Теплове мікрокартування міських територій з використанням космічних знімків та польових завіркових вимірювань на прикладі міста Києва
DOI:
https://doi.org/10.36023/ujrs.2019.21.149Ключові слова:
тепловий режим міста, температура земної поверхні, коефіцієнт теплового випромінювання, часові рядиАнотація
Дане дослідження спрямоване на вдосконалення підходу до оцінки теплового режиму міста в умовах кліматичних змін за допомогою багатоспектральних супутникових даних на прикладі міста Київ. У роботі описано метод та результати обчислення температури та коефіцієнтів теплового випромінювання земної поверхні. Зокрема, відповідно до закону Планка для “сірого тіла”, за супутниковими даними Landsat-8 TIRS та Sentinel-2 MSI було обчислено розподіл температур через спектральну густину потоку випромінювання. Крім того, результати обчислення було калібровано за даними наземних підсупутникових вимірювань температури та коефіцієнта теплового випромінювання типових покривів міста. Просторову розрізненність отриманих розподілів температури земної поверхні було підвищено за методом субпіксельної обробки, для чого було використано пари субпіксельно зміщених інваріантних зображень. В результаті, даний підхід дозволив підвищити просторову розрізненність зображення на 46%, що значно вища у порівнянні з технічними можливостями нині існуючих сенсорів довгохвильового інфрачервоного випромінювання. Взаємозв’язок між типом та температурою земного покриву було встановлено за результатами керованої класифікації багатоспектрального знімка Sentinel-2A за 21 серпня 2017 року. Таким чином, виділено шість основних земних покривів міського середовища: дахи будівель, дорожні покриття, відкритий ґрунт, трав’яна рослинність, деревна рослинність та вода. В результаті, температура поверхонь покритих рослинністю виявилась значно нижчою за температуру штучних покриттів. Для дослідження просторово-часових змін поверхневої температури міського середовища, здійснено аналіз часової серії з 18 теплових зображень (Landsat-5 TM та Landsat-8 TIRS) міста Києва за період з 6 червня 1985 року по 1 червня 2018 року. Таким чином, виявлено температурні аномалії, виникненню яких сприяла зміна ландшафту, зокрема: спорудження нового НСК “Олімпійський” та прилеглого паркувального майданчику призвело до підвищення теплового поля; з іншого боку, ліквідація трамвайного депо ім. Т. Г. Шевченка та подальше підтоплення ділянки призвело до
Посилання
Bottillo, S., Vollaro, A., Galli, G., Vallati, A. (2014). Fluid dynamic and heat transfer parameters in an urban canyon. Solar Energy. 99, 1–10. https://doi.org/10.1016/j.solener.2013.10.031
Chander, G., Markham, B. L., Helder, D. L. (2009). Summary of current radiometric calibration coefficients for Landsat MSS, TM, ETM+, and EO-1 ALI sensors. Remote Sensing of Environment. 113 (5), 893–903. https://doi.org/10.1016/j.rse.2009.01.007
Denisik, G. I., Kyzyun, A. G. (2011). Residential landscapes: terms and concepts, their essence and legitimate use. Naukovi zapysky Vinnycjkogho peduniversytetu. Ser. Gheoghrafija. 22, 5–9. Retrieved from: http://nbuv.gov.ua/UJRN/Nzvdpu_geogr_2011_22_3. (in Ukrainian).
Gornyy, V. I., Kritsuk, S. G., Latypov, I. Sh., Tronin, A. A., Kiselev, A. V., Brovkina, O. V., Filippovich, V. E., Stankevich, S. A., Lubskii, N. S. (2017). Thermophysical properties of land surface in urban areas (by satellite remote sensing of Saint Petersburg and Kiev). Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 14 (3), 51–66. (in Russian). https://doi.org/10.21046/2070-7401-2017-14-3-51-66
Gornyy, V. I., Lyalko, V. I., Kritsuk, S. G., Latypov, I. Sh., Tronin, A. A., Filippovich, V. E., Stankevich, S. A., Brovkina, O. V., Kiselev, A. V., Davidan, T. A., Lubskyi, N. S., Krylova, A. B. (2016). Forecast of Saint-Petersburg and Kiev thermal replies on climate change (on the basis of EOS and Landsat satellite imagery). Sovremennye problemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli iz kosmosa. 13 (2), 176–191. (in Russian). https://doi.org/10.21046/2070-7401-2016-13-5-277-290
Hafner, J., Kidder, S. Q. (1998). Urban Heat Island Modeling in Conjunction with Satellite-Derived Surface/Soil Parameters. Journal of Applied Meteorology. 38, 448–465. https://doi.org/10.1175/1520-0450(1999)038<0448:UHIMIC>2.0.CO;2
Li, H., Meier, F., Lee, X., Chakraborty, T., Liud, J., Schaap, M., Sodoudi, S. (2018). Interaction between urban heat island and urban pollution island during summer in Berlin. Science of the Total Environment. 636, 818–828. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2018.04.254
Nuruzzaman, Md. (2015). Urban Heat Island: Causes, Effects and Mitigation Measures – A Review. International Journal of Environmental Monitoring and Analysis. 3 (2), 67–73. https://doi.org/10.11648/j.ijema.20150302.15
Piestova, I., Lubskyi, M., Svideniuk, M., Golubov, S. (2017, december). Thermal micro-mapping of urban area using infrared satellite imagery. Gheoprostir-2017: materialy mizhnarodnoji nauk.-tekhn. konf, (pp. 80–82), Kyiv: KNUBA. (in Ukrainian).
Piestova, I., Lubskyi, M., Svideniuk, M., Golubov, S., Sedlacek, P. (2018). Satellite Imagery Resolution Enhancement for Urban Area Thermal Micromapping. Central European Researchers Journal. 4 (1), 35–39.
Schwarz, N., Lautenbach, S., Seppelt, R. (2011). Exploring indicators for quantifying surface urban heat islands of European cities with MODIS land surface temperatures. Remote Sensing of Environment. 115 (12), 3175–3186. https://doi.org/10.1016/j.rse.2011.07.003
Stankevich, S. A., Filippovich, V. E., Lubsky, N. S., Krylova, A. B., Kritsuk, S. G., Brovkina, O. V, Gornyi, V. I., Tronin A. A. (2015) Intercalibration of methods for restoring the thermodynamic temperature of the surface of an urbanized area based on materials of thermal space imagery. Ukrainskyi zhurnal dystantsiinoho zonduvannia Zemli. 7, 14–23. (in Russian). Retrieved from: https://ujrs.org.ua/ujrs/article/view/59/77
Stankevich, S. A., Lubskyi, M. S. (2018, April) Application of visible and NIR remote sensing data for deriving of Earth’s surface thermal fields of high spatial resolution. Proceedings of the XII conference Telecommunication problems 2018, pp. 329–331, Kyiv, Ukraine.
Stankevich, S. A., Pylypchuk, V. V., Lubskyi, M. S., Krylova, G. B. (2016). Evaluation of the accuracy of determining the temperature of artificial and natural earth surfaces based on the results of infrared satellite imagery. Kosmichna nauka i tekhnolohiia. 101 (4), 19–28. (in Ukrainian). https://doi.org/10.15407/knit2016.04.019
Tang, H., Li, Z.-L. (2014). Quantitative Remote Sensing in Thermal Infrared: Theory and Applications. Berlin: Springer-Verlag.
Urroz, G. E. (2001). Time Series and Spatial Data Analysis with SciLab. Logan: InfoClearinghouse.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійні умови: автори зберігають авторські права та надають журналу право першої публікації на твір, одночасно ліцензований за міжнародною ліцензією Creative Commons Attribution License International CC-BY, що дозволяє іншим поділитися твором з підтвердженням авторства твору та первинною публікацією в цьому журналі.
Автори, направляючи рукопис у редакцію «Українського журналу дистанційного зондування Землі», погоджуються з тим, що редакції передаються права на захист і використання рукопису (переданого до редакції журналу матеріалу, в т. ч. такі об’єкти авторського права як фотографії автора, рисунки, схеми, таблиці тощо), в тому числі на відтворення у пресі та мережі Інтернет, на поширення, на переклад рукопису на будь-які мови, експорту та імпорту примірників журналу зі статтею авторів з метою розповсюдження, на доведення до загального відома. Зазначені вище права автори передають редакції без обмеження терміну і на території всіх країн світу без обмеження в т. ч. на території України.
Автори гарантують наявність у них виняткових прав на використання переданого редакції матеріалу. Редакція не несе відповідальності перед третіми особами за порушення даних авторами гарантій. За Авторами залишається право використання їх опублікованого матеріалу, його фрагментів і частин в особистих, у тому числи наукових і освітянських цілях. Права на рукопис вважаються переданими Авторами редакції з моменту підписання до друку випуску журналу, в якому він публікується. Передрук матеріалів, опублікованих у журналі, іншими фізичними та юридичними особами можливий тільки зі згоди редакції, з обов’язковим зазначенням випуску журналу, в якому було опубліковано матеріал.
