«Ημερήσια θερμική συμπεριφορά επιλεγμένων αστικών αντικειμένων με χρήση τηλεπισκοπικών μετρήσεων»
Από RemoteSensing Wiki
Δημοσίευση Εφαρμογής Τηλεπισκόπισης: «Diurnal thermal behavior of selected urban objects using remote sensing measurements», «Ημερήσια θερμική συμπεριφορά επιλεγμένων αστικών αντικειμένων με χρήση τηλεπισκοπικών μετρήσεων» Συγγραφείς: A. Chudnovsky(1), E. Ben-Dor(1) και H. Saaroni(2) 1)The Remote Sensing and GIS Laboratory, Department of Geography and Human Environment, Tel-Aviv, Israel 2)Unit for Applied Climatology and Environmental Aspects, Department of Geography and Human Environment, Tel-Aviv, Israel
Ανάλυση – Παρουσίαση:
Αντικείμενο της έρευνας είναι η ανάλυση της θερμικής συμπεριφοράς διαφόρων αστικών επιφανειών στο χρόνο και στο χώρο. Η γνώση της θερμικής συμπεριφοράς των αστικών στοιχείων είναι σημαντικό εργαλείο για την βελτίωση της ποιότητας του αστικού περιβάλλοντος, αφού είναι συνυφασμένη με το φαινόμενο της νήσου αστικής θερμότητας και τη ρύπανση του αέρα, που επηρεάζουν το κλίμα της πόλης και της ποιότητας του περιβάλλοντος της. Ο στόχος της μελέτης είναι μέσα από τη διερεύνηση της θερμικής συμπεριφοράς των αστικών υλικών της πόλης του Τελ-Αβίβ, να αποκατασταθεί κλιματολογικά η πόλη και να μειωθεί το φαινόμενο της αστικής θερμικής νησίδας που εμφανίζεται σε έντονο βαθμό σε αυτή. Επιλέχθηκε σαν περιοχή μελέτης μικροκλίμακας η πλατεία Rabin και τα περίχωρά της, που καλύπτει έκταση 0,7 τ.χμ. περίπου και βρίσκεται στο κέντρο της πόλης (σχήμα 1), περιοχή που συμπεριλαμβάνεται τις πιο θερμές της πόλης και χαρακτηρίζεται από ένα ευρύ φάσμα αστικών συστατικών. Η διεξοδική ανάλυση των διαφόρων αστικών αντικειμένων έγινε σε ημερήσια βάση, χρησιμοποιώντας τις μετρήσεις θερμοκρασίας στην επιφάνεια. Για την ακριβή μελέτη των αστικών περιοχών, προτιμούνται τα θερμικά τηλεπισκόπικά δεδομένα από αισθητήρες αέρος και εδάφους, από τις δορυφορικές μετρήσεις, λόγω της μεγαλύτερης χωρικής και φασματικής ανάλυσης τους και τη διαθεσιμότητά τους. Για τη πραγματοποίηση της μελέτης χρησιμοποιήθηκαν αερομεταφερόμενα ραδιομετρικά βίντεο υπερύθρου (IR) και θερμικά ραδιόμετρικά βίντεο (TVR), αφού τα πρώτα προσφέρουν την άμεση διαθεσιμότητα των εικόνων, την ικανότητα για ζωντανή μετάδοση εικόνας κατά τη διάρκεια της απόκτησης δεδομένων, ηλεκτρονική μορφή των δεδομένων βίντεο, καθώς και σχετικά χαμηλή τιμή, ενώ τα δεύτερα παράγουν σειρές δεδομένων υψηλής ποιότητας για ποσοτική ανάλυση σε πραγματικό χρόνο. Οι μετρήσεις έγιναν στις 30-31 Ιανουαρίου 1996 υπό σταθερές καιρικές συνθήκες (η καλύτερη προϋπόθεση για την ανάπτυξη UHI), με θερμικό βίντεο υψηλής ραδιόμετρικής ανάλυσης-760 που βρισκόταν σε ύψος 103 μ. Η διαμόρφωση του αισθητήρα ήταν στην φασματική περιοχή 3-14 μm και η οπτική διαμόρφωση επέτρεπε οπτικό πεδίο 20 ° (FOV) κατά μήκος ένα στιγμιαίο οπτικό πεδίο (IFOV) του 1,8 mrad. Δύο κάμερες, η θερμική (στη θερμική περιοχή) και ένα βίντεο CCD (στο ορατό φάσμα), ήταν τοποθετημένα στην οροφή του ψηλότερου κτηρίου της περιοχής (103 μ.), κάθε σειρά σε ένα τρίποδο στην ίδια γωνία και συνδεδεμένα μεταξύ τους. Ο TVR τοποθετήθηκε αντίθετα από τον ανοιχτό χώρο στο νότο. Οι αισθητήρες διατηρούνταν σε σταθερή θέση, αν και η γωνία παρατήρησης άλλαζε. Οι θερμική μετρήσεις καταγράφονταν συνεχώς για 10 λεπτά κατά τη διάρκεια κάθε ώρας. Δεδομένου ότι οι εγγραφές που πραγματοποιούνταν από σταθερή θέση σε υψόμετρο 103 μ., η γεωμετρική ανάλυση άλλαξε από 0,6 σε 2,5 μ. Επειδή το οπτικό πεδίο της θερμικής κάμερας δεν επέτρεπε την κάλυψη ολόκληρης της περιοχής, μια σταθερή πορεία ακολουθίας αποφασίστηκε, στην οποία η επιλεγμένη περιοχή καλυπτόταν σε κάθε λήψη δεδομένων.
Πέντε κύριοι τομείς επιλέχθηκαν για τις μετρήσεις θερμοκρασίας για να εξασφαλιστεί ο αντικατοπτρισμός της ποικιλίας των αστικών αντικειμένων: επιστρωμένων επιφανειών, δρόμων, εξωτερικών τοίχων των κτηρίων, στεγών και διάφορων ειδών βλάστησης. Τιμές albedo αναπτύχθηκαν από τις αναλύσεις της αεροφωτογραφίας, τις επιτόπιες έρευνες πεδίου και από την βιντεοκάμερα CD.
Για κάθε αστικό αντικείμενο, ένα σχετικά ομοιογενές πολύγωνο ταυτίστηκε με την εικόνα, και το ίδιο πολύγωνο χρησιμοποιήθηκε κατά τη διάρκεια όλης της διαδικασίας μέτρησης. Αυτά τα πολύγωνα παρείχαν τα στοιχεία για την αξιολόγηση της μέσης θερμοκρασίας της επιφάνειας και τη τυπική απόκλιση της (σχήμα 2). Το αστικό τοπίο επηρεάζεται από πολλούς παράγοντες που αλληλοσυμπληρώνονται σε μια συνολική θερμική συμπεριφορά: τα φυσικά χαρακτηριστικά των διαφόρων αστικών στοιχείων (θερμική αγωγιμότητα, θερμοχωρητικότητα, θερμική διάχυση, και η θερμική αποδοχή ότι ο συντελεστής όρασης του ουρανού (SVF) ενός σημείου είναι ανάλογη με την περιοχή των υπερκείμενου ημισφαιρίου το οποίο είναι ανοιχτό προς τον ουρανό), το συντελεστή όρασης του ουρανού (SVF), τη γεωμετρία της επιφάνειας, το χρώμα και τις καιρικές συνθήκες. Η γεωμετρία του δρόμου είναι σημαντική αφού: (1) καθορίζει το ποσό της επιφάνειας που εκτίθεται σε διαδικασίες ανταλλαγής θερμότητας, (2) ελέγχει και περιπλέκει την χωρική κατανομή των άμεσων εισροών ηλιακής ακτινοβολίας (3) αυξάνει την αλληλεπίδραση ακτινοβολίας μεταξύ επιφανειών (4) επηρεάζει την απώλεια μεγάλου κύματος ακτινοβολίας στον ουρανό και (5) ελέγχει τη μέση και τυρβώδης δομή ροής. Τα ανοιχτά χρώματα αυξάνουν τη συνολική τιμή albedo, διατηρώντας χαμηλές θερμοκρασίες στην επιφάνεια στο φως του ήλιου. Η γεωμετρία των δρόμων, ο SVF και οι καιρικές συνθήκες καθορίζουν το συνολικό ποσό της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας εισόδου στην οριζόντια μονάδα επιφανείας.
Η έρευνα κατέληξε ότι κατά τη διάρκεια της ημέρας, τα κυρίαρχα επιφανειακά στοιχεία που συμβάλλουν στην θερμότητα της πόλης είναι οι στέγες, οι δρόμοι, τα πεζοδρόμια και τα τεχνητά πεζοδρόμια που εκτίθονταν στην ηλιακή ακτινοβολία. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι δεν υπάρχει ψυκτική επίδραση αναθυμιάσεων πάνω από τις επιφάνειες αυτές. Επιπλέον, παράγουν περισσότερη ακτινοβολία μακροκύματος από τις επιφάνειες με βλάστηση. Ως εκ τούτου, οι μεγάλες επιφάνειες που ήταν επιστρωμένες με άσφαλτο ή τσιμέντο όχι μόνο παρουσίασαν υψηλές θερμοκρασίες, αλλά και επηρέασαν τις θερμοκρασίες του εγγύς-στρώματος αέρα. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, αντίθετα, οι θερμοκρασίες τους ήταν οι χαμηλότερες μεταξύ των αστικών αντικείμενων, ενώ οι εξωτερικοί τοίχοι και ορισμένα τμήματα των περιοχών με βλάστηση (εκτός αυτών με χαμηλή βλάστηση) ήταν οι υψηλότερες. Αναλύοντας το εύρος της θερμοκρασίας, των ζωνών βλάστησης και των εξωτερικών τοίχων διαπιστώθηκε να έχουν σχετικά μικρό εύρος ημερήσιας θερμοκρασίας σε σύγκριση με τις στέγες, τους δρόμους και τη χαμηλή βλάστηση. Επίσης από τα αποτελέσματα της έρευνας τονίστηκε ότι οι διαφορές θερμοκρασίας των επιφανειών διαφέρουν σημαντικά στην μέση κλίμακα. Η μεταβλητότητα, η οποία οφείλεται στην πολυπλοκότητα του αστικού περιβάλλοντος, εκδηλώνεται στην ανάπτυξη του φαινομένου της αστικής θερμικής νησίδας.
Τα αποτελέσματα (σχήμα. 3) δείχνουν επίσης ότι νωρίς το μεσημέρι και το βράδυ (ειδικά πριν από την ανατολή) είναι η καλύτερη ώρα για την θερμική διάκριση των διαφόρων τύπων αστικής κάλυψης. Στη διάρκεια της ημέρας οι ώρες μεταξύ 9-10 π.μ. και 5-8 μ.μ. αποδείχθηκε ότι ήτα μη αποδοτικές για τηλεπισκόπηση του αστικού περιβάλλοντος, επειδή διαπιστώθηκε ότι οι θερμικές διαφορές μεταξύ των διαφόρων αντικειμένων είναι αμελητέα. Η απομακρυσμένη έρευνα με σκοπό να μελετήσει το αστικό περιβάλλον θα πρέπει να διεξάγεται δύο φορές: στις πρώτες πρωινές ώρες πριν την ανατολή (5 π.μ.) και τις πρώτες πρωινές ώρες το μεσημέρι (12-1 μ.μ.). Κατά συνέπεια, το ημερήσιο εύρος θερμοκρασίας είναι πολύ μικρό για να εκφραστούν επαρκώς οι υφιστάμενες θερμοκρασιακές αντιθέσεις κατά τη διάρκεια μιας ημέρας για διάφορες αστικές επιφάνειες.
Τα θερμική στοιχεία που αποκτήθηκαν από τους αισθητήρες TVR και η εξέταση των αποτελεσμάτων τους δείχνουν ότι η παραπάνω μέθοδος είναι ικανή να παρουσιάζει την ημερήσια θερμική συμπεριφορά των αστικών αντικειμένων σε πραγματικό χρόνο και σε χαμηλό κόστος. Τα αποτελέσματα της έρευνας μπορούν να χρησιμοποιηθούν στη βελτίωση λήψης αποφάσεων για τον περιβαλλοντικό σχεδιασμό και την αποκατάσταση των αστικών περιοχών, αλλά και για την παρακολούθηση του φαινομένου UHI, αφού η θερμική συμπεριφορά των αστικών επιφανειών κατά τη διάρκεια της ημέρας, αποτελεί αξιόλογη βάση δεδομένων για εφαρμόσιμες προτάσεις με στόχο τη βελτίωση της ποιότητας τόπου.
Add Your Content Here
