ارزیابی تغییرات کاربری اراضی و تأثیر آن بر آلبیدوی سطحی و دمای سطح زمین مطالعه موردی: شهرهای ساری تا چالوس
محورهای موضوعی : اقلیم شناسی
عباس ابراهیمی
1
(دانشجوی دکتری اقلیم شهری، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نور، ایران)
طاهر صفرراد
2
(استادیار گروه جغرافیا وبرنامه ریزی شهری، دانشکده علوم انسانی و اجتماعی، دانشگاه مازندران، ایران)
غلامرضا جانبازقبادی
3
(استادیار اقلیم شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه آزاد اسلامی واحد نور، ایران.)
کلید واژه: دمای سطح زمین, تغییر کاربری اراضی شهری, آلبیدوی سطحی,
چکیده مقاله :
تغییر کاربری اراضی شهرها منجر به تغییر آلبیدو و دمای سطح‌زمین می‌شود. آلبیدو سطحی نقش مهمی در بودجه انرژی سطح زمین و اقلیم ایفا می‌کند. این مقاله تغییرات کاربری اراضی و تأثیر آن بر آلبیدو و دمای سطح‌زمین را بررسی می‌کند. بدین منظور از ۳ تصویر ماهواره‌ای لندست ۵ و ۸ برای ماه آگوست، سال‌های ۱۹۹۸،۲۰۱۰ و ۲۰۱۷ محدوده شهرهای ساری تا چالوس استفاده شد. ویژگی‌های حرارتی شهری با بررسی روابط بین دمای سطح زمین (LST) و شاخص تفاوت نرمال شده پوشش گیاهی (NDVI) و شاخص تفاوت نرمال شده مناطق ساخته‌شده (NDBI) تجزیه‌وتحلیل شد. ارتباط معکوس و معنادار بین دمای سطح زمین و شاخص پوشش گیاهی و ارتباط مستقیم و معنادار بین دمای سطح زمین با هر یک از متغیرهای آلبیدو (Albedo) و شاخص اراضی ساخته‌شده نشان داده شد. طی سال های 1978 تا 2017، اراضی انسان‌ساخت که سطوح نفوذناپذیر را شکل می‌دهند جایگزین سطوح طبیعی و نفوذپذیر شده‌اند به عبارت دیگر کاهش شاخص پوشش گیاهی و افزایش شاخص اراضی ساخته‌شده و آلبیدو در منطقه مورد مطالعه مشاهده شده است تغییرات رخ‌داده در پوشش سطح زمین به‌صورت افزایش دمای سطح زمین در شهرها نمود پیداکرده است. ارتباط بین تفاوت نرمال شده پوشش گیاهی و دمای سطح زمین نسبتاً ضعیف است، اما همبستگی مثبت و قوی بین آلبیدو، اراضی ساخته‌شده و دمای سطح زمین وجود دارد. افزایش اراضی ساخته‌شده با افزایش آلبیدو و افزایش دمای سطح زمین هم‌راستا بوده است. افزایش ساخت‌وساز در شهرها به‌واسطه افزایش سطوح نفوذناپذیر منجر به افزایش آلبیدو و متعاقب آن افزایش دمای سطحی شده است.
Land use change in cities leads to changes in surface temperature and surface albedo. Surface albedo plays an important role in land surface energy budget and climate. This article examines the land use changes and its effect on the surface albedo and surface temperature. For this purpose, 3 satellite images of Landsat 5 and 8 were used for August, 1998, 2010 and 2017 in the area of Sari to Chalus cities. The Sabal algorithm was used to extract the surface temperature and surface albedo. Urban thermal characteristics were analyzed by examining the relationships between land surface temperature (LST) and two indices, Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Normalized Difference Built-Up Index (NDBI). The results of this research confirm the inverse and significant relationship between LST and NDVI and the direct and significant relationship between LST and each of the variables Albedo and NDBI. On the other hand, during the years 1978 to 2017, built-Up area that form impervious surfaces have been replaced by natural and permeable surfaces, in other words, a decrease in NDVI and an increase in NDBI and Albedo have been observed in the studied area. The surface of the earth has been manifested in cities. Also, the correlation between NDVI and LST is rather weak, but there is a strong positive correlation between albedo, NDBI and LST. The increase in construction in cities has led to an increase in albedo and the subsequent increase in surface temperature due to the increase in impervious surfaces.
1- اسکندری دامنه، هادی، اسکندری دامنه، حامد، چراغی، میثم، خسروی، حسن، و عادلی ساردوئی، محسن. (1400): تأثیر تغییرات کاربری اراضی بر تشکیل جزایر گرمایی با استفاده از سنجش‌ازدور (مطالعۀ موردی: شهر کرمان). نشریه محیط زیست طبیعی، 74(3), 614-628
. DOI: 1022059/jne.2022.327993.2258
2- غفاریان مالمیری، حمیدرضا، عربی علی آباد، فهیمه. (1399): برآورد آلبیدوی سطح زمین در کاربری ها مختلف اراضی در دشت یزد- اردکان. مطالعات علوم محیط زیست، 5(1), 2394-2403.
3- درخشی، جعفر، سبحانی، بهروز، اصغری، صیاد. (1399): ارزیابی روند تغییرات کاربری اراضی و تأثیر آن بر آلبیدوی سطحی و دمای سطح زمین در حوضۀ آبخیز اهر چای. فصلنامه جغرافیا و آمایش شهری- منطقه‌ای، 10(37), 123-142.
DOI: 10.22111/gaij.2020.5951
4- شعبانی، مرتضی، درویشی، شادمان، و سلیمانی، کریم. (1398): بررسی آثار تغییرات کاربری اراضی بر الگوهای زمانی - مکانی دمای سطح زمین و جزایر حرارتی؛ مطالعة موردی: شهرستان سقز. جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی، 30(1), 37-54.
DOI: 1022108/gep.2019.115781.1127
5- ساعدپناه، مهین، امان اللهی، جمیل، و قربانی، فرشید. (1400): بررسی تأثیر تغییرات کاربری اراضی بر دمای سطح زمین در مناطق سرد و نیمه خشک (مطالعه موردی: بخش مرکزی شهرستان سنندج). نشریه محیط زیست طبیعی، 74(1), 69-82.
DOI: 10.22.59/jne.2021.314242.2121
6- نادی‌زاده شورابه، سامان، حمزه، سعید، کیاورز، مجید، و افشاری‌پور، سید کریم. (1397): بررسی تغییرات مکانی-زمانی کاربری اراضی، گسترش شهری و تأثیر آن بر افزایش دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر چندزمانة لندست (مطالعة موردی: شهر گرگان). پژوهش‌های جغرافیای برنامه‌ریزی شهری، 6(3), 545-568. DOI: 1022059/jurbangeo.2018.262673.945
7- Achour, H., Toujani, A., Rzigui, T., Faïz, S., (2018): Forest Cover In Tunisia Before And After The 2011 Tunisian Revolution: A Spatial Analysis Approach. J. Geovis. Spat. Anal. 2, 10.
8- Akbari, H., H. Damon Matthews, Et Al. (2012): "The Long-Term Effect Of Increasing The Albedo Of Urban Areas." Environmental Research Letters 7(2): 024004.
9- Allen, R. G, Tasumi, M, Trezza, R, & Bastiaanssen, W. G. M. (2002): SEBAL (Surface Energy Balance Algorithms For Land). Advance Training And User's Manual–Idaho Implementation, Version, 1, 97.
10- Benas, N. And N. Chrysoulakis (2014): Estimation Of Land Surface Albedo Time Series And Trends Based On MODIS Data, SPIE.
11- Blok, D., Schaepman-Strub, G., Bartholomeus, H., Heijmans, M.M., Maximov, T.C., Berendse, F., (2011): The Response Of Arctic Vegetation To The Summer Climate: Relation Between Shrub Cover, NDVI, Surface Albedo And Temperature. Geophys. Res. Lett. 6 (3), 035502.
12- Bonan, G. B., (2008): “Forests And Climate Change: Forcings, Feedbacks, And The Climate Benefits Of Forests,” Science 320,1444–1449 .
13- Bounoua, L., Collatz, G., Los, S., Sellers, P., Dazlich, D., Tucker, C., Et Al., (2000): Sensitivity Of Climate To Changes In NDVI. J. Clim. 13, 2277–2292.
14- Chander, G., Markham, B., (2003): Revised Landsat-5 TM Radiometric Calibration Procedures And Postcalibration Dynamic Ranges. IEEE Transactions On Geoscience And Remote Sensing 41 (11), 2674–2677.
15- Dickinson, R. E., (1983):"Land Surface Processes And Climate Surface Albedos And Energy Balance", Adv Geophys 25, 305353 .
16- Evans, J.P., Meng, X., Mccabe, M.F., (2017): Land Surface Albedo And Vegetation Feedbacks Enhanced The Millennium Drought In South-East Australia. Hydrol. Earth. Syst. Sc. 21, 409–422.
17- Foody G., Curran P. J., (1994):“Environmental Remote Sensing From Regional To Global Scales“, Wiley, New York, 149–166 .
18- Ghorbanian, A., Kakooei, M., Amani, M., Mahdavi, S., Mohammadzadeh, A., & Hasanlou, M. (2020): “Improved Land Cover Map Of Iran Using Sentinel Imagery Within Google Earth Engine And A Novel Automatic Workflow For Land Cover Classification Using Migrated Training Samples”. ISPRS Journal Of Photogrammetry And Remote Sensing, 167, 276-288. Doi:10.1016/J.Isprsjprs.2020.07.013
19- Guojin Pang, Deliang Chen, Xuejia Wang, Hui-Wen Lai,(2021): Spatiotemporal Variations Of Land Surface Albedo And Associated Influencing Factors On The Tibetan Plateau, Science Of The Total Environment, Volume 804, 2022, 150100, ISSN 0048 9697,Https://Doi.Org/10.1016/J.Scitotenv.2021.150100.
20- Ian A. Smith, M. Patricia Fabian, Lucy R. Hutyra, (2023): Urban Green Space And Albedo Impacts On Surface Temperature Across Seven United States Cities, Science Of The Total Environment, Volume 857, Part 3, 159663, ISSN 0048-9697,
Https://Doi.Org/10.1016/J.Scitotenv.2022.159663. (Https://Www.Sciencedirect.Com/Science/Article/Pii/S0048969722067638)
21- J. Wang, W. Zhou, P. Sta, W. Yu, W. Li, (2019), A Multiscale Analysis Of Urbanization Effects On Ecosystem Services Supply In An Urban Megaregion, Sci. Total Environ. 662 824–833, Https://Doi.Org/10.1016/J.Scitotenv.2019.01.260.
22- Kendall, MG. (1975): Rank Correlation Methods, 4th Edition, Charles Griffin, London. 410 P.
23- Liu, X., Jr, & Lathrop, R. G. (2002): Urban Change Detection Based On An Artificial Neural Network. International Journal Of Remote Sensing, 23, 2513–2518. A.M
24- Rizwan, L.Y. Dennis, C. Liu, (2008): A Review On The Generation, Determination And Mitigation Of Urban Heat Island, J. Environ. Sci. 20 120–128, Https://Doi. Org/10.1016/S1001-0742(08)60019-4, 001
25- Mahmood, R., Pielke Sr., R. A., Hubbard, K.G., Niyogi, D., Dirmeyer, P.A., Mcalpine, C., Et Al., (2014): Land Cover Changes And Their Biogeophysical Effects On Climate. Int. J. Climatol. 34, 929–953.
26- N.B. Grimm, S.H. Faeth, N. E. Golubiewski, C. L. Redman, J. Wu, X. Bai, J. M. Briggs, (2008): Global Change And The Ecology Of Cities, Science 319 (5864), 756–760, Https://Doi.Org/10.1126/Science.1150195.
27- Oleson K.W., Bonan G.B., Schaaf C., Gao F., Jin J., Strahler A., (2003): “Assessment Of Global Climate Model Land Surface Albedo Using MODIS Data,” Geophysical Research Letters 30 (8), 1443 .
28- Purevdorj, T.S., Tateishi, R., Ishiyama, T., Honda, Y., (1998): Relationships Between Percent Vegetation Cover And Vegetation Indices. International Journal Of Remote Sensing 19 (18), 3519–3535.
29- Schaepman-Strub, G., Schaepman, M. E., Painter, T. H., Dangel, S. And Martonchik, J. V., (2006): "Reflectance Quantities In Optical Remote Sensing-Definitions And Case Studies", Remote Sens Environ 103(1), 27-42 .
30- Shuai, Y., Masek, J. G., Gao, F. And Schaaf, C. B., (2011): "An Algorithm For The Retrieval Of 30-M Snow-Free Albedo From Landsat Surface Reflectance And MODIS BRDF", Remote Sens Environ 115, 2204-2216
31- Shweta Sharma, Ajai, A.S. Kiran Kumar, (2017), Effect Of Urban Surface Albedo Enhancement In India On Regional Climate Cooling, Remote Sensing Applications: Society And Environment, Volume 8, 2017, Pages 193198, ISSN 23529385, Https://Doi.Org/10.1016/J.Rsase.2017.09.004. (Https://Www.Sciencedirect.Com/Science/Article/Pi/S2352938516300829)
32- Sobrino J, Raissouni N. (2000): Toward Remote Sensing Methods For Land Cover Dynamic Monitoring: Application To Morocco. International Journal Of Remote Sensing, 21(2):353-366.
33- Snyder, W.C., Wan, Z., Zhang, Y., Feng, Y.Z., (1998): Classification Based Emissivity For Land Surface Temperature Measurement From Space. International Journal Of Remote Sensing 19, 2753–2774.
34- Taha H. (1997): Urban Climates And Heat Islands: Albedo, Evapotranspiration, And Anthropogenic Heat, Energy And Buildings, 25(2):99-103.
35- United Nations Population Division, (2018-2019): World Urbanization Prospects 2018, 2019. Https://Population.Un.Org/Wup/Download. (Accessed 2 April 2021).
36- Wang, S., Trishchenko, A.P., Khlopenkov, K.V., Davidson, A., (2006): Comparison Of International Panel On Climate Change Fourth Assessment Report Climate Model Simulations Of Surface Albedo With Satellite Products Over Northern Latitudes. J. Geophys. Res. Atmos. 111, 1–17.
37- Weng Q. (2003): Fractal Analysis Of Satellitedetected Urban Heat Island Effect, Photogrammetric Engineering And Remote Sensing, 69(5):555-566.
38- Weng Q. (2009): Thermal Infrared Remote Sensing For Urban Climate And Environmental Studies: Methods, Applications, And Trends, ISPRS Journal Of Photogrammetry And Remote Sensing, 64(4):335-344.
39- Yuan, F., Sawaya, K.E., Loeffelholz, B.C., Bauer, M.E., (2005): Land Cover Mapping And Change Analysis In The Twin Cities Metropolitan Area With Landsat Remote Sensing. Remote Sensing Of Environment 98 (2–3), 317–328.
40- Zeng, Z.,Wang, D., Yang, L., Wu, J., Ziegler, A.D., Liu, M., Et Al., (2021): Deforestation-Induced Warming Over Tropical Mountain Regions Regulated By Elevation. Nat. Geosci. 14, 23–29.
41- Zha, Y., Gao, J., Ni, S., (2003): Use Of Normalized Difference Built-Up Index In Automatically Mapping Urban Areas From TM Imagery. International Journal Of Remote Sensing 24 (3), 583–659.
42- Zhou, L., Dickinson, R. E., Tian, Y., Zeng, X., Dai, Y., Yang, Z. L., Et Al., (2003): Comparison Of Seasonal And Spatial Variations Of Albedos From Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) And Common Land Model. J. Geophys. Res. Atmos. 108 (D15), 4488.
43- Zoran, M., A. Dida, Et Al. (2015): Impact Of Climate And Anthropogenic Changes On Urban Surface Albedo Assessed From Time-Series MODIS Satellite Data, SPIE
_||_