Παρακολούθηση της θερμοκρασίας επιφάνειας εδάφους με την χρήση δεδομένων του αισθητήρα MODIS στην ανατολική επαρχία Zhejiang της Κίνας

Από RemoteSensing Wiki

Monitoring the Land Surface Temperature Using MODIS Data in Zhejiang of China

Παρακολούθηση της θερμοκρασίας επιφάνειας εδάφους με την χρήση δεδομένων του αισθητήρα MODIS στην ανατολική επαρχία Zhejiang της Κίνας

Συγγραφείς: Zishan Jiang, Xiaohua Wei, Hong Jiang

ΠΗΓΗ: http://ieeexplore.ieee.org (Geoinformatics, 2011 19th International Conference on)

Ιστορικό

Η αστικοποίηση, η εκβιομηχάνιση και άλλες ανθρώπινες δραστηριότητες έχουν σοβαρό αντίκτυπο σε παγκόσμια κλίματα στην αλλαγή του κλίματος και εισάγουν μια σειρά νέων προβλημάτων όπως η δημιουργία νησίδων θερμότητας. Για να αντιμετωπιστεί αυτό το ζήτημα, είναι απαραίτητο να καταγραφεί χωρικά και χρονικά η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους (Land Surface Temperature -LST). Η παραδοσιακή μέθοδος μελέτης και καταγραφής της θερμοκρασίας εξαρτάται από επίγειους σταθμούς, οι οποίοι είναι πολύ περιορισμένοι σε αριθμό και τοποθετημένοι συνήθως στις αστικές περιοχές, παρέχοντας έτσι μη αντιπροσωπευτικές μετρήσεις για το σύνολο μιας μεγάλης έκτασης πέραν της πόλης. Ειδικότερα, πολλοί από τους σταθμούς περιβάλλονται από την πόλη, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει η δυνατότητα να καταγράψουν τα χαρακτηριστικά των προαστιακών περιοχών. Για να μπορέσουμε να μελετήσουμε ,καταγράψουμε και παρατηρήσουμε την θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους σε μεγάλη κλίμακα γίνεται χρήση τω ν πλεονεκτημάτων που παρέχει η ψηφιακή τηλεπισκόπηση μέσω δορυφόρων και αισθητήρων τους.

Σκοπός

Σε αυτό το έγγραφο, ο στόχος της μελέτης αυτής είναι χρησιμοποιούμε την ψηφιακή τηλεπισκόπηση για να παρατηρήσουμε την θερμοκρασία του εδάφους και τον αντίκτυπο των αλλαγών της από το φαινόμενο της αστικοποίησης στην επαρχία Zhejiang της Κίνας, η οποία είναι η πιο γρήγορα αστικοποιημένη περιοχή στον κόσμο.

Πήγες Δεδομένων

Ο αισθητήρας ΜODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) είναι ένας αισθητήρας παρατήρησης νέας γενεάς από το πρόγραμμα συστημάτων γήινης παρατήρησης (EOS) της NASA, που χρησιμοποιείται για να παρατηρήσει σφαιρικά τη βιολογική και φυσική πρόοδο του πλανήτη. Ο αισθητήρας MODIS έχει 36 κανάλια που καλύπτουν το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα από 0.4 εως13.Υπάρχουν τρία είδη ανάλυσης, 250m, 500m και 1000m της επιφάνειας του εδάφους. Το πλάτος ανίχνευσης είναι 2330km.

Μεθοδολογία
Η επαρχία Zhejiang έχει έντονο και πολύπλοκο γεωγραφικό ανάγλυφο . Τα βουνά και οι λόφοι κατέχουν πάνω από 70.4% της περιοχής, οι πεδιάδες και οι λεκάνες απορροής το 23.2%, και ένα 6.4% ανήκει στους ποταμούς και τις λίμνες. Το καλλιεργήσιμο έδαφος έχει μια έκταση μόνο 2.081.700 εκταρίων. Για την εφαρμογή της μελέτης χρησιμοποιείται ο αλγόριθμος SWA (Split Window Algorithm) που αυτήν την περίοδο (αρχικά ο αλγόριθμος SWA χρησιμοποιήθηκε για να υπολογίσει τη θερμοκρασία στην επιφάνειας της θάλασσας) αποτελεί μια ικανοποιητική επιλογή ευρέως χρησιμοποιούμενη για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους (Land Surface Temperature -LST). Χρησιμοποιεί δύο θερμικά υπέρυθρα κανάλια μέσα στο παράθυρο της ατμόσφαιρας (10.5~11.5μm και 11.5~12.5μm), και τους διάφορους συνδυασμούς στοιχείων από αυτά τα δυο κανάλια λαμβάνοντας υπόψη στους υπολογισμού τα καιρικά φαινόμενα, την ικανότητα ακτινοβολίας της επιφάνειας του εδάφους, την κάλυψη του εδάφους από φυτά ή όχι.

Στη εικονα1 φαίνεται η κάλυψη εδάφους της επαρχία Zhejiang

εικόνα2 φαίνεται η ροη των βημάτων της μεθόδου με την χρήση αλγορίθμου SWA

Για να εξεταστεί η ακρίβεια των μετρήσεων LST Land Surface Temperature (LST) από τα στοιχεία MODIS, χρησιμοποιήθηκαν τα στοιχεία επίγειων σταθμών διάρκειας 6 ημερών. Υπάρχει μια γραμμική σχέση μεταξύ των στοιχείων παρατήρησης και του αποτελέσματος βάση των στοιχείων MODIS, συνεπώς παρέχεται μια αποδεκτή ακρίβεια.

Εικόνα2:ο έλεγχος των τιμών MODIS σε σύγκριση με τιμές από επίγειους σταθμούς

Αποτελέσματα έρευνας

Με βάση τα αποτελέσματα που προκύπτουν προσεγγίζοντας χωρικά την επαρχία, διαφαίνεται μια ξεκάθαρη διαφοροποίηση της θερμοκρασίας εδάφους μεταξύ κάλυψη γης και χρήση γης. Υφίσταται σαφής διαφορά των χαρακτηριστικών της θερμοκρασίας επιφάνειας εδάφους (LST)από τους διαφορετικούς τύπους χρήσης του εδάφους(περιοχή πόλεων, κωμοπόλεων, αγροτικό έδαφος, περιοχή βουνών, δασών και ύπαρξη νερών)

Εικόνα3:ο ετήσια αποτελέσματα LST (Land Surface Temperature ) στην επαρχία Zhejiang από το 2004 ως το 2007

Από τη χρονική άποψη, διαφορετικοί τύποι χρήσης γης παράγουν διαφορετικές τιμές θερμοκρασίας. Το καλοκαίρι, η αστική επίδραση των νησίδων θερμότητας είναι έντονη και διαφορετικοί τύποι χρήσης γης παρουσιάζουν μεγάλη διαφορά στην κλίμακα των τιμών καταγραφής τους. Το χειμώνα, οι διαφορές στο θερμικό περιβάλλον από τους διαφορετικούς τύπους χρήσης γης μειώνονται αισθητά και η διαφορά του εδάφους αστικής περιοχής και αγροκτημάτων μπορεί σχεδόν να αγνοηθεί.

Εικόνα4: Δύο εποχιακά αποτελέσματα LST στην επαρχία Zhejiang το 2006

Η αστική περιοχή που καλύπτει τις πόλεις και τις κωμοπόλεις είναι ο τύπος χρήσης γης με την υψηλότερη θερμοκρασία μεταξύ όλων. Η επίδραση των νησίδων θερμότητας είναι ιδιαίτερη ισχυρή, λαμβάνοντας υπόψη τις έντονες εποχικές μεταβολές. Το χειμώνα η θερμοκρασία της επιφάνειας του εδάφους στις πόλεις είναι ίδια με το καλλιεργήσιμο έδαφος, ενώ μπορεί να υπάρξουν περιπτώσεις που να είναι ακόμη χαμηλότερη από το καλλιεργήσιμο έδαφος. Η περιοχή καλλιεργήσιμου εδάφους μένει ως η δεύτερη υψηλότερη θερμοκρασία τύπου χρήσης γης, χαμηλότερη βέβαια από τη αστική περιοχή, αλλά υψηλότερη από το έδαφος των βουνών και των δασών. Συγκριτικά με άλλους τύπους χρήσης γης, η θερμοκρασία του νερού είναι σχετικά σταθερή επιδεικνύοντας τον χειμώνα σχετικά υψηλή θερμοκρασία σε σχέση με το έδαφος και τις χρήσεις του.

Συμπέρασμα

Με τη χρήση της ψηφιακής τηλεπισκόπησης τα θερμικά χαρακτηριστικά της επαρχίας Zhejiang μπορεί να καταγραφούν συναρτήσει χωρικών και χρονικών σημείων αναφοράς. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η χρήση της ψηφιακής τηλεπισκόπησης είναι αποτελεσματική και με υψηλή ακρίβεια για τον υπολογισμό της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του εδάφους.