بررسی تغییرات ماهانه جزایر حرارتی شبانه شهرستان اصفهان در دو دهه اخیر با استفاده از فرآورده های چندزمانه سنجنده مودیس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی شهرسازی، دانشگاه گیلان، رشت، ایران

2 گروه اقلیم شناسی، دانشگاه سیدجمال الدین اسدآبادی، اسدآباد، ایران

3 گروه آب و هواشناسی شهری، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران

4 گروه سنجش از دور، دانشگاه خاوران، مشهد، ایران

10.48308/envs.2023.1265

چکیده

سابقه و هدف: در دهه‌های اخیر، هم‌زمان با توسعه فیزیکی شهرها و افزایش جمعیت ناشی از مهاجرت، کاهش پوشش-گیاهی، مصرف زیاد سوخت‌های فسیلی، انتشار گازهای گلخانه‌ای و استفاده از مصالح نامناسب در ساخت‌و‌ساز شهری، پدیده جزایر حرارتی در کلان‌شهرهایی مانند شهرستان اصفهان اهمیت قابل توجهی پیدا کرده است که با استفاده از روش-های نوین سنجش‌ازدوری و ماهواره‌ای می‌توان با دقت بالا در زمان اندک، این پدیده را مورد پایش قرار داد. لذا هدف اصلی پژوهش حاضر، بررسی تغییرات ماهانه جزایر حرارتی شهرستان اصفهان با استفاده از سنجنده مودیس (MODIS)، ماهواره ترا (Terra) و روش تحلیل مؤلفه‌اصلی (PCA) است. با این تکنیک می‌توان زمان‌هایی که دمای سطح زمین و جزیره حرارتی افزایش بیشتری در شهرستان اصفهان دارد، شناسایی کرد.
مواد و روش‌ها: در این راستا، پژوهش حاضر در نظر دارد تغییرات ماهانه این پدیده را در شهرستان اصفهان طی بازه زمانی 20 ساله (از ژانویه 2000 تا دسامبر 2020 میلادی) مورد واکاوی قرار دهد. برای دستیابی به این منظور از داده‌های دمای سطح زمین (LST) که توسط سنجنده مودیس و ماهواره ترا استخراج شده است، بهره گرفته شد. همچنین با روش تحلیل مؤلفه‌اصلی فصول و ماه‌هایی که بیشترین تأثیرگذاری را در روند رخداد جزایر حرارتی دارند، مورد شناسایی قرار گرفت و جهت تحلیل روند این پدیده نیز، از آزمون من-کندال و آزمون کلموگروف-اسمیرنوف استفاده گردید.
نتایج و بحث: یافته‌های پژوهش حاکی از این است که دامنه تغییرات شبانه دمای سطح زمین طی 20 سال اخیر در شهرستان اصفهان روندی افزایشی با نرخ 4 درصدی داشته است. هرچند که این روند در مراکز جمعیتی و شهری، کاملاً متفاوت از مناطق پیرامونی شهرستان اصفهان بوده است. از نظر پراکنش مکانی نیز، بیشترین میزان دمای شبانه سطح زمین در بخش جرقویه علیا بویژه روی تالاب گاو خونی و بخش مرکزی شهر اصفهان در نزدیکی به شهرک صنعتی سپیددشت، شهرک صنعتی ورزنه، شهرک صنعتی رامشه و تغییر کاربری اراضی کشاورزی به صنعتی و مسکونی و همچنین در منطقه شمال‌غرب (شامل محمودآباد و شهر اصفهان) به دلیل افزایش گرمایش انسان‌ساخت ناشی از افزایش مصرف سوخت‌های فسیلی، رشد واحدهای مسکونی، صنعتی و تجاری مشاهده شده است. کمترین دمای سطح زمین در قسمت شمالی شهرستان، قسمتهای از بخش کوهپایه، مرکزی، جلگه و بن رود واقع شده است. همچنین نتایج نشان داد که شدت جزیره گرمایی در زمستان بیش از تابستان است و شدیدترین زمان رخداد آن مربوط به ژانویه است و کمترین زمان وقوع آن در ماه دسامبر ثبت شده است.
نتیجه‌گیری: به طور کلی؛ میانگین بلند مدت نمایه‌ی جزیره‌ی گرمایی شبانه نشان می‌دهد که فصل گرم سال موجب تضعیف جزیره گرمایی شبانه شده و دوره‌ی سردسال، موجب نیرومندتر شدن جزیره گرمایی شبانه می‌شود. بخش‌های از جنوب شهرستان اصفهان در طول شب به دلیل وسعت بالای اراضی بایر، کشاورزی و پوشش گیاهی، دمای سطحی کمتری دارند ولی در مناطق شرقی روی تالاب گاو خونی به علت ظرفیت حرارتی بالای آب، همجواری با مناطق شهری به ویژه شهر اصفهان و به دلیل نزدیکی شهرک‌های صنعتی و کارخانجات تولیدی، روند افزایشی دما و جزایر گرمایی مشهود است. به نظر می‌رسد شهرستان اصفهان نیز مانند اغلب شهرهای دنیا، یکپارچه تحت تأثیر تغییرات اقلیم جهانی قرار دارد اما بسته به موقعیت جغرافیایی و مکان‌گزینی متمرکزی که صنایع در هر بخش از این استان دارد، دمای سطح زمین و روند رخداد جزایر حرارتی متفاوت است. افزایش شهرنشینی، مهاجرت‌پذیری، افزایش مصرف سوخت‌های فسیلی، کاهش پوشش گیاهی، تشدید خشک‌سالی در سال‌های اخیر و تغییر کاربری‌ها نقش اساسی در افزایش رخداد این پدیده در شهرستان اصفهان دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Monthly Changes of Night Heat Islands Analysis in Isfahan County in the Last Two Decades Using the Multi-Temporal Products of the MODIS Sensor

نویسندگان [English]

  • Mostafa Tahani Yazdly 1
  • Sayyed Mohammad Hosseini 2
  • Farahnaz Khoramabadi 3
  • Mohammad Mohtaram 4
1 Department of Urban Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Department of Climatology, Sayyed Jamaleddin Asadabadi University, Asadabad,, Iran
3 Department of Urban Climatology, University of Isfahan,, Isfahan, Iran
4 Department of Remote Sensing, University of Khavaran, Mashhad, Iran
چکیده [English]

Introduction
In recent decades, along with the physical development of cities and population increase due to immigration, Heat islands, which are mainly the result of human made activities, have gained significant importance. So that; The reduction of vegetation cover, the high consumption of fossil fuels, the emission of greenhouse gases and the use of inappropriate materials in urban construction have created the microclimate of a heat island above the metropolis of the world. Finally, it causes an increase in the land surface temperature, atmospheric stability, persistence and stabilization of pollutants and an increase in respiratory diseases. Today, by using remote sensing methods and using digital satellite images, it is possible to examine the land surface temperature with high accuracy and in a short period using MODIS sensor and Terra satellite images. Therefore, the main objective of the current research is to analyze the temporal and spatial variations of heat islands of Isfahan using the principal component analysis method. With this technique, it is possible to identify the seasons and months when increased the land surface temperature and the heat island.
Materials and methods
In this regard, the present research considers analyzing the temporal and spatial variations of this phenomenon in Isfahan during period of 20 years (from 2000 to 2020 AD). To achieve this purpose, was used the land surface temperature (LST) data extracted by MODIS sensor and Terra satellite. These data are available for the whole world with a time resolution of 8 days and a spatial resolution of 1x1 km in a sinusoidal grid with dimensions of 1200x1200 km. Therefore, for Isfahan, 913 images extracted from the MODIS sensor. Then, with the principal component analysis (PCA) method, the seasons and months that have the most influence on the occurrence of heat islands identified and in order to analyze the trend of this phenomenon, were used the Mann-Kendall test and the Kolmogorov-Smirnov test.
Results and discussion
The findings of the research indicate that, the land surface temperature in the last 20 years in Isfahan had an increasing trend with rate of 4%. Although this trend in the population and urban centers has been completely different from the surrounding areas of Isfahan. In terms of spatial distribution, the highest occurrence of heat island in the eastern and southeastern parts (including Hassan Abad and Jolgeh) due to its proximity to the hot deserts of Kavir-Lout, proximity to Sepiddasht, Varzaneh, Shahrak Ramsheh industrial towns and changing in the land use of agricultural to industrial and residential has been registered. also in the North-West region (including Mahmudabad and Isfahan city) due to the increase in man-made heating caused by the increase in the consumption of fossil fuels, the growth of residential, industrial and commercial units, temperature has risen. In addition, the results showed that the intensity of the heat island in winter is more than in summer, and the most intense time of its occurrence recorded in January and the least in November.
Conclusion
Isfahan is integrally affect by global climate conditions, but depending on the geographical location of each part of this province, the land surface temperature and the occurrence of heat islands are different, so that, eastern and central parts, adjacent to Kavir-Lout and close to industrial towns, have an increasing trend. Moreover, the southern parts have a decreasing rate of temperature and heat islands due to less urban population, larger agricultural lands and more vegetation. The increase in urbanization, migration, and the increase in fossil fuel consumption, the decrease in vegetation, the aggravation of drought, and the change of land use have a fundamental role in increasing the occurrence of this phenomenon.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modis Satellite
  • Heat Island
  • Principal Component Analysis
  • Mann-Kendall Test
  • Isfahan