چکیده

براي مطالعه و پایش رابطه بین الگوي توزیع و تغییرات دما با کاربري / پوشش زمین در منطقه شهري در حال رشد تبریز تصاویر چند زمانه لندست ۵،۴ و ۷ سنجنده هاي TM و ETM+ اخذ شده در تاریخ هاي ۳۰ ژوئن ۱۹۸۹، ۱۸ اوت ۱۹۹۸ و ۲ اوت ۲۰۰۱ مورد استفاده قرار گرفتند. بررسیهاي انجام شده از طریق طبقه بندي تصاویر و استخراج اطلاعات آماري هر کلاس نشاندهندة ارتباط قوي میان نوع کاربري و دماي سطح است. بررسی رابطه میان NDVI و حرارت سطح با استفاده از تحلیل همبستگی و رگرسیون چند متغیره نقش مؤثر پوشش گیاهی در تعدیل دماي سطح را نشان داد. تغییر پذیري زمانی دادههاي دما و پوشش گیاهی در فضاي نرمال Fr/T*

مطالعه شد. ردیابی موقعیت پیکسلها در این فضا نشان داد که تغییرات کاربري ناشی از شهرنشینی در فضاي فوق به صورت حرکت از شرایط مطلوب (دماي پایین، پوشش گیاهی بالا) به شرایط نامطلوب (دماي بالا، پوشش گیاهی پایین) مشاهده میشوند. نتایج این تحقیق نشانمیدهد که روش استفاده شده کارآیی زیادي دارد و براي مطالعه و پایش تغییرات زمانی و مکانی جزایر حرارتی در شهرها میتواند استفاده شود.

واژه هاي کلیدي: سنجشازدور- جزایرحرارتیشهري- تغییرپذیري زمانی ومکانی-لندست-مدلسازي-متد مثلث-ردیابی زمانی-

مطالعه و پایش

سرآغاز

گرمایش شهري یکی از شناختهشدهترین اشکال دستکاري محلی اقلیم به دست بشر است، بدین نحو که تغییرات کاربري/پوشش زمین در مناطق شهري میتواند منجر به افزایش دما در مناطق شهري نسبت به دماي هواي مناطق روستایی پیرامون شود.

این پدیده به شکل جزیره حرارتی شهري۱ کمی شده و بیش از

۱۵۰ سال است که در شهرهاي مختلف جهان مطالعه و ثبت شده است

۲۰۰۳ ) ،(Streutker و عموماً به همراه تغییر سطح زمین از پوششهاي طبیعی به پوششهاي غیر قابل رخنه به دست بشر ظاهر می شود.

مطالعات سنتی جزیرة حرارتی شهري بیشتر با دادههاي دماي هواي ایستگاههاي هواشناسی، یا پیمایش هاي انجام شده به کمک وسایط نقلیه صورت میگیرد. اندازهگیري UHI به کمک دماي سطح ثبت شده به وسیله سنجندههاي فضائی و هوائی روش جدیدي است که در چند سال اخیر براي کاهش ضعف هاي روشهاي سنتی استفاده شده است.

نویسنده مسئول:تلفن:E -mail amiri. reza@gmail.com 09143023242

۱۰۸

دادههاي ایستگاههاي هواشناسی داراي مزیت قدرت تفکیک زمانی بالا، ثبت طولانی دادهها و درعین حال داراي قدرت تفکیک مکانی نامطلوبی هستند. اصولاً داده هاي سنجش از دور، قدرت تفکیک مکانی بالاتري را ارائه میکنند، در حالیکه دورة کوتاه ثبت داده و قدرت تفکیک زمانی محدودي دارند.

مطالعه UHI با سنجش از دور، ابتدا با بهرهگیري از دادههاي ماهوارههاي پرتاب شده در دهه (HCMM, NOAA, TIROS) 1970

که حامل اولین سنجدههاي مادون قرمز حرارتی غیر نظامی بودند، آغاز شد. (۱۹۷۲) Rao اولینمحققی بود که نشان داد مناطق شهري از طریق تجزیه و تحلیل تصاویر مادون قرمز حرارتی قابل شناسائیاند. Carlson

(۱۹۷۷) با استفاده از داده هاي ایستگاههاي هواشناسی، صحت نتایج بدست آمده از AVHRR را مورد بررسی قرار داد. Matson و همکاران

(۱۹۷۸) با استفاده از تصاویر شبانه AVHRR تفاوتهاي دماي سطحی شهر و روستا را بررسی کردند. (۱۹۷۹) Price دادههاي HCMM را براي برآورد شدت گرم شدگی سطوح شهري مورد استفاده قرار داد. Roth و همکاران (۱۹۸۹) با همراه کردن الگوهاي دماي سطحی با انواع کاربري زمین ،دادههاي حرارتی AVHRR را براي ارزیابی شدت UHI

به کار بردند.در نهایت، (۲۰۰۲) Streutker نقشههاي حرارت سطح مربوط به دو دورة زمانی از دادههاي AVHRR را استخراج کرد و به مدلسازي UHI به صورت سطح قوسی دو بعدي قرار گرفته بر یک پس-

زمینه مسطح روستائی پرداخت. این مطالعه نشان داد که شدت UHI به صورت معکوس با دماي مناطق روستایی همبستگی نشان میدهد، در حالیکه گسترش فضایی UHI از هر دو عامل شدت UHI و دماي مناطق روستایی مستقل میباشد. قدرت تفکیک ۱/۱ کیلومتري دادههاي

NOAA فقط براي تهیه نقشه هاي حرارتی کوچک مقیاس مناسب بود و با ظهور سنجندههاي جدیدتر، نظیر TM با قدرت تفکیک ۱۲۰ متري در باند حرارتی، بهره گیري از مزایاي آن در مطالعات UHI آغاز شد. Carnahan و همکاران (۱۹۹۰) با استفاده از تصاویر مادون قرمز حرارتی۲ سنجندة TM به مشاهده متوسط مقیاس تفاوتهاي دمایی میان مناطق شهري و روستائی پیرامون پرداختند. (۱۹۹۲) Kim با بهرهگیري از دادههاي حرارتی TM سعی در نشان دادن اهمیت آلبدو در رطوبت خاك در حرارت سطوح داشت. (۱۹۹۴) Nichol با استفاده از

TM مطالعه جامعی براي پایش حرارتی مناطق مسکونی سنگاپور انجام

مجله محیط شناسی شمارة۴۳

داد. با ظهور سنجندههاي حرارتی با قدرت تفکیک فضایی بسیار بالا مانند سنجندة هوایی ATLAS، محققان در مطالعات خود از این دادهها براي بررسی الگوهاي کوچک مقیاس حرارت در شهر استفاده کردند. Quattrochi و همکاران (۱۹۹۴) و (۱۹۹۸) و Lo و همکاران (۱۹۹۷)

با استفاده از دادههاي ATLAS چنین نتیجه گرفتند که پاسخ حرارتی گیاهان میتواند بنا به خصوصیات بیوفیزیکی و سایر عوامل بسیار متنوع باشد. در مطالعات اخیر توجه محققان علاوه بر دماي سطح به خصوصیات دیگري مانند عوامل بیوفیزیکی مؤثر بر UHI جلب شده است ۲۰۰۴) ،.(Liang در این راستا (۱۹۹۴) Carlsonنشان داد که پیکسلها در فضاي دو بعدي شاخص پوشش گیاهی و دماي سطح تصاویر چند طیفی، شکل مثلثی به خود میگیرند. (۱۹۹۶) Gallo نشان داد که اشکال مختلف این مثلثها با خصوصیات سطوح در ارتباط هستند.(۲۰۰۰) Carlsonاستفاده از متد مثلث براي استخراج مشخصه هاي بیوفیزیکی از تصاویر ماهواره اي را توسعه داد. وي براي نشان دادن اثر تغییرات کاربري/ پوشش زمین، حرکت زمانی پیکسل ها در فضاي مزبور را مورد توجه قرار داد.

در ایران نیز کاربرد تصاویر حرارتی در زمینه هاي مختلفی مورد توجه بوده است. زبیري و مجد (۱۳۷۱) به تهیه نقشه حرارتی دریاچه مهارلو با استفاده از باند حرارتی سنجنده TM پرداختند. اکبري (۱۳۷۹) با استفاده از داده هاي سنجندة TM بررسی جزایر حرارتی شهري و تهیه نقشه توزیع حرارت و آلودگی در شهر تهران را مورد توجه قرار داد.

کریمی (۱۳۸۰) با استفاده از روش Spilt-Window به تعیین تعدادي از مشخصههاي اقلیمی با دادههاي حرارتی AVHRR پرداخت. توکلی صبور (۱۳۸۰) تعیین آنومالیهاي ناشی از فعالیت هاي زمین گرمایی در منطقه سبلان را مورد توجه قرار داد. علوي پناه و همکاران (۱۳۸۱) با استفاده از باند حرارتی سنجندة TM به تهیه نقشه دماي سطح در بیابان لوت پرداختند. نتایج این تحقیق حداکثر دماي اندازهگیري شده را ۵۳/۵۴

درجه نشان داد.

در مطالعه حاضر دادههاي حرارتی چند زمانه TM وETM+ براي بررسی تغییر پذیري مکانی و زمانی دما در ارتباط با خصوصیات فیزیکی

(ارتفاع و جهت شیب) و بیوفیزیکی (پوشش گیاهی) چشم انداز در منطقه پویاي شهري تبریز مورد استفاده قرار گرفته اند. براي مقایسه تصاویر چند زمانه و ردیابی خط سیر پیکسلها در فضاي مثلث، بهنجارسازي

مطالعه تغییر پذیري فضایی – زمانی حرارت در ارتباط با کاربري /پوشش زمین ۱۰۹

تصاویر با کمک روش مثلث انجام شد. همچنین روش مثلث در مطالعه ارتباط میان تغییر در الگوهاي زمانی توزیع حرارت با تغییرات زمانی رخ داده در NDVI و کلاسهايکاربري به کار رفته است. علاوه بر ارزیابی توانایی دادههاي حرارتی و امکانات سنجندههاي جدیدي چون ETM+

در مطالعات جزیره حرارتی شهري، استفاده از این دادهها در بررسی تغییرات الگوهاي کاربري/ پوشش زمین بر اثر شهرنشینی سریع در شهر تبریز و آثار گسترش شهر بر الگوهاي حرارتی و در پی آن زندگی شهروندان از اهداف تحقیق حاضر بوده است.

دادهها و روش شناسی

منطقه مورد مطالعه

شهر تبریز در عرض ۳۸ ۵′ ۲۵″ شمالی و طول ۴۶ ۱۷′ ۵″

شرقی در جلگه شرقی دریاچه ارومیه، در مسیررودخانه آجیچاي و محصور میان کوههاي محلی از شمال و پیشکوههاي سهند از جنوب است که کم ارتفاع ترین نقطه آن ۱۳۶۱ متر در محل فرودگاه تبریز است این شهر به عنوان بزرگترین مرکز زیستی غرب کشور براساس آخرین سرشماري سال ۱۳۷۵ داراي جمعیتی بالغ بر ۱۱۹۱۰۴۳ نفر بوده است (مرکز آمار ایران،.(۱۳۷۶

در دوران اخیر نیز نرخ رشد سالانه جمعیت این شهر براي دوره ۴۰

ساله ۱۳۳۵)تا(۱۳۷۵ با ۳/۵۹ درصد جزء بالاترین ارقام نرخ رشد در کشور بوده است (وزارت مسکن و شهرسازي، .(۱۳۷۲ این افزایش سریع جمعیت به صورت اشغال و تخریب چشماندازهاي طبیعی پیرامون شهر با ایجاد سکونتگاههاي شهري بروز کرده است.

دادههاي مورد استفاده و پیش پردازش تصاویر

دادههاي مادون قرمز حرارتی اخذ شده به وسیله سنجندة TM

ماهوارههاي لندست ۴، ۵ و سنجنده ETM+ ماهواره لندست ۷ در حالت بهره بالا۳به ترتیب مربوط به تاریخ هاي ۳۰ ژوئن ۱۹۸۹، ۱۸ اوت ۱۹۹۸

و ۲ اوت ۲۰۰۱ براي استخراج دماي سطح استفاده شدند.

به دلیل عبور صبح هنگام سنجندهها احتمال تشخیص جزیرة حرارتی در حال تشکیل توسط دادههاي حرارتی فوق به حداکثر میرسد

.(Nichol ,1996) دادههاي چند طیفی همین سنجندهها نیز براي استخراج خصوصیات کاربري/ پوشش زمین به کار گرفته شدند.