱島型態，綜合上 述介紹可得知，臺中直轄市主要發展集中於全區西 部，為文獻整理中主要加速影響熱島效應之集中區 域，此處由於和平區為人口密度極低之丘陵山區，

故本研究之研究範圍選定為臺中直轄市(和平區除 外之中西部地區)，進行土地利用現況與熱島效應 之分析研究，以期找出臺中地區土地現況與熱島效 應之關係。

圖 1 臺中直轄市行政區域圖

3. 研究方法

3.1 地表亮度溫度反演

本研究以 Landsat-5 TM 影像進行溫度反演，

其較適合用於都市或較小區域的地表熱能的差異

分析，其中波段 6 為 10.4-12.5μm 的熱紅外光波段。

在地面解析度方面，可見光至中紅外光部份為 30×30 公尺，熱紅外光波段方面，則為 120×120 公 尺，輻射分辨率可以達到 256 级。從其波段 6 之數 據中求算亮度溫度以分析都市熱島效應之溫度相 對關係，本研究參考地球觀測衛星 Landsat TM 在 設計製造時已考慮到把所接收到的輻射強度轉化 為相對應的 DN 值問題。因此對於 TM 數據所接收 到的輻射強度與其 DN 值有如下關係：

𝐿(𝜆)⁼ 𝐿^min(𝜆)^+[ 𝐿^max(𝜆)^-𝐿^min(𝜆)^] 𝑄^dn/𝑄^max (1)

𝐿(𝜆)為探測器所接收之輻射強度，𝑄max 為最大的 DN 值， 𝑄dn 為像元灰度值，𝐿max(𝜆)和𝐿min(𝜆)分 別為感測器所接收到的最大與最小輻射強度。一旦 𝐿(𝜆)求得，所對應的像元亮度溫度可以直接用下列 近似值來求算：

𝑇6= 𝐾2/ln(1+ 𝐾1/ 𝐿(𝜆)) (2) 其中，𝑇6 為 TM6 的像元亮度溫度(°K)；𝐾1 和𝐾2 為發射前預設之常量。像元亮度溫度絕對溫標 K 與一般常用的攝氏溫標有簡單的線性關係。

目前國內外有許多的文獻皆針對 Landsat TM 影像作地表溫度之反演，許多研究直接利用影像上 的亮度溫度來進行分析。但由於受到大氣的影響，

將感測器接收的資訊進行溫度反演至實際的地表 溫度時，會受到氣候因素影響，此外，在演算過程 中也會產生些許的誤差，因此為了更準確的獲取地 表溫度之相對關係，故使用影像接收數據轉換成的 亮度溫度為分析熱島效應影響是為較可靠的方法 之一。

3.2 都市熱島強度計算

都市熱島強度是指都市內局部單元溫度與周 圍郊區最低溫相差之程度。都市熱島強度越大，表 示都市內部較郊區集中更多熱能，都市熱島效應現 象越明顯。城市熱島強度通常是以熱島中心氣溫減

去同時間同高度近郊的氣溫差值，這裡以 ω 來表 示，ω 值愈大，表示熱島效應愈強。嚴格地講，熱 島強度的計算應以逐次都市溫度場中的最高值與 當時郊區氣溫值之差為準。本研究以研究區都市內 影像像元對應地面單元的地表亮度溫度與研究區 影像像元對應地面單元最低地表亮度溫度進行相 減，以得出熱島強度值，其中各年度之最低地表亮 度溫度皆位於研究區東南方之行政區，如太平區、

霧峰區內。都市熱島效應強度與熱島強度平均值計 算公式如下：

ω = 𝑇𝑢− 𝑇𝑠 (3)

其中：ω =熱島強度；^Tu研究區都市內影像像元對

應地面單元地表亮度溫度；^Ts研究區影像像元對 應地面單元最低地表亮度溫度

𝜔̅ =^{∑ 𝜔}_𝑛 (4)

其中：



3.2.1 熱島強度標準差分析

標準差(Standard Deviation)，σ在機率統計中 最常拿來作為統計分佈程度上的測量。標準差其定 義為方差的算術平方根，反應組內個體之間的離散 程度。

(5)

簡單來說，標準差是一組數值自平均值分散開 來的程度的一種測量觀念。一個較大的標準差，代 表大部分的數值和其平均值之間差異較大；一個較

小的標準差，代表這些數值較接近平均值。因此本 研究以標準差之概念來探討熱島效應的標準差，以 表示熱島效應城鄉氣溫之差距波動大小，以下列公 式來表示：

(6)

3.3常態化差異植生指標分析

許多研究運用綠色植物生長愈旺盛，其吸收之 紅光愈多；反射之紅外光愈強，其間差異愈大之原 理，以可見光與近紅外光之比值或差異值，即常態 化差異植生指標(Normalized Difference Vegetation Index)，應用於監測植生與地表覆蓋之變化。NDVI 之計算式如下：

NDVI=(NIR-R)/(NIR+R)

NIR 為近紅外光輻射值；R 為紅外光輻射值。

NDVI 為綠色植物探測最常用之指標，由二者波段 相差與和之比例組成。其值介於-1~1 之間，小於 零的像元值，通常屬於非植生之雲層、水域、道路 和建築物等像元，故指數愈大時，代表綠色生物量 越多。

3.4簡單線性迴歸與相關程度分 析

3.4.1迴歸模型

迴歸分析(Regression Analysis)目的在於了解 兩個或多個變數間是否相關、相關方向與強度，並 建立數學模型以便觀察特定變數來預測研究者感 興趣的變數。簡單線性迴歸模型如下：

Y = β0 + β1x+ε (8)

3.4.2 相關性分析

相關性分析的目的在於探討兩變數間的相關 程度，就綠覆率、產業與都市氣溫之相關性分析而 言，藉由相關性之分析可以得知各行政區及工業區 綠覆率與都市氣溫之間是否具有相關性，此外亦可 得知探討的範圍尺度及綠覆率的強度，對於都市氣 溫降溫是否有明顯的效果(呈現負相關)。

ρX, Y =

𝜎𝑋𝜎𝑌

=

𝜎𝑋𝜎𝑌 (9)

ρX, Y =

√𝐸(𝑋²)−𝐸²(𝑋)√𝐸(𝑌²)−𝐸²(𝑌) (10)

透過綠覆蓋面積的計算，配合地表溫度反演成 果與都市熱島強度指標，分析臺中市各行政區及各 工業區範圍內，綠覆率對熱島效應的貢獻度及熱島 強度之關聯性由皮爾森(Peatson)相關係數分析，可 獲得各種土地覆蓋對地表溫度的影響。其係數之絕 對值若為「1.00」，表示自變數與應變數間，呈現 完全相關；係數之絕對值若為「0.10 以下」，表示 自變數與應變數間關聯程度為微弱相關。

4. 實證分析

4.1臺中市熱島效應空間分布解 析

本研究利用1995年、2009年及2011年衛星影像，

經由溫度反演程式將其解算出地表亮度溫度值之 最高溫與最低溫度值，進行臺中地區都市熱島強度 值之計算，並將計算結果之熱島強度值分為四個等 級。分別為低溫分布區、中溫過渡區、高溫聚集區 以及最高溫核心區。依據空間分析方法中的Nature Break趨勢分級法將其熱島強度值進行分類，共歸 類為四大類，並以四種顏色表示，顏色愈深者為熱 島強度值愈高(白色則為雲體覆蓋切除部分)：以熱 島強度值為0至0.52定義為低溫分布區，以淺黃表 示；熱島強度值為0.52至0.58定義為中溫過渡區，

以深黃色表示；熱島強度值為0.58至0.64定義為高

 

 





i

DN i DN N

1



) ,...

3 , 2 , 1

(i n

DN

溫聚集區，以橘色表示；最高溫核心區則為熱島強 度值為0.64至1之間，以紅色表示(如圖2至圖4)。

由三個時期臺中市都市熱島效應強度計算結 果，顯示出研究區內不同年度間熱島強度值最高溫 分布情形有些共同的趨勢，也就是臺中市熱島強度 之最高溫核心區主要集中於舊臺中市建成區(如圖 2至圖4)，包括西區、西屯區、南區、南屯區、北 區、北屯區及中區等等，其次為靠海的梧棲區。從 1995年(圖2)與2009年(圖3)之成果圖進行比較，可 以明顯看出熱島效應現象有顯著之增長及擴張，而 2009年(圖2)至2011年(圖4)間因僅隔2年其熱島效 應強度程度大致略同。但因2011年影像日期為春季 季節，其他兩個時期影像日期則為夏季，因此熱島 強度分佈範圍略有不同，尤其是沿海地區，以下詳 加分析。

除了氣溫、降雨時數、降雨量、風速及風向這 些因素會影響外，從反演成果圖看出除了舊臺中市 區為顯著之高溫聚集區外，可發現沿海之梧棲區亦 為較高溫之核心與聚集地區，經調查得知靠海的梧 棲區於1973年開始動工進行臺中港的興建，包含商 港、工業港及漁港三部分，另為配合臺中港與臨海 工業區興建開發，於港區西南角設置火力發電廠，

以供應中部區域都市及工業所需電力，加上氣象資 料顯示其影像拍攝日期之風向為南風，故判斷火力 發電廠之建置除了帶動海岸線的城鎮發展外，也造 成溫度較其他地區高之原因之一。

另除了火力發電廠之興建外，夏季流經臺灣海 峽之黑潮為北太平洋中的一股巨大的暖流，在流經 臺灣海峽時，夏季表層水溫常達30℃左右，比同緯 度相鄰的海域高出2至6℃，比東部同緯度的陸地亦 偏高2℃左右，造成臺灣沿海潮濕而炎熱的氣候。

黑潮不但為臺灣沿海地區帶來溫暖，還為夏季季風 增添大量的水氣，為沿海地區溫度較高之另一原因。

本研究所選定之影像日期多為夏季，沿海一帶溫度 較高，臺灣海峽之黑潮洋流及受西南風向影響是造 成其高溫現象的主要原因，而也因為沿岸受洋流與 西南風之影響將梧棲區產業及火力發電廠所生產

之熱能帶上，因此使南邊梧棲區至北邊大甲區都受 到熱島效應的影響，熱能擴及臺中市沿海地區。

4.2 臺中市熱島效應強度與影響因 子解析

4.2.1氣象站氣溫觀測值與熱島強度值 分析

本研究利用臺中市各氣象觀測站，包括環保署 的5個測站及中央氣象局的兩個測站，以個別氣象 站於影像日期時間所測得之氣溫與氣象站所在地 所計算之熱島強度值做檢核分析。從1995年各測站 所測得之氣溫來看(圖5)，最高溫出現在梧棲氣象 站為28.01℃，熱島強度為0.664；最低溫出現在沙 鹿測站，氣溫為23.34℃，熱島強度為0.483。平均 氣溫為24.92℃，平均熱島強度為0.56。測站氣溫與 熱島強度之相關性為0.992，顯示其為高度相關，

也就是氣溫的高低與熱島強度的高低呈一線性關 係。

從2009年各測站所測得之氣溫來看(圖6)，最 高溫出現在豐原測站為28.09℃，熱島強度為0.668；

最低溫出現在忠明測站，氣溫為25.56℃，熱島強 度為0.581。平均氣溫為26.91℃，平均熱島強度為 0.62。測站氣溫與熱島強度之相關性為0.984，顯示 其為高度相關。氣溫的高低與熱島強度的高低亦呈 一線性關係。另臺中氣象站因為其位址剛好在雲體 覆蓋之下，所以該測站不列入計算之中，但不影響 整體計算之結果。

從2011年各測站所測得之氣溫來看(圖7)，最 高溫出現在大里測站為27.28℃，熱島強度為0.567；

最低溫出現在沙鹿測站，氣溫為24.86℃，熱島強 度為0.492。平均氣溫為25.86℃，平均熱島強度為 0.52。測站氣溫與熱島強度之相關性為0.975，顯示 其為高度相關。氣溫的高低與熱島強度的高低亦呈 一線性關係。由以上三個時期的分析，除了可說明 氣溫之高低明顯影響了熱島強度，也證實由熱島反 演模型所計算出的熱島效應強度資料是可靠的。

圖 2 1995 年 6 月 25 日影像之熱島強度反演成果圖 圖 3 2009 年 7 月 17 日影像之熱島強度反演成果圖

圖 4 2011 年 4 月 02 日影像之熱島強度反演成果圖

圖 5 1995 年各測站溫度與熱島強度相關性

圖 6 2009 年各測站溫度與熱島強度相關性

圖 7 2011 年各測站溫度與熱島強度相關性

圖 8 1995 年 6 月 25 日臺中市 NDVI 成果圖

圖 9 2009 年 7 月 17 日臺中市 NDVI 成果圖

圖 10 2011 年 4 月 02 日臺中市 NDVI 成果圖 資料來源：本研究彙整

4.2.2 氣象站風速及風向角觀測值對 熱島強度分布影響分析

為了詳細探究熱島與風向、風速之關係，本 研究利用7個氣象觀測站，包含環保署的大里測站、

忠明測站、西屯測站、沙鹿測站、豐原測站，以及 中央氣象局的臺中氣象站、梧棲氣象站，評估臺中 市三個時期風向、風速對熱島效應的影響，以解釋 其熱島強度高溫之分佈狀態。透過蒐集三個時期影 像當日氣象站所測得之風向，以箭頭所指示之方向 代表風向，顏色之深淺代表風速之快慢，由淺綠色 代表風速較慢，顏色越接近深綠代表風速較快，而 黑色為無風速資料。

1995年因缺少臺中氣象站風向資料，僅以6 個測站分析，6月25日約10:00am當時所測得之風向 主要以南風為主，風向角為130~195，南進北出的 風向使得當時熱島效應較無集中在都市內部。而越 外圍風速則越大，風速約為3.03~4.83(m/s)，從當 時之風速來看，約為2到3級風。梧棲區附近因有中 港加工出口區、中港關聯工業區及火力發電廠，加 上風向影響，使得梧棲區沿海一帶熱島效應強度較 高。

2009年7月17日約10：00AM當時所測得之風 向較無一定的規律，風向角為16.8~327。風速約為 1.52~2.19(m/s)，當期之熱島強度核心區主要分佈 為市中心區以及沿海地區。從當時市中心之風速來 看，約為2級風，因此熱島效應受到風的影響較小，

整體氣溫高。以2009年之影像日期來看，因當時為 夏季，沿海主要還是盛行西南風，雖然梧棲區之風 速無法得知，但從熱島強度之分佈來看，研判因沿 海梧棲區在西南風的作用之下，再加上黑朝洋流的 影響將梧棲區之熱能帶上臺中市整個沿海地區，一 值延伸到大甲區之沿海使其高溫居高不下；2011 年6月25日約10：00AM當時所測得之風向亦無一 定的規律，風向角為30~360。風速約為1.2~2.2(m/s)，

當期之熱島強度核心區主要集中於市中心區。從當 時市中心之風速來看，也約為2級風。因2011年影 像日期為春季，沿海地區無受到西南風向之影響，

因此只有梧棲區之熱島強度較高。另由沙鹿測站觀

測之風向得知，風由外圍帶向內陸地區，熱島強度 核心主要集中於盆地內舊都市地區，都市內部氣溫 較高。

4.2.3 臺中市各區綠覆率變化與熱 島強度分析

本研究運用 Landsat-5 衛星影像之可見光波段，

分析臺中市植生地變遷情形，包括計算臺中市各行 政區之綠覆率面積與常態化差異植生指標(以下簡 稱為 NDVI)。NDVI 為綠色植物探測最常用之指標，

由二者波段相差與和之比例組成。其值介於-1 至 1 之間，小於零的像元值，通常屬於非植生之雲層、

水域、道路和建築物等像元，故指數愈大時，代表 綠色生物量越多。排除雲體遮蔽影響後，本研究將 NDVI 值為-1 至 0 之間設定為非植生地，0 至 1 之 間為植生地，來進行都市熱島效應與都市綠地覆蓋 面積之關聯性探討。

由圖 8 至圖 10 可看出三個時期之植生地多集 中於臺中地區東邊之和平區範圍以及西邊的大肚 山，非植生地則主要分布在臺中盆地，尤以舊臺中 市區範圍幾乎無植生之分布。受到近年來臺中地區 人為開發擴展等因素影響，於 2009 年及 2011 年西 北部區域，如大甲區、大安區、清水區、及梧棲區，

包括大肚山植生地大量減少，僅剩東部地區如東勢 區、新社區、太平區，及霧峰區，仍保留大量自然 植生地表，可見近幾年人為開發行為對植被破壞情 況甚重。

由於植物生長與覆蓋情形受到天氣與季節影 響甚大，不同農作物之生長季與收割期皆有所不同，

故本研究以影像拍攝時間同為夏季(6 月與 7 月份) 之 1995 年與 2009 年各行政區綠覆率面積進行比較 分析。參考圖 11 臺中市 1995 年及 2009 年各行政 區平均綠覆率面積計算後發現，此 14 年間綠覆率 面積差距甚大，尤其以大甲區、大安區、清水區、

梧棲區、以及龍井區最為明顯。以大甲區為例，綠 覆率面積由 1995 年的 56%，至 2009 年下降至 27%，

減少了 29%。

1995年至2009年綠覆率減少的行政區共有9個，

包含大甲、大安、外埔、清水、梧棲、大雅、龍井、

大肚、烏日區，其中多屬於大肚山區塊，經研究成 果顯示大肚山區塊整體平均自1995年至2009年綠 覆率減少約30%。由兩個時期影像之NDVI計算結 果，可得知大肚山一帶NDVI在近年來有大量減少 的趨勢，根據文獻分析主要有幾個影響原因：

1.近年來在大肚山臺地上的地景有了極大的 變化，臺中都會公園的成立、中部科學園區的進駐、

清泉崗機場轉為中部國際機場，以及南端的高鐵臺 中站在烏日開始營運。中部科學園區帶動產業發展，

加上精密機械科技園區開發，形成大肚山科技走廊。

因此使得大肚山受人為開發影響甚大。

2.大肚山降雨量稀少以至於非常乾燥，雨量少 原因主要受十月開始的東北季風影響，濕冷的空氣 被雪山山脈擋在東北部地區，而剩餘的冷空氣轉向 進入中部濱海區後變得十分乾燥，因此位於背風面 的大肚山臺地雨量銳減也改變了植被景觀，原屬於 相思樹林相，原生種有大肚山薔薇與光葉薔薇，但 由於天竺草入侵加上貧瘠的土地使得農民只能以 大黍為旱作，且大肚山上設立了非常多的公墓，每

到清明掃墓焚燒紙錢就容易引發火災。根據調查大 肚山東側協和消防隊轄區之山坡地佈滿了天竺草，

每年平均草坪火燒面積從幾平方米到數十公頃皆 有。雖大部份屬於地表火，但在都市開發，人與自 然爭地的同時，這樣的火燒生態，已對附近臺中市 的居民造成某種程度的影響。此外，因國道通過此 地，駕駛扔棄煙蒂造成森林火災也是主要原因之一 (張集豪、章錦瑜，2004)。

4.3 臺中市各工業區產業與熱 島強度探討

根據文獻及調查顯示，過去一個世紀以來，臺 灣暖化的速度，是全球平均的 2 倍，在 IPCC 的報 告中，把臺灣列為氣候變遷的「高危險群」，二氧 化碳不斷增量的結果，不僅使臺灣成為國際污染大 國、更是助長暖化的凶手。臺灣地區耗用能源，排 放二氧化碳的程度，越來越嚴重，其中耗能產業(鋼 鐵、石化、電子、人纖、造紙、水泥等等)就佔了 工業部門總排放量的 75 %。

圖 11 臺中市 1995 年及 2009 年各行政區平均綠覆率面積百分比曲線圖 0%

20%

40%

60%

80%

100%

大甲區 大安區 外埔區 后里區 清水區 神岡區 石岡區 豐原區 梧棲區 東勢區 沙鹿區 大雅區 潭子區 龍井區 新社區 大肚區 太平區 大里區 烏日區 霧峰區 北屯區 西屯區 北區 西區 中區 南屯區 東區 南區

台中市各行政區植生覆蓋面積百分比曲線圖

1995年 2009年

由於工業部門所消耗之電力及排放之二氧化 碳量大，因此本研究進一步探討熱島強度與產業之 關聯，本節重點主要探討臺中市各工業區內的產業 類別型態與熱島強度。然而各工業區因開發先後不 同，故本研究考慮後選擇以產業大致已進駐於工業 區後的 2011 年來探討。利用本研究衛星影像所反 演的熱島強度成果，切出各個工業區範圍的熱島強 度，藉以檢視熱島強度較高的地區所聚集的產業類 別為何，是否屬於耗能產業其中之一，以判定這些 產業可能是造成熱島效應的主要原因。

本研究依據臺中地區各工業區開發時間、規模 及產業資料取得之限制，選取臺中工業區、幼獅工 業區、大里工業區、臺中加工出口區、中港關連工 業區，及中部科學園區共六個工業區為研究對象，

進行與熱島效應關係之評估。表 1 為本研究欲比較 之各工業區基本資料、產業類別比較。

上述六個工業區個別分布在臺中直轄市境內，

其中園區所佔用地較廣，面積大於 200 公頃為臺中 工業區及中部科學園區。不同工業區有其不同之特 性，如面積大小、產業類別及土地利用比例不同等，

對於其熱島強度亦有不同之影響，又因製造業所消 耗之電力及排放之二氧化碳量較大，因此本研究以 各工業區範圍之平均熱島強度值來比較不同工業 區特性對於熱島強度之影響。由分析結果顯示，大 里工業區熱島強度最高為 0.69，總面積為 218 公頃，

高溫地區之產業包括有 4 間金屬產業、4 間機械設 備產業及一間紙製品產業，主要產業以機械設備及 金屬製造相關產業為主；大甲幼獅工業區熱島強度 最高為 0.628，總面積為 218 公頃，高溫地區內之 產業包括有 2 間機械製造業、2 間電子產業、1 間

人造纖維製造業；臺中工業區熱島強度最高為 0.69，

總面積為 580 公頃，高溫地區內最多之產業包括有 8 間機械設備製造業、4 間金屬製品製造業、3 間 塑膠製品製造業；臺中加工出口區熱島強度最高為 0.628，總面積為 26 公頃，高溫地區內最多之產業 包括有 2 間半導體、電子元件製造業、1 間電腦製 造業；臺中港關聯工業區熱島強度最高為 0.667，

總面積為 26 公頃，高溫地區內之主要產業為玻璃 製品製造業；中部科學園區熱島強度最高為 0.59，

總面積為 413 公頃，高溫地區內最多之產業包括有 3 間光電產業、1 間電池製造業。從平均產業類別 用電量來看，熱島強度值較高之大里工業區與臺中 工業區主要為機械設備與金屬製品製造業，從 1995 年至 2011 年全臺製造業平均產業類別用電量 長條圖(圖 19)可看出此兩項產業之平均用電量最 多，與其他產業有顯著之差距。

根據分析結果，各工業區內最高熱島強度約在 0.6~0.7 之間，調查其高溫區域之產業類別結果，

包括有：金屬製造業、機械設備製造業、電子、化 學、光電產業，玻璃製品業、造紙業、紡織業等，

尤以機械設備及金屬相關產業所產生熱島強度最 高。其中熱島強度與廠房園區面積無正面相關，尤 其中部科學園區面積最大達 413 公頃，熱島強度卻 為最低，主要原因為園區中所佔綠地面積比例較其 他園區大，故使得熱島效應較為趨緩。另以 2011 年各行業別之平均用電量來看，各工業區主要產業 皆以金屬、塑膠製品、以及機械設備製造業為主，

為用電量較高之產業類別，除了園區所佔之面積外，

不同類別之產業其耗能量不同，對於熱島效應亦有 正相關之影響。

表 1 臺中地區工業區簡介

工業區名稱 開發年度 總面積 主要產業別

臺中工業區 1973 年 580 公頃 機械設備製造修配業

大甲幼獅工業區 1978 年 218.47 公頃 金屬基本工業及金屬製品製造業 大里工業區 1991 年 218.47 公頃 機械設備製造修配業及金屬製品製造業 臺中加工出口區 1971 年 26.12 公頃 機械設備製造修配業及金屬製品製造業 中港關聯工業區 1975 年 143.12 公頃 塑膠製品製造業

中部科學工業園區(臺中園區) 2003 年 413 公頃 精密機械

圖 12 臺中市工業區範圍圖

圖 13 2011 年大甲幼獅工業區熱 島強度成果圖

圖 14 2011 年臺中工業區熱 島強度成果圖

圖 15 2011 年大里工業區熱島強 度成果圖

圖 16 2011 年中部科學園區熱島 強度成果圖

圖 17 2011 年中港關聯工業 區熱島強度成果圖

圖 18 2011 年臺中加工出口區熱 島強度成果圖

圖 19 1995 年至 2011 年全臺製造業平均產業類別用電量長條圖(單位：度/千萬) 資料來源：經濟部能源局網站

5. 結論與建議

5.1 結論

本研究以 1995 年、2009 年及 2011 年之 Landsat 衛星影像，進行溫度反演與熱島強度的探討，透過 本研究針對臺中市熱島效應三個時期衛星影像之 溫度反演，發現熱島效應現象於三個時期內有加重 的趨勢，也證實了一些專家學者對於臺灣以及臺中 市熱島效應是否有快速增長的猜疑。確實臺中市熱 島效應增長的速度由本研究分析之結果，從 1995 年到 2011 年已經大幅增加了許多，透過空間分布 解析可以發現，夏季臺中市高溫核心區主要分布區 域除了臺中市盆地內較早開發的市區。再配合地形 洋流及各氣象測站風向、風速資訊進行全面性探討，

分析結果顯示受到風向、夏季黑潮洋流影響，將西 岸梧棲區火力發電廠及工業區高溫擴散於沿海地 帶，因此也是高溫核心區之一。都市熱島效應除了

受人為開發因素影響外也受自然因素之影響，隨著 季節不同，其高溫核心分布也有所變化。臺中市獨 特的盆地地形致使冬季時期熱島強度高溫核心集 中於盆地都市內部，而夏季因風向洋流變化又使熱 島效應擴散於沿海多個區域。

臺中市各工業區產業與熱島強度探討，本節的 目的主要是為了透過分析工業區的熱島強度，找出 工業區內高溫的地區，再探討其高溫之區塊內的產 業類別分別有哪些，藉此說明產生高溫之產業有哪 些。透過分析結果顯示，大部分在工業區內，分布 在高溫區的主要產業類別分別有：金屬製造業、機 械設備製造業、電子、光電產業，玻璃製品業、造 紙業、紡織業等。以前人之研究文獻來看，大部分 份這些產業都包含在耗能產業之中，因此推斷研究 區內有著高溫現象，就是因為這些產業的耗能及排 放廢氣所造成。

5.2 建議

因衛星影像品質較容易受雲體遮蔽等的影響，

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200

1995年至2011年製造業平均用電量

紡織業

成衣、服飾品及其他紡織製品 皮革、毛衣及其製品

木竹製品製造業 家具及裝設品製造業 紙漿、紙及紙製品製造業 印刷及有關事業

化學材料製造業 化學製品製造業 石油及煤製品製造業 橡膠製品製造業 塑膠製品製造業 非金屬礦物製品 金屬基本工業 金屬製品製造業 機械設備製造修配業 電力及電子機械器材 運輸工具製造修配業 精密器械製造業

挑選不容易且無法進行長時間之連續性的探討。因 此本研究僅只單就三個時期衛星影像探討都市熱 島效應之變化，所以無法看出長期的變動趨勢，只 能透過挑選時期的影像分析成果以警惕高溫區地 方必須加強熱島強度降溫措施，因此針對高溫區之 降溫策略，建議對於市區內除了節約能源外，進行 植栽復育相關計畫或屋頂綠化等。透過本研究分析 發現綠覆率減少之區域如清水區、沙鹿區、大雅區 等，顯示這些區域植生生態有逐年減少及遭受破壞 之情形，為減少熱島效應之災害，建議應加強生態 保護並劃設為相關保育之地區。對於未來之都市使 用規劃，或工業區之設立則建議應加入綠地規劃，

考量人工鋪面與都市生態平衡，避免人工鋪面破壞 都市生態，利用植栽增加都市的熱容量，以免造成 都市溫度升高；在工業區內也能配合政府措施，盡 量節約能源，二氧化碳的排放也必須做到符合政府 所規定之排放量，以緩和都市熱島現象之發生。

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1Professor & Senior Vice President, Department of Land Received Date: Dec. 12, 2013 Management, Feng Chia University Revised Date: Jun. 19, 2014

2Master student, Department of Land Management,

Accepted Date: Jul. 04, 2014 Feng Chia University

3Senior Planner, Geographic Information Systems Research Center, Feng Chia University

4Director, Geospatial Information and Environmental Planning Department, Geographic Information Systems Research Center, Feng Chia University.

5Director, Geographic Information Systems Research Center, Feng Chia University

*Corresponding Author, E-mail: nicole@gis.tw

The Study of Urban Heat Island Effect Change and Contribution Factors in Taichung City

Lung-Shih Yang¹ Pei-Hang Yang² Chia-Wei Ho^3* Mei-Ling Yeh⁴ Tine-Yin Chou⁵

ABSTRACT

In this study, Landsat-5 satellite images in 1995, 2009 and 2011 were used to calculated the land surface temperature and explore the intensity of the heat island effect. In the results, the intensity is higher in the center of Taichung city and the northwest area. By overlaying with the population map and the industrial map, we found that these areas are the heavy concentration of people and factories. The overdevelopment enhances the urban heat island effect. Considering the different seasons, currents and the wind direction, In the summer, the change of currents and the wind direction make the heat island effect spread to multiple areas. In addition, we explored the heat island intensity in industrial areas. We found that there is no significant correlation between the type of industry and the heat island intensity. The heat island intensity is affected by the wind direction mainly and the higher temperature zone concentrates in the area and leeward.

Keyword: heat island effect, remote sensing, surface temperature retrieval