كاربرد مدل‌هاي آماري و تصاوير ماهواره‌اي در واكاوي جزيره حرارتي در شهر همدان

Application of Statistical Models and Satellite Imagery in the Evolution of Heat Island in Hamedan City

مقدمه: رشد و توسعه شهرها و ازدياد جمعيت و كاربري‌هاي متنوع اراضي شهري موجب بروز معضلاتي براي جوامع شهري شده است. يكي از اين معضلات پديده جزاير حرارتي است كه نتيجه افزايش دماي غيرعادي شهر نسبت به حومه اطراف آن است. اهداف: اين تحقيق سعي دارد جهت دستيابي به يك نگرش كلي راجع به مكانيسم جزيره حرارتي، تغييرات دماي هوا و تغييرات دماي نقاط شهري را در مناطقي از شهر همدان با استفاده از تصاوير سنجنده TIRS (ماهواره لندست 8) و مقايسه آن با داده‌هاي واقعي سطح زمين از طريق روش‌هاي آماري بررسي كند. مواد و روش‌ها: تلفيق روش‌هاي آماري و روش آناليز تصاوير ماهواره‌اي در اين تحقيق موردنظر بوده است لذا برداشت دماي نقاط مختلف از تصاوير ماهواره‌اي بر اساس روش راديانس طيفي و مقدار درجه خاكستري پيكسل‌ها در باند حرارتي و با استفاده از عكس معادله پلانك انجام شد. بر اساس رابطه حاكم بر داده‌هاي واقعي دماي سطح زمين در ايستگاه هواشناسي و داده‌هاي برداشت‌شده از تصاوير ماهواره‌اي طبق مدل‌هاي متفاوت رگرسيون مشخص شد. بالاترين ضريب تعيين مربوط به سه روش همبستگي خطي، درجه‌دو و مكعبي بوده است؛ كه از بين آن‌ها روش رگرسيون مكعبي با كمترين خطا در سطح اطمينان 95 درصد معنادار بوده است. نتيجه‌گيري: ضريب تبيين بالا (70 درصد و بالاتر) نشان از وجود هماهنگي قابل قبولي بين اطلاعات تصاوير ماهواره‌اي و اطلاعات ايستگاه هواشناسي است. حداكثر اختلاف داده‌هاي برداشت‌شده با داده‌هاي واقعي ايستگاه سطح زمين در دماي حداقل و مربوط به سطوح باير به مقدار 5/6 درجه سانتي‌گراد و حداقل اختلاف مربوط به فضاي سبز با0/5 درجه سانتي‌گراد است. اختلاف دما در مناطق مختلف شهر بيشتر مربوط به حداقل دما است. درحالي‌كه اختلاف درجه حرارت در مناطق با پوشش فضاي سبز در شهر همدان با داده‌هاي واقعي بيشتر در حداكثر دما ديده مي‌شود. نتايج نشان داد كه جزاير حرارتي همدان با ساخت‌وساز و كاربري اراضي رابطه مستقيم دارد. تغييرات دماي نقاط مختلف شهر همدان نشان از ايجاد جزاير حرارتي در كاربري‌هاي ساختمان و زمين باير است. نتايج اين تحقيق در مديريت و برنامه‌ريزي‌هاي شهري و كاربري اراضي شهر همدان مي‌تواند به‌كاربرده شود.

Introduction and Background The growth of cities and the increase in the population and the diverse use of urban lands have caused problems for urban communities. One of these is the phenomenon of heat islands, which is the result of an unusual temperature increase of the city relative to the surrounding countryside. Aims This research tries to achieve a general view on the heat island mechanism, air temperature changes and urban temperature changes in parts of Hamadan city by using TIRS (Landsat 8 satellite images) and comparing it with actual ground level data by statistical methods. Methodology The temperature difference of different points from satellite images based on the spectral radiance method and the degree of gray value of pixels in the thermal bond was made using the photo of the Planck equation. Based on the relationship between real data on ground surface temperature at the meteorological station and data extracted from satellite images, according to different regression models, the highest determination coefficient was obtained for three linear, quadratic and cubic correlation methods. Among them, the cubic regression method with the least error was meaningful at 95% confidence level. Conclusion The high explanatory factor (70% and above) indicates that there is an acceptable coordination between satellite image information and weather station information. The maximum difference between the data taken with the actual ground station data is related to the blanket and minimum temperature of 5.5 and the minimum difference of the green area is 0.5°C. The difference in temperature in different parts of the city is more closely related to the minimum temperature. While the temperature difference in areas covered by green space in Hamadan city with real data is higher at maximum temperature. The results showed that the Hamadan heat islands have a direct relationship with the construction and land use. The temperature changes in different parts of the city of Hamedan are indicative of the creation of heat islands in the non-used building and ground areas. The results of this research can be applied in the management and urban planning and land use of Hamedan.