Оптическое дистанционное зондирование для идентификации городских островов тепла

Оптическое дистанционное зондирование для идентификации городских островов тепла

Автор: Корниенко Сергей Валерьевич, Дикарева Екатерина Александровна

Журнал: Строительство уникальных зданий и сооружений @unistroy

Статья в выпуске: 6 (104), 2022 года.

Бесплатный доступ

Актуальность проблемы изучения механизмов формирования городских островов тепла (ГОТ) подтверждается большим количеством исследований по всему миру. Исследование демонстрирует идентификацию UHI методом дистанционного зондирования (ДЗ). Объект исследования – г. Волгоград (48°42′42″, 44°30′50″); мегаполис, расположенный на юго-востоке европейской части России. Волгоград — линейный город, расположенный вдоль Волги, длиной 65-70 км и шириной около 5 км. Климат умеренно-континентальный, засушливый (по Международной классификации климата Кеппена - тип «Dfa»). Анализ климатических данных подчеркивает необходимость изучения UHI в летний период. Данные спутника Landsat 8 использовались для измерения температуры земного покрова (LC). Спутниковые снимки приобретались на разные календарные даты: 28.07.2015, 05.08.2018 и 06.08.2021 (около 10 часов утра). Температура поверхности земли (ТПН) рассчитывалась в различных территориальных зонах города: жилой и общественно-деловой (среднеэтажная и многоэтажная застройка), жилой малоэтажной застройке, производственной, рекреационной. Анализ тепловизионных изображений выполняется методом сечений. Предложен индекс относительной температуры, на основе которого установлены градации интенсивности УГС и экологических качеств городской среды (ГС). По результатам статистической обработки установлено, что экспериментальные данные спутниковых тепловизионных изображений в целом адекватны и выводы, полученные по результатам небольшой выборки, могут быть распространены с вероятностью 0,95 на всю гипотетическую совокупность. Для исследуемого объекта идентифицировали UHI (с перепадом температур около 8,5 К). Было показано, что коэффициент излучения LC имеет решающее значение для определения LST. Выбор эффективных строительных материалов, конструкций и технологий, например, белых и зеленых крыш, играет важную роль в снижении температуры и смягчении UHI. Производственная зона дает максимальное тепловое загрязнение. Повышение температуры в среднеэтажных и многоэтажных домах объясняется более высокой теплоаккумулирующей способностью многоэтажных домов и прилегающих к ним территорий. Проверка полученных результатов показала их соответствие данным, имеющимся в научной литературе, что подтверждает достоверность настоящих исследований. Процесс урбанизации увеличивает интенсивность UHI и снижает экологическое качество UE. Стратегии смягчения UHI должны включать набор архитектурных, планировочных, структурных и инженерных мер. Дальнейшие исследования будут посвящены математическому моделированию одновременных процессов переходного тепломассообмена городских территорий с учетом различных метеопараметров (солнечная радиация, температура, скорость ветра и др.) для оценки ВГС и его смягчения в летний период.

Еще

Городское планирование, растительный покров, городская тепловая среда, городской остров тепла, индекс городской тепловой среды, температура поверхности земли, дистанционное зондирование, landsat 8, атмосферный городской остров тепла, приземный городской остров тепла

Еще

Короткий адрес: https://sciup.org/143179866

IDR: 143179866   |   DOI: 10.4123/CUBS.104.4

Список литературы Оптическое дистанционное зондирование для идентификации городских островов тепла

  • Kalamees, T., Jylhä, K., Tietäväinen, H., Jokisalo, J., Ilomets, S., Hyvönen, R., Saku, S. Development of weighting factors for climate variables for selecting the energy reference year according to the en ISO 15927-4 standard. Energy and Buildings. 2012. 47. Pp. 53–60. DOI:10.1016/j.enbuild.2011.11.031.
  • Korniyenko, S., Dikareva, E. Generation , Development , and Mitigation of the Urban Heat Island : A Review. 2021. (1605). DOI:10.34910/ALF.16.5.
  • Souch, C., Grimmond, S. Applied climatology: Urban climate. Progress in Physical Geography. 2006. 30(2). Pp. 270–279. DOI:10.1191/0309133306pp484pr. URL: https://journals.sagepub.com/doi/10.1191/0309133306pp484pr (date of application: 4.06.2021).
  • Tian, P., Li, J., Cao, L., Pu, R., Wang, Z., Zhang, H., Chen, H., Gong, H. Assessing spatiotemporal characteristics of urban heat islands from the perspective of an urban expansion and green infrastructure. Sustainable Cities and Society. 2021. 74(August). Pp. 103208. DOI:10.1016/j.scs.2021.103208. URL: https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103208.
  • Estoque, R.C., Murayama, Y., Myint, S.W. Effects of landscape composition and pattern on land surface temperature: An urban heat island study in the megacities of Southeast Asia. Science of the Total Environment. 2017. 577. Pp. 349–359. DOI:10.1016/j.scitotenv.2016.10.195. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.10.195.
  • Hassan, T., Zhang, J., Prodhan, F.A., Pangali Sharma, T.P., Bashir, B. Surface urban heat islands dynamics in response to lulc and vegetation across south asia (2000–2019). Remote Sensing. 2021. 13(16). Pp. 1–24. DOI:10.3390/rs13163177.
  • Dewan, A., Kiselev, G., Botje, D., Mahmud, G.I., Bhuian, M.H., Hassan, Q.K. Surface urban heat island intensity in five major cities of Bangladesh: Patterns, drivers and trends. Sustainable Cities and Society. 2021. 71(March). Pp. 102926. DOI:10.1016/j.scs.2021.102926. URL: https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.102926.
  • Mathew, A., Khandelwal, S., Kaul, N. Analysis of diurnal surface temperature variations for the assessment of surface urban heat island effect over Indian cities. Energy and Buildings. 2018. 159. Pp. 271–295. DOI:10.1016/j.enbuild.2017.10.062. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2017.10.062.
  • Choudhury, D., Das, K., Das, A. Assessment of land use land cover changes and its impact on variations of land surface temperature in Asansol-Durgapur Development Region. Egyptian Journal of Remote Sensing and Space Science. 2019. 22(2). Pp. 203–218. DOI:10.1016/j.ejrs.2018.05.004. URL: https://doi.org/10.1016/j.ejrs.2018.05.004.
  • Kim, S.W., Brown, R.D. Urban heat island (UHI) intensity and magnitude estimations: A systematic literature review. Science of the Total Environment. 2021. 779. Pp. 146389. DOI:10.1016/j.scitotenv.2021.146389. URL: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146389.
  • Vatin, N., Korniyenko, S. V. Magazine of Civil Engineering Energy performance of buildings made of textile-reinforced concrete (TRC) sandwich panels. 2022. 113(11303). DOI:10.34910/MCE.113.3.
  • Santamouris, M. Cooling the cities - A review of reflective and green roof mitigation technologies to fight heat island and improve comfort in urban environments. Solar Energy. 2014. 103. Pp. 682–703. DOI:10.1016/j.solener.2012.07.003.
  • Bokaie, M., Zarkesh, M.K., Arasteh, P.D., Hosseini, A. Assessment of Urban Heat Island based on the relationship between land surface temperature and Land Use/ Land Cover in Tehran. Sustainable Cities and Society. 2016. 23. Pp. 94–104. DOI:10.1016/j.scs.2016.03.009. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.scs.2016.03.009.
  • Stević, D., Hut, I., Dojčinović, N., Joković, J. Automated identification of land cover type using multispectral satellite images. Energy and Buildings. 2016. 115. Pp. 131–137. DOI:10.1016/j.enbuild.2015.06.011.
  • Qin, L., Yan, C., Yu, L., Chai, M., Wang, B., Hayat, M., Shi, Z., Gao, H., Jiang, X., Xiong, B., Mao, P., Qiu, G.Y. High-resolution spatio-temporal characteristics of urban evapotranspiration measured by unmanned aerial vehicle and infrared remote sensing. Building and Environment. 2022. 222(July). Pp. 109389. DOI:10.1016/j.buildenv.2022.109389. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109389.
  • Korniyenko, S. Advantages, limitations and current trends in green roofs development . A review. 2021. (2002). DOI:10.57728/ALF.20.2.
  • Ayanlade, A. Seasonality in the daytime and night-time intensity of land surface temperature in a tropical city area. Science of the Total Environment. 2016. 557–558. Pp. 415–424. DOI:10.1016/j.scitotenv.2016.03.027. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2016.03.027.
  • Renard, F., Alonso, L., Fitts, Y., Hadjiosif, A., Comby, J. Evaluation of the effect of urban redevelopment on surface urban heat islands. Remote Sensing. 2019. 11(3). Pp. 1–31. DOI:10.3390/rs11030299.
  • Oke, T.R. Urban climates and global environmental change. Applied Climatology: Principles and Practice. Taylor and Francis, 2013. Pp. 273–287.
  • Aslam, A., Rana, I.A., Bhatti, S.S. The spatiotemporal dynamics of urbanisation and local climate: A case study of Islamabad, Pakistan. Environmental Impact Assessment Review. 2021. 91(August). Pp. 106666. DOI:10.1016/j.eiar.2021.106666. URL: https://doi.org/10.1016/j.eiar.2021.106666.
  • Dochev, I., Gorzalka, P., Weiler, V., Estevam Schmiedt, J., Linkiewicz, M., Eicker, U., Hoffschmidt, B., Peters, I., Schröter, B. Calculating urban heat demands: An analysis of two modelling approaches and remote sensing for input data and validation. Energy and Buildings. 2020. 226. Pp. 110378. DOI:10.1016/j.enbuild.2020.110378. URL: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2020.110378.
  • Wang, Y., Berardi, U., Akbari, H. Comparing the effects of urban heat island mitigation strategies for Toronto, Canada. Energy and Buildings. 2016. 114. Pp. 2–19. DOI:10.1016/j.enbuild.2015.06.046. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.046.
  • Chakraborty, T., Lee, X. A simplified urban-extent algorithm to characterize surface urban heat islands on a global scale and examine vegetation control on their spatiotemporal variability. International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation. 2019. 74(May 2018). Pp. 269–280. DOI:10.1016/j.jag.2018.09.015. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.jag.2018.09.015.
  • Xiong, Y., Huang, S., Chen, F., Ye, H., Wang, C., Zhu, C. The Impacts of Rapid Urbanization on the Thermal Environment: A Remote Sensing Study of Guangzhou, South China. Remote Sensing. 2012. 4(7). Pp. 2033–2056. DOI:10.3390/rs4072033.
  • Al-Obaidi, I., Rayburg, S., Półrolniczak, M., Neave, M. Assessing the Impact of Wind Conditions on Urban Heat Islands in Large Australian Cities. Journal of Ecological Engineering. 2021. 22(11). Pp. 1–15. DOI:10.12911/22998993/142967.
  • Despini, F., Ferrari, C., Bigi, A., Libbra, A., Teggi, S., Muscio, A., Ghermandi, G. Correlation between remote sensing data and ground based measurements for solar reflectance retrieving. Energy and Buildings. 2016. 114. Pp. 227–233. DOI:10.1016/j.enbuild.2015.06.018. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.018.
  • Mora, C., Dousset, B., Caldwell, I.R., Powell, F.E., Geronimo, R.C., Bielecki, C.R., Counsell, C.W.W., Dietrich, B.S., Johnston, E.T., Louis, L. V., Lucas, M.P., Mckenzie, M.M., Shea, A.G., Tseng, H., Giambelluca, T.W., Leon, L.R., Hawkins, E., Trauernicht, C. Global risk of deadly heat. Nature Climate Change. 2017. 7(7). Pp. 501–506. DOI:10.1038/nclimate3322.
  • Halder, B., Bandyopadhyay, J., Banik, P. Monitoring the effect of urban development on urban heat island based on remote sensing and geo-spatial approach in Kolkata and adjacent areas, India. Sustainable Cities and Society. 2021. 74(March). Pp. 103186. DOI:10.1016/j.scs.2021.103186. URL: https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103186.
  • Korniyenko, S. V. The influence of the sky radiative temperature on the building energy performance. Magazine of Civil Engineering. 2022. 114(11412). DOI:10.34910/MCE.114.12.
  • Oke, T.R. The distinction between canopy and boundary-layer urban heat Islands. Atmosphere. 1976. 14(4). Pp. 268–277. DOI:10.1080/00046973.1976.9648422.
  • Farhan, M., Moazzam, U., Hoi, Y., Gul, B. Impact of urbanization on land surface temperature and surface urban heat Island using optical remote sensing data : A case study of Jeju Island , Republic of Korea. Building and Environment. 2022. (July). Pp. 109368. DOI:10.1016/j.buildenv.2022.109368. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2022.109368.
  • Oke, T.R. The urban energy balance. Progress in Physical Geography. 1988. 12(4). Pp. 471–508. DOI:10.1177/030913338801200401.
  • Avdan, U., Jovanovska, G. Algorithm for automated mapping of land surface temperature using LANDSAT 8 satellite data. Journal of Sensors. 2016. 2016. DOI:10.1155/2016/1480307.
  • Roy, D.P., Wulder, M.A., Loveland, T.R., C.E., W., Allen, R.G., Anderson, M.C., Helder, D., Irons, J.R., Johnson, D.M., Kennedy, R., Scambos, T.A., Schaaf, C.B., Schott, J.R., Sheng, Y., Vermote, E.F., Belward, A.S., Bindschadler, R., Cohen, W.B., Gao, F., Hipple, J.D., Hostert, P., Huntington, J., Justice, C.O., Kilic, A., Kovalskyy, V., Lee, Z.P., Lymburner, L., Masek, J.G., McCorkel, J., Shuai, Y., Trezza, R., Vogelmann, J., Wynne, R.H., Zhu, Z. Landsat-8: Science and product vision for terrestrial global change research. Remote Sensing of Environment. 2014. 145. Pp. 154–172. DOI:10.1016/j.rse.2014.02.001. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.rse.2014.02.001.
  • Howard, L. The Climate of London: Deduced from Meteorological Observations. 2012. DOI:10.1017/CBO9781139226905. URL: https://www.cambridge.org/core/books/climate-of-london/24712EF9A0B8911D896CAF0CC5224269 (date of application: 5.06.2021).
  • Tepanosyan, G., Muradyan, V., Hovsepyan, A., Pinigin, G., Medvedev, A., Asmaryan, S. Studying spatial-temporal changes and relationship of land cover and surface Urban Heat Island derived through remote sensing in Yerevan, Armenia. Building and Environment. 2021. 187(October 2020). Pp. 107390. DOI:10.1016/j.buildenv.2020.107390. URL: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2020.107390.
  • Rehan, R.M. Cool city as a sustainable example of heat island management case study of the coolest city in the world. HBRC Journal. 2016. 12(2). Pp. 191–204. DOI:10.1016/j.hbrcj.2014.10.002. URL: http://dx.doi.org/10.1016/j.hbrcj.2014.10.002.
  • Priyadarsini, R., Hien, W.N., Wai David, C.K. Microclimatic modeling of the urban thermal environment of Singapore to mitigate urban heat island. Solar Energy. 2008. 82(8). Pp. 727–745. DOI:10.1016/j.solener.2008.02.008.
  • Svensson, M.K. Sky view factor analysis - Implications for urban air temperature differences. Meteorological Applications. 2004. 11(3). Pp. 201–211. DOI:10.1017/S1350482704001288.
  • Korniyenko, S. Progressive Trend in Adaptive Façade System Technology . A Review. 2021. (1902). DOI:10.57728/ALF.19.2.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp