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本发明请求保护一种基于半变异理论的城市热岛空间异质性分析方法，该方法包括：通过现有的方法针对研究区域的TM8遥感影像进行图像预处理，并反演得到地表温度影像。针对复杂地形研究区域进行层次划分，并建立模型。结合各向变异函数和各向分维数的实验数据，进行多次的验证分析，得到城市热岛在各种典型地物特征所存在的层次上的最优表现尺度。最后在整个研究区域构建全向半变异函数的套合结构模型，其可以同时表示在不同尺度层次上城市热岛所表现出的全向空间异质性。从而对整个研究区域城市热岛的空间异质性结构进行全面的分析描述，并将定性分析进行量化。本发明可用于像重庆市这种具有复杂地形的研究区域，本方法分析精度高。