بررسی جزیره حرارتی شهر مشهد با استفاده از تصاویر ماهواره ای و نظریه فرکتال
بررسي جزيره حرارتي شهر مشهد با استفاده از تصاوير ماهواره اي و نظريه فركتال
دكترمحمد موسوي بايگي
1 دانشيار هواشناسي، دانشگاه فردوسي مشهد، ايرانبتول اشرف دانشجوي دكتراي هواشناسي كشاورزي، دانشگاه فردوسي مشهد، ايران
دكتر عليرضا فريد حسيني استاديار منابع آب، دانشگاه فردوسي مشهد، ايران
آمنه ميان آبادي دانشجوي دكتراي هواشناسي كشاورزي، دانشگاه فردوسي مشهد، ايران
چكيده
رشد جمعيت و توسعه شهرنشيني يكي از عوامل مؤثر بر افزايش دماي هوا در نواحي شهري است كه و
موجب ايجاد جزيره حرارتي بر روي اين مناطق در مقايسه با محيط اطراف ميشود و اثرات ناشي از آن مي
-تواند نقشي اساسي و مهم در كيفيت هوا داشته و به تبع آن، سلامت عمومي ايفا كند
. در اين پژوهش، تصاويرماهواره لندست هفت در تاريخ
6 اگوست ETM+ ماهواره لندست پنج در تاريخ 25 ژوئيه 1992 و TM2002
براي بررسي جزيره حرارتي شهر مشهد مورد بررسي قرار گرفته و نقشه هاي دما و كاربري اراضي بااستفاده از آن ها تهيه شده است
. براي بررسي بهتر اين پديده، نيمرخهايي در جهت شمالي - جنوبي ، شرقي -غربي و شمال غربي
- جنوب شرقي در نظر گرفته شده است. علاوه بر اين براي داشتن درك بهتري از رفتارحرارتي پوششهاي مختلف و اثرات الگوي فضاي سبز بر دماي محيط، بعد فركتالي اين نيمرخها با استفاده از
روش تقسيم كننده، محاسبه گرديده است
. نتايج نشان داده دماي تابشي سطح مشهد به طور كلي در طي دهه1992
تا 2002 افزايش داشته است و اين افزايش در مناطق مسكوني چشمگيرتر است . نقشه هاي كاربرياراضي نيز نشان مي دهند مناطق مسكوني در سال
2002 نسبت به سال 1992 توسعه يافته و بسياري ازپوشش هاي گياهي از بين رفته و اين مطلب توسط بعد فركتالي محاسبه شده نيز مورد تأييد قرار گرفت ه است
.نتايج همچنين نشان داده نيمرخ شمال غربي
- جنوب شرقي به علت گسترش بيشتر شهر و عدم يكنواختيسطوح، نسبت به ساير نيمرخ ها بعد فركتالي بيشتري دارد
.نقشه كاربري اراضي، بعد فركتالي، ،
ETM+ و TM كليدواژه ها: جزيره حرارتي، ماهواره لندست، تصاويرروش تقسيم كننده
.Email: [email protected]
-1 نويسنده مسوول: 0915316731136
مجلّه جغرافيا و مخاطرات محيطي شماره اولمقدمه
است
. اين « جزيره حرارتي » يكي از مخاطرات محيطي نوظهور، كه ناشي از گسترش شهرنشيني است، پديدهپديده هنگامي شكل ميگيرد كه درصد زيادي از پوششهاي طبيعي سطحي از بين مي روند و جاي خود را به
190 ).
اين مسئله باعث : ساختمانها، جادهها و ساير تأسيسات شهري ميدهند(موسوي بايگي و همكاران، 2010مي شود تابش خورشيدي ورودي در طي روز در لابه لاي ساختار شهري به دام بيفتد و در هنگام شب بازتابش
شود، درنتيجه فرآيند سرد شدن طبيعي سطح زمين در طي شب با سرعت كمتري اتفاق مي افت د؛ بنابراين دماي
769 ) .
اين اختلاف :1973 ، هواي شهرها به طور معمول از دماي هوا در مناطق حومه شهر بالاتر خواهد بود (آكه 1دما گاهي به
5 تا 6 درجه سلسيوس مي رسد و حتي در شب هاي آرام و صاف در شهرهاي بزرگ در حدود 6 تا 8358 ).
بنابراين شدت جزيره حرارتي به :1987 ، درجه سلسيوس نيز گزارش شده است (باري 2 و چور لي 3سيستم هاي هواشناسي حاكم بستگي داشته و در شب هاي آرام
(بدون باد) و صاف داراي بيشترين مقدار خود3886
؛ مونتاوس 7 و همكاران، 2000 : 1999 ، 328 ؛ كلايسيك 5 و فورتونياك 6 : است (ياگ 4 و همكاران، 1991.
(890:، واژه جزيره حرارتي براي اولين بار حدود يك قرن قبل و در سال
1833 توسط هاوارد 8 مطرح شد (سولك 910 ).
پس از آن پژوهش هاي متعددي در شهرهاي بزرگ و صنعتي جهان انجام گرفت كه نتايج آنها بيانگر : 2004اين است كه شهرنشيني موجب ايجاد تغييرات قابل ملاحظه بر روي پارامترهاي هواشناسي و ويژگيهاي سطح
؛
1069: 1974 ، زمين شده و به تبع آن تغييرات زيادي در وضع هوا و اقليم محلي به وجود آورده است. (آتواتر 10475
؛ تومانوف 16 و همكاران، : 1997 ، 191 ؛ بايك 14 و چان 15 : 1995 ، 89 ؛ كاتن 12 و پيلك 13 : 1981 ، چانون 11.(4180: 1999
1 Oke
2 Barry
3 Chorely
4 Yague
5 Klysik
6 Fortuniak
7 Montaves
8 Haward
9 Solecke
10 Atwater
11 Changnon
12 Cotton
13 Pielke
14 Baik
15 Chun
16 Tumanov
سال اول بررسي جزيره حرارتي شهر مشهد با استفاده از تصاوير ماهوار هاي
... 3720 )
در مطالعات خود به اين نتيجه رسيد كه اثر جزيره حرارتي بر روي دما بيش از ساير كميت - : آكه ( 1982هاي هواشناسي است
. وي همچنين بيان كرد كه در يك آسمان صاف، وزش باد ضعيف و وجود يك واچرخند،ميتواند شرايط مناسبي را براي ايجاد يك جزيره حرارتي نسبتاً شديد ايجادكند
. در مطالعه اي كه در لندن طيسالهاي
1931 تا 1960 انجام شد، تغييرات سالانه دماي هوا مورد بررسي قرار گرفت و ميانگين سالانه دماي9
درجه سلسيوس گزارش شد كه اين / 10 و در نواحي روستايي اطراف 6 / هواي اين شهر 11 ، دماي حومه شهر 3358 ).
در مطالعه ديگري كه : تفاوت دما وقوع جزيره حرارتي را در اين شهر اثبات نمود (باري و چورلي، 19872
ماهواره لندست 3 استخراج شد و TM در پكن چين انجام شد، مقادير دماي تابش سطح زمين 1 از يك تصوير1738 )
با تحليل : 2006) 22 ). ولازكوز 5 : 2002 ، ايجاد جزيره حرارتي در اين شهر مورد تأييد قرار گرفت (ژائو 4تفاوت دماي هواي شهر ساحلي سن ژوان
6 در پورتوريكو 7 و اطراف آن، نشان داد جزيره حرارتي اين منطقه از 402
درجه سلسيوس افزايش يافته / 0 درجه سلسيوس در سال و در مجموع 40 سال 4 / 40 سال گذشته با سرعت 06197 )
با استفاده از داده هاي دما و ازن سطحي در يك دوره آماري : است. موسوي بايگي و همكاران ( 2010بلندمدت، وقوع جزيره حرارتي را در كلان شهر تهران مورد بررسي قرار دادند
. نتايج مطالعات آ نها نشان داد ميزانازن و نيز دماي هوا در تهران داراي روند افزايشي بوده و ميزان افزايش دماي كمينه نسبت به ميزان افزايش دماي
9
ماهواره لندست در دوره ETM+ و TM 144 ) از تصا وير : بيشينه، بيشتر است. ژائولينگ 8 و همكاران ( 2006زماني
1990 تا 2000 براي بررسي پوشش گياهي يكي از كلان شهرهاي چين استفاده كرده و وقوع پديده جزيرهحرارتي را در منطقه مورد مطالعه به اثبات رساندند
. در مطالعهاي كه در يك منطقه خشك و نيمه گرمسيري آمريكا انجاممورد بررسي قرار گرفت و نتايج نشاندهنده شدت بيشتر آن
ASTER شد، اين پديده با استفاده از تصاوير ماهوارهاي198 ).
تحقيقات محققين ديگر در شهرهاي آريزونا 11 و : در طول شب نسبت به روز بود (هارتز 10 و همكاران، 2006توسان
12 آمريكا نشان داد بادهاي محلي ترازهاي پايين جو به طور چشمگيري اثر اين پديده را از بين مي برند و همچنين1 Surface Radiation Temperature
2 Thermatic Mapper Image
3 Landsat
4 Xiao
5 Velazquez
6 San Juan
7 Puerto Rico
8 Xiao-Ling
9 Enhanced Thermatic Mapper Plus Image
10
Hartz11 Arizona
12 Tucson
38
مجلّه جغرافيا و مخاطرات محيطي شماره اول.
(428: 2000 ، در صورت ريزش هواي سرد از دره هاي مجاور، امكان ايجاد جزيره حرارتي وجود ندارد (كامري 1مطالعات صورت گرفته در شهر سئول نشان داد بيشترين مقدار جزيره حرارتي در پاييز و زمستان و كمترين مقدار آن در
657 ).
در سنگاپور نيز تحقيقي درباره اثر فضاي سبز و پوشش گياهي : 2001 ، بهار و تابستان رخ ميدهد (كيم 2 و بايك 3.(556 : 2005
، گياهي براي كاهش اثرات اين پديده انجام شد (وانگ 4 و يو 5هدف از اين پژوهش، با توجه به اهميت جزيره حرارتي و اثرات زيانبار آن بر روي محيط زيست و سلامت عموم ،
بررسي وقوع اين پديده در شهر مشهد به عنوان يكي از كلان شهرهاي ايران، است
. به اين منظور در اين پژوهش ازتصاوير ماهواره اي و نظريه فركتالها استفاده شده است
. تغييرات با فركانس بالا در سطوح مكاني، ناشي از خصوصياتطيفي مختلف پوششهاي متفاوت زمين است
. انتشار تابش از سطح زمين، كه توسط حسگرهاي مادون قرمز حرارتي.(189: 1990
، (شامل حسگرهاي توپوگرافيكي و غير توپوگرافيكي) ثبت مي گردد، اين تغييرات را نشان مي دهد (لام 6بنابراين سطوح مكاني توصيف شده به وسيله تصاوير مادون قرمز حرارتي داراي ويژگي هايي فركتالي هستند كه فركانس
-هاي توپوگرافيكي و غير توپوگرافيكي را تركيب ميكند
. به اين ترتيب استفاده از فركتال ها براي تحليل تصاوير مادون قرمزحرارتي، به خوبي ميتواند رفتار حرارتي انواع پوششهاي مختلف زمين و اثر الگوي فضاي سبز بر فرآيندهاي حرارتي
محيط را نشان دهد
. تحقيقات بسياري درزمينه استفاده از فركتالها براي بررسي پيچيدگي پوششهاي مختلف سطح زمينلندست انجام شده است كه همه آنها به اين نتيجه رسيدند در مناطق شهري بعد فركتالي، بالاتر از
TM با استفاده از تصاوير59
؛ كيو 9 و همكاران، 1999 : 194 ؛ امرسون 8 و همكاران، 1999 : 608 ؛ لام، 1990 : 1989 ، مناطق حومه شهر است (دكولا 7.(560: 2003
، 69 ؛ ونگ 10 : 1999مواد و روشها
36
شمالي 59 شرقي و״ 45 ׳ 17 منطقه مورد مطالعه در اين پژوهش كلان شهر مشهد با مختصات جغرافيايي״ 43 ׳ 36است
. شكل ( 1) موقعيت مشهد را نشان مي دهد.1 Comrie
2 Kim
3 Baik
4 Wong
5 Yu
6 Lam
7 De Cola
8 Emerson
9 Qiu
10 Weng
سال اول بررسي جزيره حرارتي شهر مشهد با استفاده از تصاوير ماهوار هاي
... 39شكل
1 موقعيت شهر ستان مشهد در ايران و خراسان رضوياين شهر به دليل قرار گرفتن در مسير توده هاي مختلف آب و هوايي داراي شرايط اقليمي خاصي بوده و تنوع اقليمي
14
درجه / 257 ميليمتر و 1 / ويژهاي دارد. با وجود اين امر و با توجه به ميانگين بارش و دماي سالانه مشهد (به ترتيب 5سلسيوس
)، اقليم اين منطقه به روش طبقهبندي اقليمي دومارتن، در گروه مناطق نيمه خشك قرار مي گيرد.بر اساس اطلاعات آمار سرشماري نفوس و مسكن
1385 (مركز آمار ايران، 1386 )، مشهد به عنوان دومين كلان شهرايران داراي جمعيتي بالغ بر
2410800 نفر است. ساخت و سازهاي بي رويه ناشي از افزايش جمعيت كه در سال ها ياخير با شدت بيشتري صورت گرفته، باعث شده است امروزه بسياري از مناطق حومه شهر مسكوني شده و ساختمان هاي
بسياري جايگزين اراضي طبيعي شود
.براي بررسي جزيره حرارتي به طور كلي دو روش وجود دارد
: 1 - استفاده از داده هاي دماي اندازه گيري شده درايستگاه هاي هواشناسي؛
2 - استفاده از باند حرارتي تصاوير ماهواره اي. اين دو روش اگرچه هر كدام داراي معايبي هستند،اما مي توان براي بررسي پديده جزيره حرارتي از همپوشاني آن ها استفاده كرد
. بنابراين در اين تحقيق ابتدا از دادههاي سهساعته دماي كمينه و دماي بيشينه ايستگاه همديدي مشهد در سال هاي
1992 تا 2002 جهت مشاهده نحوه تغييرات دما وبررسي وقوع يا عدم وقوع جزيره حرارتي در طي اين سال ها استفاده شده است
. بدين منظور ابتدا دماي متوسط هوا بامحاسبه شده و سپس نمودارهاي ماهانه
(شكل 2، الف Excel استفاده از اين دادهها در ساعات سينوپتيكي، توسط نرم افزارو ب
) و سالانه (شكل 2، ج) رسم شده است. لازم به ذكر است از آن جا كه دادههاي مناسبي براي بررسي نحوه تغييراتدماي حومه شهر و مقايسه آن با شكل
( 2) جهت تأييد وقوع اين پديده موجود نبود، از تصاوير ماهوار هاي و همچنين نظريه40
مجلّه جغرافيا و مخاطرات محيطي شماره اولفركتال را اين امر استفاده شد
. هندسه فركتالي براي اولين بار در سال 1977 مندلبروت 1 ب راي مدل كردن پديده هاي طبيعيمطرح كرد
. اشياء فراكتالي عموماً خودمتشابه 2 هستند؛ به اين معنا كه الگويي مشابه در اجزاء مختلف اين اشياء به چشممي خورد
. بر اساس ميزان تشابه موجود در بين اجزاي گوناگون اين اشيا كه ميتواند از صددرصد خود متشابه بودن يامتشابه بودن قطعي
3 آغاز شده و به درجات كوچكتري از تشابه (تشابه تصادفي يا آماري 4 ) ختم گردد، روش هاي مختلفيمختلفي براي تحليل رياضي آنها پديد آمده است
. فركتالهاي تصادفي را معمولاً خودآفين 5 نيز ميگويند كه بيشتر براي293 ).
تغيير پوشش حاصل از گسترش شهرنشيني : مدل كردن توپوگرافي سطح زمين به كار ميروند (مدلبروت، 1983باعث افزايش پيچيدگي توپوگرافي و در نتيجه تغيير بعد فركتالي آن ميشود
. بنابراين، محاسبه بعد فركتال تصاوير ماهواره ايبه عنوان نماينده تغييرات مكاني مي تواند به تاييد وقوع پديده جزيره حرارتي كمك كند
.ماهواره لندست پنج در تاريخ
25 ژوئيه 1992 و TM تصاوير ماهواره اي استفاده شده در اين مطالعه، شامل تصويرماهواره لندست هفت در تاريخ
6 اگوست 2002 است. اگرچه دانستن تفاوت دما در هر دو مقياس روزانه ETM+ تصويرو شبانه، براي تأييد وقوع اين پديده بسيار مطلوب است، اما به دليل اين كه تصاوير فوق دماي شب را پوشش نمي دهند،
از معادله
1 استفاده ،TM تنها به داده هاي روزانه اكتفا شده است. براي محاسبه دماي تابش سطح زمين با استفاده از تصوير.(1410:
شد (مالارت 6 و همكاران، 1985(1)
7
شماره باند (باند 6 يا باند حرارتي) مربوطه است . اين معادله DN دماي تابش سطح زمين و T(k) در اين معادله8
(ε) معرف دماي سطح، براي يك جسم سياه است؛ بنابراين بايد با توجه به پوشش سطح زمين و ضريب انتشار0/ 1228 )
براي مناطق داراي پوشش گياهي 95 : 1994) تصحيحاتي در آن اعمال شود. مقدار ضريب انتشار توسط نيكول 90
تعيين شده است. به اين ترتيب براي تعيين مناطق داراي پوشش و يا بدون / و براي مناطق بدون پوشش گياهي 9210
استفادهمطالب مشابه :
باران زیبای کیش
اين كارشناس اداره هواشناسي جزيره كيش در پايان با توجه به رگبار شديد باران در روز جاري در
بررسی جزیره حرارتی شهر مشهد با استفاده از تصاویر ماهواره ای و نظریه فرکتال
بررسي جزيره حرارتي شهر مشهد با استفاده از سيستم هاي هواشناسي حاكم بستگي داشته و در
خارگ، ركورد دار بارندگي استان بوشهر
هواشناسی و پیش بینی وضعیت آب و هواي بندر بوشهر : در جريان بارندگي هاي اخير، جزيره خارگ با 114
بارندگي امروز در استان؛ بيشترين بارش در آبپخش- كمترين بوشهر
خانم راستگو كارشناس سازمان هواشناسي استان بوشهر در پس از آب پخش، جزيره خارگ نيز با 21
جزر و مد
اين تارنما جهت اطلاع رساني به دريانوردان محترم در جزيره قشم ايجاد شده بولتن هواشناسي
هواشناسي بوشهر: رطوبت هوا كاهش و گرما افزايش مي يابد
هواشناسی،آب وهواي بندربوشهر - هواشناسي بوشهر: رطوبت هوا كاهش و گرما افزايش مي يابد
صفایی مدیر عامل شرکت ملی نفتکش ایران شد
اين تارنما جهت اطلاع رساني به دريانوردان محترم در جزيره قشم ايجاد شده و هواشناسي جزيره::
طالقان به تنكابن
سازمان هواشناسي> سرزمین آسمانی ما> سرزمين تايباد> جزيره لاوان> جزاير شيتور و هندورابي>
سازمان هواشناسي در ارتباط با توفان حارهاي هشدار داد
زارایا؛ سرای فرهنگ و هنر سیستان - سازمان هواشناسي در ارتباط با توفان حارهاي هشدار داد
مهاجمان صحرا
كارشناسان هواشناسي و اقليم فضاي غبارآلود قشم مانع فرود هواپيما در اين جزيره شد و
برچسب :
هواشناسي جزيره