Remote Sensing and GIS Applications in Environmental Sciences

Investigating the relationship between SUHI and air pollutants in Tabriz metropolis

Document Type : Original Article

Authors

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

10.22034/rsgi.2024.62795.1092

Abstract

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.

Keywords

Main Subjects

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.
Remote Sensing and GIS Applications in Environmental Sciences
Volume 4, Issue 11
August 2024
Pages 75-51
  • Receive Date: 04 August 2024
  • Revise Date: 02 October 2024
  • Accept Date: 17 October 2024