کاربرد الگوریتم پنجره مجزا در شناسایی جزایر حرارتی شهرستان یزد

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مدیریت منابع خاک/ دانشکده کشاورزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، ایران

2 کارشناسی ارشد چینه و فسیل‌شناسی/ گروه ژئولوژی، دانشکده علوم، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز، شیراز، ایران

چکیده

در سال‌های اخیر، فعالیت‌های انسانی مانند تغییر کاربری، پوشش اراضی و توسعه مناطق انسان‌ساخت موجب افزایش دمای سطح زمین و پیدایش جزایر حرارتی شده است. در پژوهش حاضر تغییرات دمای سطح زمین در پوشش اراضی شهرستان یزد با استفاده از داده‌های ماهواره لندست 8 بررسی شد. نقشه کاربری اراضی منطقه مطالعاتی با استفاده از روش ماشین‌بردار پشتیبان در پنج کلاس انسان‌ساخت، پوشش گیاهی، پیکره آبی، اراضی بایر و رخنمون سنگی، تهیه و برای استخراج نقشه دمای سطح زمین از روش پنجره مجزا استفاده شد. به‌منظور شناسایی الگوی حاکم بر دمای سطح زمین از شاخص موران جهانی استفاده و لکه‌های داغ با به‌کارگیری آماره گتیس-ارد جی شناسایی شدند. بر اساس نتایج، اراضی بایر بیش‌ترین و پیکره آبی کم‌ترین مساحت را به‌ترتیب برابر با 129360/96و 160/56 هکتار به خود اختصاص داده‌اند. میانگین دمای سطح زمین برابر با 50/83 درجه سانتی‌گراد به‌دست آمد و پیکره آبی، کم‌ترین و اراضی بایر بیش‌ترین میانگین دمای سطح زمین را به‌ترتیب برابر با 36/91 و 52/13 درجه سانتی‌گراد به خود اختصاص داده بودند. داده‌های دمای زمین شهر یزد با مقدار شاخص موران 0/92 دارای خودهمبستگی فضایی و الگوی خوشه‌ای بودند. در این پژوهش، مساحت لکه‌های داغ و سرد به‌ترتیب برابر با 46539/18 و 113553/81 هکتار به‌دست آمد. اراضی بایر، تشکیل جزایر حرارتی داغ و پوشش گیاهی و پیکره آبی تشکیل جزایر سرد را داده‌ و جزیره حرارتی داغ با گستردگی بالایی اطراف محدوده شهری را احاطه کرده بود. نتایج پژوهش نشان داد که کیفیت کلاس پوشش گیاهی ضعیف و میانگین دمای آن برابر با 45/61 درجه سانتی‌گراد است. بر اساس نتایج حاصل از رگرسیون خطی، بین شاخص گیاهی تعدیل‌کننده اثر خاک (SAVI) با دمای سطح زمین همبستگی منفی و معنی‌دار (0/51- =r) در سطح احتمال یک درصد به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


اصغری سراسکانرود، ص.، و اسدی، ب. (1399). بررسی اثرات کاربری‌های مختلف شهرستان اصفهان بر ایجاد جزایر حرارتی. کاوش‌های جغرافیایی مناطق بیابانی، 8(2)، 217-246.
اصغری سراسکانرود، ص.، و امامی، ه. (1398). پایش دمای سطح زمین و بررسی رابطه کاربری اراضی با دمای سطح با استفاده از تصاویر سنجنده OLI و ETM مطالعه موردی: شهرستان اردبیل). تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 19(53)، 195-215.
اصغری سراسکانرود، ص.، فعال نذیری، م.، و قلعه، ا. (1398). ارتباط کاربری‌های مختلف با دمای سطح زمین مبتنی بر تحلیل خودهمبستگی فضایی (موران) با استفاده از داده‌های تصاویر ماهواره‌ای لندست 8 (OLI) (مطالعة موردی: شهر اردبیل). جغرافیا و برنامه­ریزی محیطی، 30(1)، 93-110.
انتظاری، ع.، امیراحمدی، ا.، علی‎آبادی، ک.، خسرویان، م.، و ابراهیمی، م. (1395). پایش دمای سطح زمین و ارزیابی روند تغییرات کاربری اراضی (مطالعه‌ موردی: حوضه‌ آبخیز دریاچه‌ پریشان). هیدروژئومورفولوژی، 3(8)، 113-139.
انجم‌الشعاع، ف.، مروتی، م.، تازه، م.، و بهادری امجز، ف. (1400). بررسی رابطه جزایر حرارتی با محدوده‌های فضای سبز و آشکارسازی تغییرات آن (مطالعۀ موردی: شهر کرمان). جغرافیا و پایداری محیط، 11(4)، 83-106.
انصاری، م.ر.، و نوروزی، ا. (1400). بررسی تغییرات دمای سطح زمین با کاربری اراضی در کانون گردوغبار جنوب شرق اهواز با استفاده از تصاویر ماهواره لندست 8. تحقیقات آب و خاک ایران،52(7)، 1825-1840.
پیرنظر، م.، روستایی، ش.، فیضی‌زاده، ب.، و رئیسی نافچی، ف. (1397). بررسی درجه حرارت سطح زمین و ارتباط آن با کلاس‌های پوشش کاربری زمین شهری با استفاده از داده‌های سنجنده لندست 8- مطالعه موردی شهر تهران. آمایش جغرافیایی فضا، 8 (29)، 227-240.
جویباری مقدم، ی.، آخوندزاده، م.، و سراجیان، م.ر. (1394). ارائه یک الگوریتم پنجرة مجزا نوین به‌منظور تخمین دمای سطح زمین از داده‌های ماهواره لندست-۸. علوم و فنون نقشه‌برداری، ۵ (۱)، 215-226.
حسین‎زاده، ا.، کاشکی، ع.ر.، کرمی، م.، و جاویدی صباغیان، ر. (1400). برآورد تغییرات دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهواره لندست و الگوریتم‌‌های تک‌پنجره، تک‌کانال و پلانک (مطالعه موردی: دشت بجنورد). پژوهش‌های محیط زیست، 12(23)، 26-13.
خسروی، ی.، حیدری، م.ع.، توکلی، ا.، و زمانی، ع.ع. (1397). تحلیل رابطه تغییرات زمانی دمای سطح زمین و الگوی تغییرات کاربری اراضی (مطالعه موردی: شهر زنجان). برنامه‌ریزی و آمایش فضا، 21(3)، 119-144.
دشتکیان، ک.، و دهقانی، م. ا. (1386). بررسی دمای سطح زمین در ارتباط با پوشش گیاهی و توسعه شهری با استفاده از سنجش از دور و سامانه‌های اطلاعات جغرافیایی در مناطق بیابانی، مطالعه موردی: منطقه یزد-اشکدز. پژوهش و سازندگی در منابع طبیعی، 20(4)، 169-179.
راهداری، و.، سفیانیان، ع.، خواجه الدین، ج.ا.، و ملکی نجف آبادی، س. (1392). بررسی قابلیت داده‌های ماهواره‌ای در تهیه نقشه درصد تاج پوشش گیاهی مناطق خشک و نیمه‌خشک (مطالعه موردی پناهگاه حیات وحش موته). علوم و تکنولوژی محیط زیست، 15(4)، 54-43.
شعبانی، م.، درویشی، ش.، و سلیمانی، ک. (1398). بررسی آثار تغییر کاربری اراضی بر الگوهای زمانی-مکانی دمای سطح زمین و جزایر حرارتی؛ مطالعه موردی شهرستان سقز. جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، 30(1)، 37-54.
عربی علی‌آباد، ف.، زارع، م.، و غفاریان مالمیری، ح.م. (1400). بررسی اثر تغییرات پوشش اراضی بر دمای سطح زمین در دشت یزد. کاوش‌های جغرافیایی مناطق بیابانی، 9(2)، 43-66.
فاطمی، ب.، و رضائی، ی. (1396). مبانی سنجش از دور. انتشارات آزاده، تهران.
فیضی‌زاده، ب.، دیده‌بان، خ.، و غلام نیا، خ. (1395). برآورد دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهواره لندست 8 و الگوریتم پنجره مجزا (مطالعه موردی: حوضه آبریز مهاباد). اطلاعات جغرافیایی سپهر، 25(98)، 171-181.
کاظمی، م.، نفرزادگان، ع.، و محمدی، ف. (1398). بررسی تأثیر تغییرات کاربری های اراضی بر جزایر حرارتی شهر میناب با استفاده از رویکردهای طبقه‌بندی جنگل تصادفی و واکاوی خودهمبستگی فضایی. سنجش‌ازدور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 10(4)، 38-56.
کاکه ممی، ا.، قربانی، ا.، اصغری سراسکانرود، ص.، قلعه، ا.، و غفاری، س. (1399). بررسی رابطه تغییرات کاربری اراضی و پوشش گیاهی با دمای سطح زمین در شهرستان نمین. سنجش از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 11(2)، 27-48.
کریمی فیروز جانی، م.، کیاورز، م.، و علوی‌پناه، س.ک. (1396). پایش و پیش‌بینی شدت جزیره حرارتی شهر بابل با توجه به گسترش شهری و تغییرات کاربری اراضی در بازه زمانی 1394-1364. مهندسی فناوری اطلاعات مکانی، 5(3)، 123-151.
کوشش وطن، م.ع.، و اصغری زمانی، ا. (1400). مطالعه دمای سطح زمین شهر تبریز در رابطه با کاربری اراضی با استفاده از تصویر لندست 8. چشم‌انداز مطالعات شهری و روستایی، 2(3)، 49-58.
محمدپور، ع.، علیجانی، ب.، اکبری، م.، و ضیائیان فیروزآبادی، پ. (1399). تحلیل فضایی ‌و ‌زمانی ‌جزایر‌ گرمایی مناطق شهری‌گرگان. آمایش جغرافیایی فضا، 10(38)، 157-172.
مددی، ع.، قلعه، ا.، عبادی، ا.، و نظافت تکله، ب. (1401). بررسی ارتباط کاربری‌های مختلف با دمای سطح زمین مبتنی بر تحلیل خودهمبستگی فضایی (موران) با استفاده از داده‌های تصاویر ماهواره‌ای لندست (مطالعه موردی: شهرستان کوثر). فضای جغرافیایی، ۲۲ (۷۷)، 99-119.
منصورمقدم، م.، روستا، ا.، زمانی، م.ص.، مختاری، م.ح.، کریمی فیروزجایی، م.، و علوی پناه، س.ک. (1400). مطالعه و پیش‌بینی تغییرات دمای سطح زمین شهر یزد: بررسی اثر مجاورت و تغییرات پوشش اراضی. سنجش ‌از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 12(4)، 1-27.
هادی‌پور، م.، دارابی، ح.، و داودی‌راد، ع. ا. (1398). بررسی جزایر حرارتی شهری و ارتباط آن با شرایط آلودگی هوا و شاخص‌های NDVI و NDBI در شهر اراک. اطلاعات جغرافیایی سپهر، 28(112)، 264-249.
Al Masaodi, J.O., & Al-Zubaidi, H.A.M. (2021). Spatial-temporal changes of land surface temperature and land cover over Babylon Governorate, Iraq. Materials Today: Proceedings, 46(9), 1-10.
Anjomshoa, F., Morovati, M., Tazeh, M., & Bahadori Amjaz, F. (2021). Investigating the Relationship between Thermal Islands and Green Space Areas and Detecting its Changes (Case Study: Kerman City). Geography and Environmental Sustainability, 11(4), 83-106 (in Persian).
Ansari, M., & Norouzi, A. (2021). Investigation of land surface temperature trends relative to land use changes in dust sources of South East Ahwaz Using Landsat 8 Satellite Data. Iranian Journal of Soil and Water Research, 52(7), 1825-1840 (in Persian).
Arabi Ali Abad, F., Zare, M., Ghafarian Malamiri, H. (2021). Effect of land cover changes on land surface temperature in Yazd plain, Iran. The Journal of Geographical Research on Desert Areas, 9(2), 43-66 (in Persian).
Asaf Abir, F., & Saha, R. (2021). Assessment of land surface temperature and land cover variability during winter: A spatio-temporal analysis of Pabna municipality in Bangladesh. Environmental Challenges, 4, 1-12.
Asghari Sarasekanrood, S., & Asadi, B. (2021). Analysis of land use changes and their effects on the creation of thermal islands in Isfahan City. Geographical Research on Desert Areas, 8(2), 217-246 (in Persian).
Asghari Saraskanroud, S., & Emami H. (2019). Monitoring the earth surface temperature and relationship land use with surface temperature using of OLI and TIRS Image. Geographical Sciences, 19(53), 195-215 (in Persian).
Asghari Saraskanroud, S., Faal Naziri, M., & Ghale, E. (2019). The Relationship of Different Land Uses with Land Surface Temperature based on Spatial Correlation (Moran) Analysis Using Landsat 8 Satellite Images (OLI) (Case Study: Ardebil City). Geography and Environmental Planning, 30(1), 93-110 (in Persian).
Choudhury, D., Das, K., & Das, A. (2019). Assessment of land use land cover changes and its impact on variations of land surface temperature Asansol-Durgapur Development Region. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Sciences, 22(2), 203-218.
Das, N., Mondal, P., Sutradhar, S., & Ghosh, R. (2021). Assessment of variation of land use/land cover and its impact on land surface temperature of Asansol subdivision. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Sciences, 24(1), 131-149.
Dashtakian, K., & Dehghani, M.A. (2008). Land surface temperature analysis of desert area in relation with vegetation and urban development using RS and GIS (Case study: Yazd-Ashkezar area. Pajouhesh va Sazandegi, 20(4), 169-179 (in Persian).
Entezari, A., Amir Ahmadi, A., Aliabadi, K., Khosravian, M., & Ebrahimi, M. (2016). Monitoring land surface temperature and evaluating change detection land use (Case studu: Parishan lake basin). Hydrogeomorpholohy, 3(8), 113-139 (in Persian).
Fatemi, S.B., & Rezaei, Y. (2018). Principles of Remote Sensing. Azade Press, Tehran (in Persian).
Feizizadeh, B., Didehban, K., & Gholamnia, K. (2016). Extraction of land surface temperature (LST) based on Landsat satellite images and split window algorithm (study area: Mahabad catchment). Scientific- Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR), 25(98), 171-181 (in Persian).
Hadipour, M., Darabi, H., & Davudirad, A. (2020). Investigating urban heat islands (UHI) and the irrelation with air pollution, NDVI and NDBI in Arak using RS techniques. Scientific- Research Quarterly of Geographical Data (SEPEHR), 28(112), 249-264 (in Persian).
Hoseinzadeh, A., Kashki, A., Karami, M., & Javidi Sabaghian, R. (2021). Estimating land surface temperature changes using Landsat satellite imagery and three algorithms, mono window, single channel and Planck, Case study of Bojnourd Plain. Environmental Researches, 12(23), 13-26 (in Persian).
Huete, A. (1988). A soil-adjusted vegetation index (SAVI). Remote Sensing of Environment, 25(3), 295–309.
Jimenez-Muñoz, J.C., & Sobrino, J.A. (2010). Split-window coefficients for land surface temperature retrieval from low-resolution thermal infrared sensors. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 5, 806–809.
Jouybari, Y., Moghaddam, M., Akhoondzadeh, M. R., & Saradjian, M.R. (2015). A split-window algorithm for estimating LST from Landsat-8 satellite images. Journal of Geomatics Science and Technology, 5(1), 215-226 (in Persian).
Kakehmami, A., Ghorbani, A., Asghari Sarasekanrood, S., Ghale, E., & Ghafari, S. (2020). Study of the relationship between land use and vegetation changes with the land surface temperature in Namin County. Journal of RS and GIS for Natural Resources, 11(2), 27-48 (in Persian).
Karimi Firozjaei, M., Kiavarz Mogaddam, M., & Alavi Panah, S.K. (2017). Monitoring and predicting spatial-temporal changes heat island in Babol city due to urban sprawl and land use changes. Journal of Geospatial Information Technolohy, 5(3), 123-151 (in Persian).
Kazemi, M., Nafarzadegan, A., & Mohammadi, F. (2019). Studying changes in heat islands and land uses of the Minab city using the random forest classification approach and spatial autocorrelation analysis. Journal of RS and GIS for Natural Resources, 10(4), 38-56 (in Persian).
Khosravi, Y., Heidari, M.A., & Tavakoli, A. (2017). Analyzing of the relationship between land surface temperature; temporal changes and spatial pattern of land use changes. Journal of Spatial Planning, 21(3), 119-144 (in Persian).
Koushesh Vatan, M., & Asghari Zamani, A. (2021). Study of land surface temperature concerning land-use in Tabriz city using the Landsat 8 data. Journal of Economic geography research, 2(3), 49-58 (in Persian).
Kumari, M., Sarma, K., & Sharma, R. (2019). Using Moran's I and GIS to study the spatial pattern of land surface temperature in relation to land use/cover around a thermal power plant in Singrauli district, Madhya Pradesh, India. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 15, 1-6.
Liu, L., & Yuanzhi, Z. (2011). Urban heat island analysis using the landsat tm data and aster data: a case study in hong kong. Remote Sensing, (3), 1535-1552.
Madadi, A., Ghale, E., Ebadi, E., Nezafat, B. (2022). Investigating the relationship between different uses with Earth's surface temperature based on spatial autocorrelation analysis using Landsat satellite image data (Case study: Kosar county. Geographic Space, 22(77), 99-119 (in Persian).
Mansourmoghaddam, M., Rousta, I., Zamani, M., Mokhtari, M., Karimi Firozjaei, M., & Alavipanah, S. (2021). Study and prediction of land surface temperature changes of Yazd city: assessing the proximity and changes of land cover. Journal of RS and GIS for Natural Resources, 12(4), 1-27 (in Persian).
mohammadpour, A., Alijani, B., Akbary, M., & Zeaiean Firouzabadi, P. (2021). Spatial and temporal analysis of the thermal islands of Gorgan urban areas. Geographical Planning of Space, 10(38), 157-172 (in Persian).
Njoku, E.A., & Tenenbaum, D.E. (2020). Using Moran's I and GIS to study the spatial pattern of land surface temperature in relation to land use/cover around a thermal power plant in Singrauli district, Madhya Pradesh, India. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 27, 1-18.
Pirnazar, M., Rostaii, S., Feyzizadeh, B., & Raisi, F. (2018). Calculating the earth surface temperature and its relation to urban land cover classes by Landsat 8 data (case study: Tehran city). Geographical Planning of Space, 8(29), 227-240 (in Persian).
Rahdari, V., Soffianian, A., Khajaldin., S.J., & Maleki Najafabadi, S. (2014). Identification of satellite image ability for vegetation cover crown percentage mapping in arid and semi arid region (case study: Mouteh wild life sanctuary). Journal of environmental Science and Technology, 15(4), 43-54 (in Persian).
Rani, S., & Mal, S. (2022). Trends in land surface temperature and its drivers over the High Mountain Asia. The Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Sciences, 25, 717-729.
Rashid, N., Mostahidul Alam, J.A.M., Arif Chowdhury, M., & Ul Islam, S.L. (2022). Impact of landuse change and urbanization on urban heat island effect in Narayanganj city, Bangladesh: A remote sensing-based estimation. Environmental Challenges, 8, 1-11.
Rogan, J., Ziemer, M., Martin, D., Ratick, S., Cuba, N., & DeLauer, V. (2013). The impact of tree cover loss on land surface temperature: A case study of central Massachusetts using landsat thematic mapper thermal data. Applied Geography Journal, 45, 49-57.
Rongali, G., Keshari, A.K., Gosain, A.K., & Khosa, R. (2018). Split-window algorithm for retrieval of land surface temperature using Landsat 8 thermal infrared data. Journal of Geovisualization and Spatial Analysis, 2(14), 1-19.
Sekertekin, A., & Zadbagher, E. (2021). Simulation of future land surface temperature distribution and evaluating surface urban heat island based on impervious surface area. Ecological Indicators, 122, 1-11.
Shabani, M., Darvishan, S., & Solaimani, K. (2019). Investigating the effects of land use change on spatiotemporal patterns of land surface temperature and thermal islands (Case study: Saqqez County). Geography and Environmental Planning, 30(1), 37-54 (in Persian).
Sobrino, J., & Jimenez-Munoz, J. (2014). Minimum configuration of thermal infrared bands for land surface temperature and emissivity estimation in the context of potential future mission. Remote Sensing Environment, 148, 158–167.
Tucker, C.J. (1979). Red and photographic infrared linear combinations for monitoring vegetation. Remote Sensing of Environment, 8, 127–150.
Umar, U.M., & Kumar, J.S. (2014). Spatial and temporal changes of urban heat island in Kano metropolis, Nigeria. International Journal of Research in Engineering Science and Technology, 1(2), 20-28.
Worku, G., Teferi, E., & Bantider, A. (2021). Assessing the effects of vegetation change on urban land surface temperature using remote sensing data: The case of Addis Ababa city, Ethiopia. Remote Sensing Applications: Society and Environment, 22, 1-14.