نشریه کاربرد سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در علوم محیطی

بررسی ارتباط بین جزایر حرارتی سطحی شهری و آلاینده‌های هوای کلانشهر تبریز

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه برنامه ریزی شهری و منطقه ای، دانشکده برنامه ریزی و علوم محیطی، دانشگاه تبریز

2 -دانش آموخته کارشناسی ارشد، رشته سنجش از دور و GIS، گروه سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی، دانشکده برنامه‌ریزی و علوم محیطی، دانشگاه تبریز

3 دانشیار گروه آب و هواشناسی دانشگاه تبریز

10.22034/rsgi.2024.62795.1092

چکیده

هدف این تحقیق، بررسی ارتباط بین جزایر حرارتی سطحی شهری و آلاینده‌های هوای کلانشهر تبریز است. از تصاویر لندست 8 و 9 برای محاسبه دمای سطح زمین (LST) و جزایر حرارتی سطحی شهری (SUHI) از تصاویر سنتینل 5p برای آلاینده‌های هوا در تاریخ 2023 در دو فصل بهار و تابستان استفاده شد. از الگوریتم پنجره مجزا (SW) برای LST و الگوریتم SUHI برای محاسبه جزایره حرارتی سطحی شهری استفاده شد. از تحلیل ANOVA و همبستگی پیرسون برای رابطه بین SUHI با آلاینده‌های هوا استفاده گردید. نتایج نشان داد که مقدار LST و SUHI در محدوده مورد مطالعه به ترتیب در رنج 75/9 تا 57/46 و 48/20- و 07/9 درجه سانتی‌گراد بوده است که مقدار SUHI در فصل بهار نسبت به فصل تابستان بیشتر بوده است. نتایج آلاینده‌های هوا، شاخص جذب آئروسل (AAI)، مونوکسید کربن (CO)، نیتروژن دی اکسید (NO2)، سولفور دی اکسید (SO2) و ازن (O3) نشان داد که تراکم آلاینده‌ها در بخش‌های مرکزی، جنوبی، جنوب غربی محدوده مورد مطالعه متراکم بوده است. ارتباط آماری بین آلاینده‌های هوا و SUHI نشان دهنده رابطه معکس ضعیف بین این دو متغیر با R2 برابر با 003/0 تا 14/0 در نوسان است. همچنین تحلیل ANOVA نشان داد که بالا بودن مقدار آماره F (بین 3/40 تا 56/65) و سطح معنی‌داری پایین P_value به مقدار 000/0 می‌توان گفت که بین این دو متغیر رابطه معنی‌داری وجود دارد. بالا بودن اعداد آماره T نیز بیانگر معنی‌داری بودن این دو متغیر می‌باشد.

تازه های تحقیق

دمای سطح زمین یکی از پارامترهای کلیدی در مطالعات شهرها می­باشد. آلودگی هوا نیز یکی از علل ایجاد جزیره حرارتی شهر است که در شهرهای بزرگ به دلیل تراکم بالای جمعیت و به دنبال آن افزایش تعداد روزهای آلوده، رخداد آن در سال­های اخیر رو به افزایش بوده است. هدف از پژوهش حاضر بررسی ارتباط بین SUHI و آلاینده­های هوای کلانشهر تبریز می­باشد. بر همین اساس از تصاویر لندست و سنتینل 5p و از الگوریتم پنجره مجزا و الگوریتم شاخص SUHI برای محاسبه LST و جزایر حرارتی شهری و آلاینده­های هوا مثل AAI، SO2 ، NO2، COو O3 استفاده گردید. نتایج نشان داد که کمترین و بیشترین مقدار متوسط LST (در فصول بهار و تابستان) برابر با 75/9 تا 57/46 درجه سانتی گراد بوده است که قسمت­های شمالی گرم­ترین و قسمت­های شرق محدوده مورد مطالعه دارای سردترین بخش بودند. نتایج SUHI نیز نشان داد که میزان آن در فصل تابستان کمتر از فصل بهار بوده است. نتایج آلاینده های هوا در کلانشهر تبریز نشان داد که بیشترین مقدار آلاینده AAI در فصل تابستان بوده است در حالی که آلاینده CO برعکس AAI بوده است. بدین معنی که این آلاینده در فصل بهار بیشترین مقدار را دارا می­باشد. آلاینده­های دیگر نیز در هر دو فصل در بخش­های مختلف محدوده شهر پراکنده شده است. نتایج ارتباط آماری نشان داد که رابطه SUHI با آلاینده­های هوا به صورت معکوس یا منفی بوده است که صحت این ادعا براساس R2 تایید گردید. همچنین تحلیل ANOVA نشان داد که بالا بودن مقدار آماره F (بین 3/40 تا 56/65) و سطح معنی­داری پایین P_value به مقدار 000/0 می­توان گفت که بین این دو متغیر رابطه معنی­داری وجود دارد که این رابطه معنی­دار در فصل تابستان نسبت به فصل بهار بیشتر بوده است. بالا بودن اعداد آماره T نیز بیانگر رابطه معنی­داری بودن این دو متغیر می­باشد. در نهایت همبستگی پیرسون آلاینده­های هوا با SUHI نشان داد که همه آلاینده­های هوا با SUHI همبستگی منفی ضعیف و نسبتا ضعیفی داشتند که همبستگی NO2 با SUHI نسبت به بقیه آلاینده­ها بیشتر بوده است که براساس مقدار R مشخص گردیده است. نتایج این مطالعه با مطالعات مزیدی و همکاران (1402) که نشان داد روابط همبستگی بین دمای­ سطح زمین با آلاینده های هوا در سطح معناداری 01/0 تایید شد که در تابستان ضرایب همبستگی مذکور قوی تر و آلودگی نیز افزایش یافته است و هادی­پور و همکاران (1398) که نتایج آن­ها نشان دهنده همبستگی بین دمای هوا با LST و داده‌های کیفیت هوا  شامل ذرات معلق کمتر از 5/2 میکرون در سطح 99 درصد معنی‌دار بود، مطابقت دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Investigating the relationship between SUHI and air pollutants in Tabriz metropolis

نویسندگان [English]

  • Akbar Rahimi 1
  • Firouz Aghazadeh 2
  • Hashem Rostamzadeh 3

1 Associate Professor, Ph.D., Department of Urban and Regional Planning, Faculty of Planning and Environmental Sciences, Tabriz University

2 -MSc, Department of remote sensing and GIS, Faculty of Planning and Environmental Sciences, University of Tabriz

3 Associate Prof Department of Meteorology Department of and Plannin of Tabriz

چکیده [English]

The aim of this research is to investigate the relationship between urban surface heat islands and air pollutants in Tabriz metropolis. Landsat 8 and 9 images were used to calculate land surface temperature (LST) and urban surface heat islands (SUHI) from Sentinel 5p images for air pollutants in 2023 in spring and summer. The results showed that the value of LST and SUHI in the studied area was in the range of 9.75 to 46.57, -20.48 and 9.07 degrees Celsius, respectively, and the value of SUHI was higher in spring than in summer. is The results of air pollutants, aerosol absorption index (AAI), carbon monoxide (CO), nitrogen dioxide (NO2), sulfur dioxide (SO2) and ozone (O3) showed that the concentration of pollutants in the central parts South, southwest of the study area has been dense. The statistical relationship between air pollutants and SUHI shows a weak inverse relationship between these two variables with R2 equal to 0.003 to 0.14. Also, ANOVA analysis showed that the high value of F statistic (between 40.3 and 65.56) and the low significance level of P_value at 0.000 can be said that there is a significant relationship between these two variables. The high number of T statistic also indicates the significance of these two variables. The Pearson correlation results showed that the correlation of NO2 with SUHI with R equal to -0.37 and -0.42 in spring and summer, respectively, was higher than other pollutants.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Urban heat islands (SUHI)"
  • "air pollutants"
  • " multivariate regression"
  • " Pearson correlation"
  • "Tabriz metropolis

هدف این تحقیق، بررسی ارتباط بین جزایر حرارتی سطحی شهری و آلاینده‌های هوای کلانشهر تبریز است. از تصاویر لندست 8 و 9 برای محاسبه دمای سطح زمین[1] (LST) و جزایر حرارتی سطحی شهری[2] (SUHI) از تصاویر سنتینل 5p برای آلاینده­های هوا در تاریخ 2023 در دو فصل بهار و تابستان استفاده شد. از الگوریتم پنجره مجزا[3] (SW) برای LST و الگوریتم SUHI برای محاسبه جزایره حرارتی سطحی شهری استفاده شد. از تحلیل ANOVA و همبستگی پیرسون برای رابطه بین SUHI با آلاینده­های هوا استفاده گردید. نتایج نشان داد که مقدار LST و SUHI در محدوده مورد مطالعه به ترتیب در رنج 75/9 تا 57/46 و 48/20- و 07/9 درجه سانتی­گراد بوده است که مقدار SUHI در فصل بهار نسبت به فصل تابستان بیشتر بوده است. نتایج آلاینده­های هوا، شاخص جذب آئروسل[4] (AAI)، مونوکسید کربن[5] (CO)، نیتروژن دی اکسید[6] (NO2)، سولفور دی اکسید[7] (SO2) و ازن[8] (O3) نشان داد که تراکم آلاینده­ها در بخش­های مرکزی، جنوبی، جنوب غربی محدوده مورد مطالعه متراکم بوده است. ارتباط آماری بین آلاینده­های هوا و SUHI نشان دهنده رابطه معکس ضعیف بین این دو متغیر با R2 برابر با 003/0 تا 14/0 در نوسان است. همچنین تحلیل ANOVA نشان داد که بالا بودن مقدار آماره F (بین 3/40 تا 56/65) و سطح معنی­داری پایین P_value به مقدار 000/0 می­توان گفت که بین این دو متغیر رابطه معنی­داری وجود دارد. بالا بودن اعداد آماره T نیز بیانگر معنی­داری بودن این دو متغیر می­باشد. نتایج همبستگی پیرسون نشان داد که همبستگی NO2 با SUHI با R برابر با 37/0- و 42/0- به ترتیب در بهار و تابستان نسبت به بقیه آلاینده­ها بیشتر بوده است.

انصاری، محمد رضا، نوروزی، آذین. (1402). بررسی خودهمبستگی فضایی دمای سطح زمین و ارتباط آن با کاربری اراضی شهر اهواز. جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، 34(3)، 141-166.
آروین، عباسعلی. (1397). بررسی جزیره حرارتی در ارتباط با آلودگی هوا در شهر اصفهان. جغرافیا و مخاطرات محیطی، 7(25 )، 115-129.
بختیاری، ساجده، میر احمدی، مژده، گلستانی کرمانی، سودابه، بختیاری، بهرام. (1400). شناسایی روند تغییرات دمای هوا و خاک با استفاده از آزمون‌های پارامتری و ناپارامتری درسه ایستگاه همدیدی جنوب شرق کشور. نیوار، 45(112-113)، 16-27. .
پناهی، علی. (1397). بررسی ارتباط بین آلاینده های شاخص کیفیت هوا و پارامترهای هواشناسی در اینورژهای شدید شهر تبریز. فضای جغرافیایی.; ۱۸ (۶۲) :۶۳-۷۶.
پهلوان زاده، نوشین، جانعلی پور، میلاد، عباس زاده طهرانی، نادیا، فرهنج، فریناز. (1398). بهبود صحت استخراج دمای سطح زمین از باندهای حرارتی ماهوارة لندست با استفاده از رگرسیون خطی و مشاهدات زمینی. جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، 30(3)، 59-78.
شیخی، حجت، ملک محمدی، رضا. (1402). بررسی تغییرات کاربری اراضی بر الگوهای زمانی- مکانی دمای سطح زمین در اراضی شهری با استفاده از داده‏ های سنجش‌ازدور و GIS (مطالعه موردی: شهر ایلام). مجله علمی " آمایش سرزمین "، 15(1)، .165-186.
صدرموسوی، میرستار، رحیمی، اکبر. (1389). مقایسه نتایج شبکه‌های عصبی پرسپترون چند لایه با رگرسیون چندگانه در پیش‌بینی غلظت ازن در شهر تبریز. پژوهش های جغرافیای طبیعی، 42(71)، -.
صدرموسوی، میرستار، و رحیمی، اکبر. (1387). ارزیابی کاربرد شبکه های عصبی مصنوعی در پیش بینی منوکسید کربن در هوای شهر تبریز. منابع طبیعی ایران، 61(3)، 681-691.
عرب، نرگس، سلمان ماهینی، عبدالرسول، میکاییلی تبریزی، علیرضا، ویته، توما. (1401). تعیین دمای سطح زمین با استفاده از دو الگوریتم پنجره مجزا و تک پنجره - مطالعه موردی: شهر مشهد. فصلنامه علمی- پژوهشی اطلاعات جغرافیایی « سپهر»، 31(124)، .53-73. 
فیضی زاده، بختیار، دیده بان، خلیل، غلام نیا، خلیل. (1395). برآورد دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهواره لندست8 و الگوریتم پنجره مجزا(مطالعه موردی: حوضه آبریز مهاباد). فصلنامه علمی- پژوهشی اطلاعات جغرافیایی « سپهر، 25(98)، 171-181. .
قربانی، سمیرا، مدرس، رضا (1398). مدل‌سازی رابطه فراوانی طوفان‌های گردوغبار با متغیر‌های اقلیمی فصل تابستان در مناطق بیابانی ایران. علوم آب و خاک.; ۲۳ (۳) :۱۲۵-۱۴۰.
محمدخورشیددوست، علی، محمدی، غلام حسن، عقلمند، فریبا، حسینی صدر، عاطفه. (1397). تحلیل آماری- توصیفی ارتباط پارامترهای جوی با آلودگی هوای شهر تبریز. مدیریت مخاطرات محیطی، 5(2)، 217-230..
مزیدی، احمد، روستا، ایمان، محمدی راوری، فروغ. (1402). تغییرات زمانی جزایر حرارتی شهری و ارتباط آن با آلودگی هوا با سنجش از دور در شهر کرمان. پژوهش‌های تغییرات آب و هوایی، 4(14)، 103-120. .
مسعودیان، سیدابوالفضل، و منتظری، مجید. (1399). رفتار زمانی – مکانی جزیره ی گرمایی کلانشهر اصفهان. مخاطرات محیط طبیعی، 9(24 )، 35-46.
میکائیلی حاجی‌کندی، خدیجه، سبحانی، بهروز، ورامش، سعید. (1400). آشکارسازی تغییرات دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای و داده‌های واقعی و ارتباط آن با پوشش اراضی بخش جنوبی دریاچه ارومیه. فصل‌نامه تحقیقات جغرافیایی.; ۳۶ (۲) :۱۹۱-۲۰۳.
ناجی دومیرانی، صادق، ضیائیان، پرویز، سدیدی، جواد، و رحیمی، کامران. (1396). محاسبه دمای سطح زمین با استفاده از الگوریتم split window و تصاویر ماهواره لندست 8 (مطالعه موردی: شهرستان نهاوند). همایش ملی ژئوماتیک.
نوروزی، آذین، نوروزی، الدوز. (1402). کاربرد الگوریتم پنجره مجزا در شناسایی جزایر حرارتی شهرستان یزد. مدل سازی و مدیریت آب و خاک، 3(1)، .115-129. 
هادی پور، مهرداد، دارابی، حمید، داودی راد، علی اکبر. (1398). بررسی جزایر حرارتی شهری و ارتباط آن با شرایط آلودگی هوا و شاخص های NDVI و NDBI در شهر اراک. فصلنامه علمی- پژوهشی اطلاعات جغرافیایی « سپهر»، 28(112)، 249-264. .
Amiri، R.، Weng، Q.، Alimohammadi، A.، & Alavipanah، S. K. (2009). Spatial–temporal dynamics of land surface temperature in relation to fractional vegetation cover and land use/cover in the Tabriz urban area، Iran. Remote sensing of environment، 113(12)، 2606-2617.
Feizizadeh، B.، & Blaschke، T. (2013). Examining urban heat island relations to land use and air pollution: Multiple endmember spectral mixture analysis for thermal remote sensing. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing، 6(3)، 1749-1756.
Huang، X.، Li، J.، Yang، J.، Zhang، Z.، Li، D.، Liu، X.، 2021. “30 m global impervious surface area dynamics and urban expansion pattern observed by Landsat satellites: from 1972 to 2019”. Sci. China Earth Sci. 64، 1922–1933. https://doi.org/10.1007/ s11430-020-9797 – 9
Liu، l.، zhang، y. (2011).urban heat island analysis using the landsat TM data and ASTER data: a case study in hong kong”.، remote sensing، 3(71)1535-1552.
Rahimi، A.، & Nobar، Z. (2023). The impact of planting scenarios on agricultural productivity and thermal comfort in urban agriculture land (case study: Tabriz، Iran). Frontiers in Ecology and Evolution، 11، 1048092.
Ying، D.، Huihui، F.، Bin، Z & Yunfeng، N. (2022).Heterogeneous air pollution controls its correlation to urban heat island: A satellite perspective”. Advances in Space Research، Volume (69). Pages 4252-4262. https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.03.027.
Yuanyuan، W.، Zhongyang، G & Ji، H. (2021). "The relationship between urban heat island and air pollutants and them with influencing factors in the Yangtze River Delta، China".، Ecological Indicators، Volume(129). https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2021.10797 6.
Zarghami، M.; Abdi، A.; Babaeian، I.; Hassanzadeh، Y.; Kanani، R. Impacts of climate change on runoffs in East Azerbaijan، Iran. Glob. Planet. Chang. 2011، 78، 137–146. Google Scholar.
نشریه کاربرد سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی در علوم محیطی
دوره 4، شماره 11
مرداد 1403
صفحه 75-51
  • تاریخ دریافت: 14 مرداد 1403
  • تاریخ بازنگری: 11 مهر 1403
  • تاریخ پذیرش: 26 مهر 1403