Οι επιπτώσεις της αστικής μορφολογίας στις αστικές θερμικές νησίδες σε κατοικημένες περιοχές: Erzurum, Τουρκία
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: The Impacts of Urban Morphology on Urban Heat Islands in Housing Areas: The Case of Erzurum, Turkey
Συγγραφείς: by Cansu Güller and Süleyman Toy
Πηγή: https://www.mdpi.com/2071-1050/16/2/791
Περίληψη
Η παρούσα μελέτη εξετάζει τη σχέση μεταξύ της αστικής μορφολογίας και της έντασης των Urban Heat Islands (UHI) σε διάφορες περιοχές κατοικίας στην πόλη της Ερζουρούμ στην Τουρκία. Βρέθηκε ότι τα UHI επηρεάζονται από παράγοντες όπως τα δίκτυα δρόμων, οι κτιριακές δομές και η χρήση του εδάφους. Προτείνεται τη βελτιστοποίηση της αστικής μορφολογίας για τη μείωση των UHI, υπογραμμίζοντας τη σημασία της χρήσης συγκεκριμένων δεικτών και της χωρικής ειδικότητας στον σχεδιασμό και τον στρατηγικό σχεδιασμό των πόλεων για την αντιμετώπιση των κλιματικών προκλήσεων.
Εισαγωγή
Τα τελευταία χρόνια, τα ακραία καιρικά φαινόμενα, τα οποία προκαλούνται από την κλιματική αλλαγή, έχουν αναδειχθεί ως επείγουσες απειλές για τις κοινότητες. Η διαδικασία της αστικοποίησης συνεισφέρει σημαντικά στην κλιματική αλλαγή, με τον τρόπο που καταναλώνει ενέργεια και μολύνει την αστική ατμόσφαιρα, καθώς και με τον τρόπο που μετατρέπει σταδιακά φυσικές επιφάνειες της γης σε αδιαπέραστες. Οι αστικές επιφάνειες συνεχίζουν να διευρύνονται μέσα στις πόλεις, αλλάζοντας την αστική δομή και μορφολογία για να προσαρμοστούν στην αύξηση του πληθυσμού. Η επέκταση αυτή επηρεάζει σημαντικά το κλίμα μέσω του φαινομένου του νησιού θερμότητας της πόλης. Τα νησιά θερμότητας χαρακτηρίζουν τη διακριτή μεταβολή της θερμοκρασίας μεταξύ των μικροκλιμάτων μέσα σε μια πόλη και τις γύρω περιοχές. Η επέκταση των πόλεων έχει ενισχύσει αυτό το φαινόμενο, συμβάλλοντας στην αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας, την επιδείνωση της μόλυνσης και τις δυσμενείς επιπτώσεις στη δημόσια υγεία και ευημερία. Επομένως, η άμεση αντιμετώπιση αυτού του φαινομένου είναι κρίσιμη, απαιτώντας μια σφαιρική κατανόηση των παραγόντων που επηρεάζουν τα νησιά θερμότητας για την αποτελεσματική μείωση των επιβλαβών τους επιπτώσεων.
2.Υλικα και μέθοδοι
2.1 Περιοχή σπουδών
Η μελέτη επιλέγει τρεις διαφορετικές περιοχές κατοικίας με διαφορετικά μορφολογικά πρότυπα στο κέντρο της Ερζουρούμ, Τουρκία. Αναλύονται οι μετρήσεις ηλιακής ακτινοβολίας και θερμοκρασίας για τις περιοχές αυτές. Το μελετώμενο έργο εστιάζει στην εξέταση της επίδρασης των μορφολογικών στοιχείων της πόλης στη δημιουργία των νησιών θερμότητας. Η μελέτη εξετάζει τρεις διαφορετικές περιοχές κατοικίας στο κέντρο της Ερζουρούμ, Τουρκία, με διαφορετικά μορφολογικά χαρακτηριστικά. (εικ.1)
Οι περιοχές αυτές έχουν αναπτυχθεί κατά τη διάρκεια του Σχεδίου Ανάπτυξης του 1967 και διαφέρουν σημαντικά στο ύψος, τη μορφή και τη διάταξη των κτιρίων, καθώς και στον σχεδιασμό των δρόμων. Η περιοχή Dadaşkent έχει υποστεί γρήγορη ανάπτυξη με υψηλά κτίρια και ευθύγραμμο οδικό δίκτυο, ενώ οι περιοχές Yenişehir και Yıldızkent έχουν χαρακτηριστεί από μεσαίας ύψους κτίρια και σχεδιασμό που επικεντρώνεται στην ισορροπία μεταξύ ανοικτών και κλειστών χώρων. Τέλος, η περιοχή Kayakyolu παρουσιάζει ένα μοναδικό συνδυασμό από χαρακτηριστικά όπως ασχεδίαστα χαμηλά κτίρια, υποβαθμισμένα δρόμους και σχεδιασμένα ψηλά κτίρια, παρά την ανάπτυξή της μετά την εισαγωγή του σχεδίου Ζεκί Υαπάρ. Η μελέτη επικεντρώνεται στην επίδραση αυτών των μορφολογικών χαρακτηριστικών στις θερμικές συνθήκες της περιοχής.
2.2 Χρονική περίοδος
Για τη μελέτη επιλέχθηκε η περίοδος του Ιουλίου 2022 λόγω της συχνής αίθριας κατάστασης του ουρανού. Ειδικότερα, η 15η Ιουλίου επιλέχθηκε λόγω του πολύ χαμηλού ποσοστού νεφώσεως και της βέλτιστης ποιότητας εικόνας. Η ημερομηνία αυτή χαρακτηρίζεται από μηνιαία μέγιστη θερμοκρασία 33 °C και ελάχιστη θερμοκρασία 14 °C, σύμφωνα με τα μετεωρολογικά δεδομένα από την Ερζουρούμ.
2.3. Υλικά
Χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από τηλεπισκόπηση μέσω του Landsat 8 Operational Land Imager (OLI) της Αμερικανικής Υπηρεσίας Γεωλογικής Εξέτασης (USGS). Τα δεδομένα του Landsat-8 OLI καταγράφηκαν κατά τη διάρκεια της ημέρας του καλοκαιριού τον Ιούλιο του 2022, στις 07:56. Η ανάλυση περιλάμβανε τον υπολογισμό των δεικτών NDBI, NDVI και LST.
Τα δεδομένα για το οδικό δίκτυο ελήφθησαν από δύο κύριες πηγές: το Open Street Map (OSM) και τη βάση δεδομένων της Γενικής Διεύθυνσης Υψηλών Οδών, γνωστή ως Atlas. Η εμπιστοσύνη στις πληροφορίες επαληθεύτηκε μέσω πρόσθετων πηγών, όπως οι Google Maps, Google Streets και οι δρόμοι του Environmental System Research Institute (ESRI). Τα δεδομένα αυτά ενσωματώθηκαν στο περιβάλλον GIS για να παραχθεί μια συνολική χαρτογράφηση.
Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε πεδίο ερευνών για την εντοπισμό των περιοχών κατοικιών και των πράσινων χώρων σε κάθε περιοχή κατοικίας (HA). Αν και η μελέτη περιλαμβάνει πράσινους χώρους γνωστούς για τον αποτελεσματικό δροσισμό τους, η επίδρασή τους αποκλείστηκε από την ανάλυση για να διασφαλιστεί η ακρίβεια των αποτελεσμάτων.
Τέλος, τα ύψη και οι μορφές των κτιρίων ταξινομήθηκαν σε οκτώ κατηγορίες, και στα οκτώ διαφορετικά σημεία ελέγχου καταγράφηκαν εικόνες από τον ουρανό, ώστε να εξεταστεί η επίδραση τους στην ανάπτυξη
2.4. Μεθοδολογία
Η γενική διαδικασία μεθοδολογίας δίνεται στην εικ.2.
2.4.1.Ανάλυση θερμοκρασίας στην επιφάνεια του εδάφους
Οι υπολογισμοί της Θερμοκρασίας της Επιφάνειας της Γης (LST) αποτελούν σημαντική τεχνική για την επισήμανση της χωρικής διανομής του φαινομένου του UHI (Urban Heat Island), το οποίο έχει μελετηθεί εκτενώς στη βιβλιογραφία. Η εξίσωση του NDVI είναι κρίσιμη κατά τον υπολογισμό της LST, ειδικά λόγω της γνωστής ικανότητας των πράσινων αστικών χώρων να ανακουφίζουν τη θερμοκρασία της επιφάνειας.
Για την ανάλυση της LST χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό QGIS 3.12, ενώ για τους υπολογισμούς χρησιμοποιήθηκε το εργαλείο raster calculator για την μετατροπή των δεδομένων από τις ζώνες του Landsat 8 OLI. Η ζώνη 10 από τους δύο θερμικούς αισθητήρες υπερύθρων (TIRS) επιλέχθηκε ειδικά λόγω της υψηλότερης ακρίβειας των υπολογισμών LST. Μετά τη μετατροπή των τιμών DN σε ακτινοβολία στην κορυφή της ατμόσφαιρας (TOA), οι τιμές της θερμοκρασίας φωτεινότητας (BT) υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας τις θερμικές σταθερές που παρέχονται στα μεταδεδομένα.
Οι υπολογισμοί του NDVI είναι απαραίτητοι για τον προσδιορισμό του Pv (αναλογία φυτοκάλυψης) και του εκπομπού (ε) που χρησιμοποιούνται στους υπολογισμούς της LST. Τέλος, η LST υπολογίζεται χρησιμοποιώντας την εξίσωση που συνδυάζει το BT, το NDVI και το ε, ανάλογα με τον τύπο χρήσης της γης.
2.4.2. Ανάλυση σύνταξης χώρου
Η ανάλυση Space Syntax εξετάζει τα οδικά δίκτυα για να ορίσει με ακρίβεια τους αστικούς χώρους με βάση τα μορφολογικά χαρακτηριστικά που υπολογίζονται ποσοτικά με βάση τις συνδέσεις που φαίνονται στους χάρτες τομέων. Στην αστική κλίμακα, οι άξονες αντιπροσωπεύουν τμήματα δρόμων, και η Space Syntax εστιάζει στην τοπολογική διάσταση του οδικού δικτύου, ειδικά στο πώς αλληλεπιδρούν οι άξονες. Ο βαθμός ολοκλήρωσης αξιολογεί το βαθμό με τον οποίο το αρχικό τμήμα ενσωματώνεται στο γενικό σύστημα, με μεγαλύτερη ολοκλήρωση που υποδεικνύει μεγαλύτερο αριθμό συνδέσεων στο δίκτυο.
Η ανάλυση του Space Syntax πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας το λογισμικό DepthmapX (έκδοση 0.8.0). Αρχικά, δημιουργήθηκε ένας άξονας χάρτη της πόλης Ερζουρούμ στο QGIS 3.12. Στη συνέχεια, τα δεδομένα υποβλήθηκαν σε ανάλυση γωνιών τμήματος μέσα στο λογισμικό DepthmapX μετά τη μετατροπή τους σε μορφή shapefile.
Η Space Syntax βασίζεται σε τέσσερα βήματα που απεικονίζονται στην εικ.3 : (i) ο δρόμος προτύπου μετατρέπεται σε άξονα χάρτη, (ii) ο άξονας χάρτη μετατρέπεται σε δυαδικό γράφημα, (iii) υπολογίζεται η ολοκλήρωση κάθε κόμβου στο γράφημα ολοκλήρωσης, και (iv) οι τιμές χρωματίζονται και χαρτογραφούνται πίσω στον άξονα χάρτη, δημιουργώντας μια τελική αναπαράσταση χρωματικής κωδικοποίησης.
