«Εκτίμηση επιπτώσεων αστικοποίησης στο αστικό κλίμα με τηλεπισκοπική και κλιματική παρατήρηση»
Από RemoteSensing Wiki
Δημοσίευση Εφαρμογής Τηλεπισκόπισης: «EVALUATION OF URBANIZATION INFLUENCES ON URBAN CLIMATE WITH REMOTE SENSING AND CLIMATE OBSERVATIONS», «Εκτίμηση επιπτώσεων αστικοποίησης στο αστικό κλίμα με τηλεπισκοπική και κλιματική παρατήρηση» Συγγραφείς: George Xian και Mike Crane, SAIC/2USGS National Center for Earth Resources Observation and Science, Sioux falls, SD 57198, xian@usgs.gov
Ανάλυση – Παρουσίαση:
Αντικείμενο της εφαρμογής είναι η αξιολόγηση της κάλυψης της αστικής γης και των θερμικών χαρακτηριστικών της. Ένα από τα πιο γνωστά είναι η αστική θερμική νησίδα (UHI), φαινόμενο κατά το οποίο η θερμοκρασία στην αστική περιοχή είναι μερικούς βαθμούς υψηλότερη από ό, τι στις γύρω μη αστικές περιοχές. Σημαντικές έρευνες έχουν πραγματοποιηθεί για τη χρήση τηλεπισκοπικών δεδομένων για την ανίχνευση θερμικών χαρακτηριστικών των αστικών επιφανειών. Στην εφαρμογή χρησιμοποιήθηκαν Landsat (TM) και Landsat (ETM +) δεδομένα για τον υπολογισμό της αστικής μεταβολής από το 1995 ως το 2002 στη λεκάνη απορροής Tampa Bay στη Φλώριντα (σχήμα 1). Τα θερμικά κανάλια του Landsat υποβλήθηκαν σε επεξεργασία για την απόκτηση ακτινοβολίας επιφανειακής θερμοκρασίας (Tb) για να διερευνήθει το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας (UHI), που σχετίζεται με την αύξηση της μη διαπερατότητας των επιφανειών τόσο χωρικά όσο και χρονικά. Η ανάλυση δείχνει σημαντικές διαφορές στις Tb τιμές που συνδέονται με διαφορετικά ποσοστά διαπερατότητας. Τα χαρακτηριστικά της επιφανειακής θερμότητας εμφανίζουν στενή σχέση με τις εντάσεις των μη διαπερατών επιφανειών. Αντίστροφη σχέση εμφανίζεται μεταξύ της μη διαπερατότητας και του κανονικοποιημένου δείκτη βλάστησης (NDVI) για τις διάφορες αστικές περιοχές. Οι επιπτώσεις της αστικοποίησης για τις κλιματικές συνθήκες των αστικών και περιαστικών περιοχών στη λεκάνη απορροής Tampa Bay διερευνήθηκαν από την ανάλυση της μεταβολής της Tb, της διαπερατότητας, του NDVI, ο οποίος χρησιμοποιήθηκε ως μέτρο των ιδιοτήτων των επιφανειών για την εκτίμηση της ελάχιστης αστικής και περιαστικής θερμοκρασίας του αέρα, χρησιμοποιώντας στοιχεία Landsat και ιστορικές κλιματολογικές πληροφορίες της περιοχής.
Οι εικόνες Landsat TM και ETM+ από το 1994-1995, 2000-2001 και 2002 που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα μελέτη ήταν προ-επεξεργασμένες από το Τμήμα Γεωλογικής Επισκόπησης των ΗΠΑ (USGS), Εθνικό Κέντρο για την παρατήρηση των πόρων της Γης και Επιστημών (EROS), για τη ραδιομετρική και γεωμετρική διόρθωση τους στο επίπεδο απόκτησης 1G. Όλες οι εικόνες διορθώθηκαν σε ένα κοινό Universal Transverse Mercator σύστημα συντεταγμένων και στη συνέχεια οι εικόνες υποβλήθηκαν σε περαιτέρω γεωαναφορά με το 1-arc second National Elevation Dataset (NED). Τα κανάλια 1 έως 5 και 7 χρησιμοποιήθηκαν σε χωρική διακριτική ικανότητα 30 μέτρων. Ενώ μετά την ραδιομετρική και γεωμετρική διόρθωση τα θερμικά κανάλια είχαν αρχικό μέγεθος εικονοστοιχείων 120 μέτρων οι TM και 60 μέτρων οι ETM+ εικόνες, επαναπροσδιορίστηκαν σε μέγεθος 30 μέτρων με τη μέθοδο του γειτονικού αλγόριθμου για να ταιριάζουν με το μέγεθος των εικονοστοιχείων των υπόλοιπων καναλιών.
Οι ανωτέρω διορθώσεις οδήγησαν σε ψηφιακές τιμές (DN) εικόνων, που αποτελούν μετρήσεις της δορυφορικής ακτινοβολίας. Οι ψηφιακές τιμές σε κάθε κανάλι μετατράπηκαν αρχικά σε δορυφορική ακτινοβολία δορυφόρο και στη συνέχεια σε δορυφορική ανακλαστικότητα μέσω των εξισώσεων: Lλ = Gainλ * DNλ + Biasλ (1) και ρλ = (πLλd2) / (ESUNλ ⋅ sin (θ)) (2), όπου Lλ είναι η ακτινοβολία αισθητήρα, Gainλ = κλίση της ακτινοβόλησης / DN λειτουργία μετατροπής, Biasλ = σημείο τομής της ακτινοβόλησης / DN λειτουργία μετατροπής. Οι Gain και Bias τιμές παρέχονται σε μεταδεδομένα που συνοδεύουν κάθε TM / ETM + εικόνα, ρλ είναι σταθερά ανάκλασης δορυφόρου για την TM / ETM + bands (1-5, 7), θ = ηλιακή γωνία ζενίθ και ESUNλ = μέση εξωατμοσφαιρική ηλιακή ακτινοβολία. ΟΙ τιμές ακτινοβολίας από το 6 κανάλι TM και από το 9 κανάλι ETM + μετατράπηκαν σε τιμή ακτινοβολούμενης επιφανειακής θερμοκρασίας χρησιμοποιώντας την εξίσωση: Tb = K2 / Ln (Κ1 / Lλ 1) (3) όπου K2 = σταθερά βαθμονόμησης (1.260,56 για TM και 1282,71 για ETM +), K1 = σταθερά βαθμονόμησης (607,76 για TM και 666,09 για ETM. Η μονάδα της ακτινοβολίας επιφανειακής θερμοκρασιας Tb είναι βαθμοί Κελσίου.
Για τον υπολογισμό τιμών NDVI χρησιμοποιήθηκαν οι ανακλαστικές τιμές του ορατού και (ρ1) και του εγγύς υπέρυθρου καναλιού (ρ2) εικόνων ETM+ χρησιμοποιώντας τον τύπο NDVI = (ρ2 - ρ1) / (ρ2 + ρ1). Τα τελικά αποτελέσματα κανονικοποιήθηκαν στη συνέχεια σε κλίμακα από 1-100.
Επιθεώρηση των χαρτών διαπερατότητας έδειξε ότι το όριο του 10% κατέλαβε σχεδόν όλες τις περιοχές, χαμηλής, μέσης και υψηλής πυκνοκατοίκησης, καθώς και την κεντρική επιχειρηματική περιοχή (CBD) (σχήμα 2). Συμπερασματικά υψηλότερες μέσες τιμές Tb συνδέονται με υψηλότερη μη διαπερατότητα, ενώ εντοπίστηκε μια αρνητική, χαμηλή συσχέτιση μεταξύ Tb και του δείκτη NDVI χαρακτήρισε την περιοχή μελέτης (σχήμα 3). Τα Landsat θερμικά υπέρυθρα κανάλια που χρησιμοποιούνται στην εφαρμογή δηλώνουν τη θερμοκρασία φωτεινότητας η οποία διαφέρει από τη θερμοκρασία της επιφάνειας της γης. Επιπλέον χρησιμοποιήθηκαν για την εφαρμογή ιστορικά κλιματολογικά δεδομένα που συλλέγονται από το Southeast Regional Climate Center, στη Νότια Καρολίνα των ΗΠΑ για τη διερεύνηση των κλιματικών αλλαγών διαχρονικά στην περιοχή μελέτης. Το υγρό υποτροπικό κλίμα της περιοχής χαρακτηρίζεται από ζεστά, υγρά καλοκαίρια και ήπιους χειμώνες. Η αστική ανάπτυξη αντικαθιστά το φυσικό περιβάλλον με σχεδόν μη-εξάτμιση, τροποποιώντας το τοπικό κλίμα. Το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας είναι υπαρκτό στη λεκάνη απορροής Tampa Bay. Κατά μέσο όρο η ετήσια μηνιαία ελάχιστη θερμοκρασία αυξάνεται κατά 0.2 ̊C ανά δεκαετία. Οι μακροπρόθεσμες επιπτώσεις του φαινομένου μπορεί να τροποποιήσουν το κλίμα στην περιοχή.
Η ένταση της αστικής ανάπτυξης και επέκτασης στο χώρο μπορεί να ερευνηθεί με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων τηλεπισκόπησης μέσω της καταγραφής των μεταβολών της διαπερατότητας της επιφάνειας. Αυτή η έρευνα έδειξε ότι οι διαφορετικές εντάσεις αστικής ανάπτυξης - που ορίζονται από διαφορετικές ποσοστιαίες τιμές διαπερατότητας - έχουν σημαντικές επιπτώσεις στην ακτινοβολία της θερμοκρασία στην επιφάνεια. Add Your Content Here
