Εκτίμηση του φαινομένου της ΄θερμονησίδας΄ στη Βραζιλία μέσω ανάλυσης τηλεπισκοπικών δεδομένων του αισθητήρα MODIS

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 13:52, 19 Ιανουαρίου 2021

Εικόνα 1.Χωρική κατανομή των 21 μητροπόλεων

Εικόνα 2.Παράδειγμα οριοθέτησης των αστικών περιοχών(γκρι περιοχή) και των ορίων αυτών(μαύρη γραμμή) για την περιοχή Manaus σύμφωνα με την επιβλεπόμενη ταξινόμηση

Εικόνα 3. Μέσες τιμές ΔNDVI, ΔAlbedo και UHI κατά τη διάρκεια της ξηράς περιόδου μεταξύ του 2000 και του 2016 για κάθε μητρόπολη της Βραζιλίας

Πρωτότυπος τίτλος: Assessment of Urban Heat Islands in Brazil based on MODIS remote sensing data

Συγγραφείς: Felipe Ferreira Monteiro , Weber Andrade Gonçalves, Lara de Melo Barbosa Andrade, Lourdes Milagros Mendoza Villavicencio, C´assia Monalisa dos Santos Silva

Πηγή: [1]

Λέξεις κλειδιά: αστικοποίηση, θερμονησίδα, MODIS, θερμοκρασία, κάλυψη γης, ανακλαστικότητα

Περίληψη:

Η επίδραση της θερμονησίδας αποτελεί ένα τυπικό φαινόμενο αστικού κλίματος, στενά συνδεδεμένου με την κάλυψη γης, το οποίο προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας στις αστικές περιοχές συγκριτικά με τις περιβάλλουσες. Με τη ραγδαία αυξανόμενη αστικοποίηση προκαλούνται αλλαγές στα χαρακτηριστικά της αστικής γης, η φυσική βλάστηση αντικαθίσταται με αδιαπέρατες επιφάνειες όπως είναι η άσφαλτος και το τσιμέντο, με αποτέλεσμα την άμεση επιρροή των ροών ενέργειας. Η ενεργειακή ισορροπία επομένως διαταράσσεται μέσω των αστικών δραστηριοτήτων και δημιουργείται ένα τοπικό αστικό κλίμα.

Εισαγωγή:

Η επίδραση της θερμονησίδας αποτελεί ένα τυπικό φαινόμενο αστικού κλίματος, στενά συνδεδεμένου με την κάλυψη γης, το οποίο προκαλεί αύξηση της θερμοκρασίας στις αστικές περιοχές συγκριτικά με τις περιβάλλουσες. Με τη ραγδαία αυξανόμενη αστικοποίηση προκαλούνται αλλαγές στα χαρακτηριστικά της αστικής γης, η φυσική βλάστηση αντικαθίσταται με αδιαπέρατες επιφάνειες όπως είναι η άσφαλτος και το τσιμέντο, με αποτέλεσμα την άμεση επιρροή των ροών ενέργειας. Η ενεργειακή ισορροπία επομένως διαταράσσεται μέσω των αστικών δραστηριοτήτων και δημιουργείται ένα τοπικό αστικό κλίμα.

Δεδομένα και Μεθοδολογία:

Για την παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από εικόνες του αισθητήρα MODIS ο οποίος βρίσκεται στον δορυφόρο TERRA. Οι καταγραφές του MODIS πραγματοποιούνται σε 36 φασματικά κανάλια και καλύπτουν ολόκληρη την επιφάνεια της γης σε μία ημέρα με χωρική διακριτική ικανότητα 250 m (VIS φασματικά κανάλια 1 και 2), 500 m (NIR φασματικά κανάλια 3 - 7) και 1 km (φασματικά κανάλια 8–36). Οι θερμικοί υπέρυθροι αισθητήρες MODIS μετρούν την ακτινοβολία από την κορυφή της ατμόσφαιρας(top of the atmosphere) δηλαδή περίπου σε ύψος 100 χιλιομέτρων από την επιφάνεια της γης. Στο σημείο αυτό η ηλιακή ενέργεια εισέρχεται στο σύστημα της γης, ενώ το ανακλώμενο φως και η θερμική ακτινοβολία εξέρχονται από το σύστημα (πηγή:[2] ).Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα MODIS, παγκόσμια για την θερμοκρασία της επιφάνειας της γης(Land Surface Τemperature) επιπέδου 3. Τα δεδομένα αυτά προέρχονται από τις μέσες τιμές της θερμοκρασίας επιφάνειας της γης με καθαρό ουρανό σε μία περίοδο οκτώ συνεχόμενων ημερών με χωρική διακριτική ικανότητα του ενός τετραγωνικού χιλιομέτρου(1 km2). Χρησιμοποιήθηκαν 1550 εικόνες (775 πρωινές και 775 βραδινές). Για βελτιωμένη ποιότητα της πληροφορίας, αφαιρέθηκαν εικονοστοιχεία με νεφοκάλυψη και άλλες ατμοσφαιρικές διαστρεβλώσεις. Για την ανίχνευση της βλάστησης χρησιμοποιήθηκε ο δείκτης κανονικοποιημένης διαφοράς (NDVI). Για τον υπολογισμό του δείκτη ο αισθητήρας χρησιμοποιεί τις ανακλώμενες ακτινοβολίες μπλε, κόκκινο και υπέρυθρο στα 470nm,648nm και 848nm αντίστοιχα. Τέλος για το διαχωρισμό αστικών και μη περιοχών χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα ‘ MCD12Q1 ‘. Το συγκεκριμένο πακέτο δεδομένων προέρχεται από επιβλεπόμενη ταξινόμηση δεδομένων ανάκλασης που συλλέγει ο αισθητήρας Modis με χωρική διακριτική ικανότητα τα 500 μέτρα. Για την ανίχνευση της έντασης του φαινομένου της θερμονησίδας (UHI) υπολογίστηκε η διαφορά της μέσης τιμής θερμοκρασίας των εικονοστοιχείων εντός των μητροπολιτικών περιοχών(Τurban )με τη μέση τιμή θερμοκρασίας των εικονοστοιχείων στα όρια της μητροπολιτικής περιοχής (Τedge )Τέλος υπολογίστηκαν και οι μέσες τιμές των δεικτών βλάστησης(NDVI) και ανακλαστικότητας του εδάφους (ALBEDO) στις μητροπολιτικές περιοχές και στα όρια αυτών αντίστοιχα σύμφωνα με τις παρακάτω εξισώσεις:

ΔAlbedo = ALBEDOurban–ALBEDOedge, ΔNDVI = NDVIurban–NDVIborder

Αποτελέσματα/Συμπεράσματα:

Τα αποτελέσματα υποδεικνύουν την παρουσία του φαινομένου της θερμονησίδας σε όλες της μητροπολιτικές περιοχές, με διαφορετικές εντάσεις ανάλογα την ώρα της ημέρας. Στην περιοχή του Manaus η υψηλότερη ένταση του φαινομένου κατά τη διάρκεια της ημέρας υπολογίστηκε στους +4.26C με μία αυξητική τάση των 0.3 βαθμών κελσίου ανά δεκαετία. Για την διάρκεια της νύχτας η περιοχή Curutiba παρουσίασε την μεγαλύτερη τιμή του φαινομένου(+4.4C). Τα χαρακτηριστικά κάθε περιοχής σχετικά με τα βιοφυσικά στοιχεία των δεικτών ΔNDVI and ΔAlbedo επέτρεψαν την κατανόηση της επίδρασης της βλάστησης εντός και γύρω από τις αστικές περιοχές στις τιμές του φαινομένου της θερμονησίδας. Tα αποτελέσματα έδειξαν πως αυτά τα βιοφυσικά χαρακτηριστικά πρέπει να λαμβάνονται υπόψιν καθώς επηρεάζουν την ένταση του φαινομένου στον ίδιο βαθμό με το μέγεθος των περιοχών. Πρέπει να σημειωθεί πως τα δεδομένα από τον αισθητήρα MODIS παρέχουν ευρεία χωρική κάλυψη και αρκετά καλή χρονική ακρίβεια. Επίσης, η εύκολη πρόσβαση στις δορυφορικές εικόνες και η αυξανόμενη πρόοδος στις τεχνικές ανάλυσης τους, μετατρέπει την τηλεπισκόπηση σε ένα ελκυστικό εργαλείο και εξαιρετικά χρήσιμο για την εκτίμηση και παρακολούθηση των τιμών θερμοκρασίας στα αστικά περιβάλλοντα.