بخشی از مقاله

چکیده

در چند دهه اخیر گرم شدن محیط زیست شهري از پیامدهاي توسعه شهري ناپایدار بوده است و تحت عنوان جزایر حرارتی مورد توجه پژوهشگران و برنامه ریزان شهري میباشد. تغییرات زمانی و مکانی الگوهاي جزایر حرارتی شهري به وسیله نقشههاي پهنه بندي دماي سطحی زمین تعیین می گردد. از آنجا که نقشههاي دماي سطحی زمین از پردازش تصاویر حرارتی با قدرت تفکیک مکانی پایین تهیه می شود و نقشههاي حاصله از تفکیک مکانی پایینی برخوردارند، در این مطالعه سعی شده است یک مدل علمی کارآمد بر پایه ادغام دادههاي حرارتی و اپتیکی سنجش از دور در تهیه نقشههاي دماي سطحی با تفکیک مکانی بالا که تا کنون کمتر مورد توجه بوده است ارائه شود.

در این مطالعه با هدف تعیین جزایر حرارتی در شهرستان قزوین تصاویر حرارتی سنجنده TIRS با تصویر اپتیک ماهواره IRS ادغام گردید و نقشه دماي سطحی منطقه مورد مطالعه در سال 1394 با تفکیک مکانی بالا تهیه شد. طبق نتایج این مطالعه این روش کارایی مناسبی در سنجش جزایر حرارتی و تهیه نقشههاي بزرگ مقیاس پهنه بندي دماي سطحی زمین در مناطق شهري را دارد که سبب می گردد جزایر حرارتی با دقت بهتري در نقشههاي شهري تعیین موقعیت گردند. همچنین در این مطالعه مشخص شد که آلودگیهاي حرارتی معناداري در شهرستان قزوین ایجاد گردیده که وسعت مناطق شهري با دماي بالا و گرم تر، نسبت به وسعت مناطق شهري با دماي کمتر و سردتر، بیشتر شده است.

واژههاي کلیدي: جزایر حرارتی، سنجش از دور حرارتی، ادغام تصاویر، نقشه دماي سطحی زمین، قزوین.

-1 مقدمه

افزایش دما و گرم شدن محیط زیست شهري در شهرها مناطقی با درجه حرارت بالاتر از سایر نواحی به وجود می آورد که این مناطق جزیره حرارتی شهري نامیده میشود. جزایرحرارتی به بالابودن درجه دماي سطحی مکانهایی از شهر نسبت به شرایط گذشته آن ها و همچنین نسبت به سطوح پیراشهري دلالت دارد. جزایر حرارتی شهري، موجب بالا رفتن دماي سطحی زمین و خسارت به محیط زیست و تغییر اقلیم در مناطق شهري شده است. مدیران و مسئولان کشور هم اکنون با چالش جدي در زمینه شناسایی علتها ي شکلگیري جزایر حرارتی و چاره اندیشی در زمینه کاهش این پدیده مخرب مواجهند و براي این منظور نیاز به گردآوري اطلاعات مکانی دقیق و قابل اطمینان درباره محل تمرکز ناهنجاريهاي حرارتی هستند.

در دهه اخیر استفاده از روش نوین، کم هزینه و سریع فناوري سنجش از دور حرارتی به علت توانایی ویژه در شناسایی پدیدههاي حرارتی همواره مورد توجه متخصین، مدیران و تصمیم گیران بوده است. اطلاعات به دست آمده از ناحیه فروسرخ حرارتی،کمک زیادي به مطالعه پدیدهها ي مختلف از جمله روند ایجاد و تغییرات جزایر حرارتی در طول زمان و مکان میکند.[1] نخستین مطالعاتی که توانست با استفاده از دادههاي مادون قرمزحرارتی، چشم انداز حرارتی شهري را مطالعه کند از دادههاي سنجنده نوآ استفاده کرد. قدرت تفکیک مکانی در این سنجندهها 1/1 کیلومتر بود که فقط براي تهیه نقشه کوچک مقیاس دماي شهري مناسب اند.

بعدها دادههاي مادون قرمز حرارتی ماهواره لندست شامل سنجنده - ETM+ ,TM - و سنجنده استر امکان تهیه نقشه دمایی بزرگ مقیاس تر از ماهواره نوآ و مطالعه دقیقتر جزایر حرارتی شهري را فراهم کردند2]و.[3 در تحقیقی امیري و همکاران به بررسی و پایش رابطه بین الگوي توزیع و تغییرات دما با کاربري اراضی در منطقه شهري تبریز با استفاده از دادههاي حرارتی و انعکاسی سنجنده +ETM پرداختند که نشان دهنده ارتباط قوي میان نوع کاربري و دماي سطح بود.[4] جیانگ در سال2010 در پژوهشی، با استفاده از شاخصها ي گیاهی، اثر زیان بار تغییرات کاربري اراضی را روي دماي سطحی زمین از طریق سه تصویر سنجندة +ETM ماهواره لندست بررسی کرد.[5]

در پژوهشی دیگر، کرن ارتباط بین دماي سطح زمین و شاخص پوشش گیاهی نرمال شده و درصد نفوذ ناپذیري را با استفاده از سنجنده TM ماهواره لندست در لاسوگاس ایالات متحده تجزیه و تحلیل نمود.[6] منطقه شهري قزوین طی دهههاي اخیر دچار مشکلات بیشماري همچون آلودگی هاي زیست محیطی، ناشی از عملکرد نابسامان فرایندهاي صنعتی شده است. همچنین مطالعات اخیر نشان می دهد که دماي کمینه شهر قزوین نسبت به ایستگاههاي اطراف آن افزایش معنا داري یافته که نمایانگر آزاد شدن انرژي گرمایی بیشتر در این شهر نسبت به پیرامون آن است. هدف از این پژوهش استخراج جزایر حرارتی و تولید نقشه پهنه بندي دماي سطحی زمین، تجزیه و تحلیل توزیع مکانی دما سطحی و تحلیل آماري جزایر حرارتی منطقه مورد مطالعه میباشد. به این منظور از ادغام تصاویر حرارتی سنجنده TIRS با تصویر اپتیک ماهواره IRS استفاده شد و دماي سطحی منطقه مورد مطالعه در سال 1394 با تفکیک مکانی بالا تهیه گردید.

-2 منطقه مورد مطالعه و دادهها

منطقه مورد مطالعه در این پژوهش شهرستان قزوین انتخاب گردیده است. مساحت این استان حدود 15/820 کیلومتر مربع است و از شمال به استانهاي گیلان و مازندران، از شرق به استان البرز، از جنوب به استان مرکزي و از غرب به استان هاي همدان و زنجان محدود است. استان قزوین در مختصات جغرافیایی 48° 45' تا 50° 50' طول شرقی و 35° 37' تا 36° 45' عرض شمالی قرار دارد. سلسه جبال البرز مرکزي و کوه هاي رامند و خرقان از سه جهت استان را فرا گرفته و دشت گستردهاي را به وجود آورده است. اقلیم شهر قزوین براساس شرایط آب وهوایی، نیمه کوهستانی و سرد است و بارش بلند مدت سالانه آن 330 میلیمتر است. در این پژوهش از تصویر ماهواره اي سنجنده TIRS ماهواره لندست 8 اخذ شده در دي ماه سال 1394 جهت تهیه نقشه دماي سطحی زمین در شهرستان قزوین استفاده گردید.

تصویر لندست مورد استفاده، داراي کمترین پوشش ابر ممکن و مربوط به دوره سرد سال است که انتخاب این بازه زمانی، به دلیل بالا بودن ناهنجاريها ي حرارتی در این دوره از سال است. همچنین تصویر ماهواره IRS جهت ادغام و افزایش توان تفکیک مکانی تصویر حرارتی مورد استفاده بوده است. تمامی تصاویر ماهواره اي به کار رفته در این پژوهش در سیستم تصویر UTM و بر اساس بیضوي مبنا WGS-84 و در زون 39 شمالی قرار دارند. علاوه برتصاویر ماهواره اي، جهت انجام تصحیحات هندسی از نقشههاي توپوگرافی1:25000 و نقاط کنترل مسطحاتی موجود در استان قزوین که از سازمان نقشه برداري کشور تهیه شده بود، استفاده گردید.

همچنین براي بررسی صحت تصحیح هندسی، که به کمک نقاط کنترل مسطحاتی و نقشه هاي توپوگرافی صورت گرفت، از عکسهاي هوایی زمین مرجع شده شهرستان قزوین که با یکدیگر همپوشانی دارند، استفاده شد و در نهایت جهت تعیین دقت مقادیر برآورد شده دماي سطحی زمین براورد شده در این پژوهش، از دادههاي هواشناسی ساعتی ایستگاههاي هواشناسی استان قزوین استفاده گردید. در شکل 1، تصویر مرکب با رنگ واقعی و تصویر مرکب با رنگ کاذب ماهواره لندست 8 از منطقه مطالعاتی نمایش داده شده است. همچنین در شکل 2، تصویر پانکروماتیک موزائیک شده ماهواره IRS و عکس هوایی زمین مرجع شده شهرستان قزوین دیده می شود.

-3 پیش پردازش دادهها

آماده سازي داده ها براي انجام پردازش صحیح تصاویر ماهواره اي و تعیین دماي سطحی زمین، نیازمند پیش پردازشهایی بر روي تصاویر ماهواره اي و عکسهاي هوایی است. در این پژوهش پیش پردازشهاي لازم که باید بر روي تصاویر اعمال گردید عبارتند از:
-    برش تصویر ماهواره اي خام در محدوده مطالعاتی براي افزایش سرعت پردازشها.
-    بهبود تباین و بارزسازي تصاویر ماهواره اي و عکسهاي هوایی و تطبیق هیستوگرام تصاویر.                                                                                                                                                  -    تصحیح رادیومتري تصاویر ماهواره اي شامل تصحیح جوي و تصحیح دستگاهی سنجنده.                                                                                                                                                      -    انجام تصحیح هندسی و زمین مرجع کردن تصاویر ماهواره اي.
-    ادغام تصاویر ماهواره اي براي بهبود توان تفکیک آنها .

در متن اصلی مقاله به هم ریختگی وجود ندارد. برای مطالعه بیشتر مقاله آن را خریداری کنید