سنجش از دور حرارتی

تغییر خصوصیات بیوفیزیکی سطح زمین یکی از مهم ترین اثرهای منفی فعالیت های انسانی است. هدف از پژوهش حاضر تلفیق قابلیت های سنجش از دور انعکاسی و حرارتی برای بررسی و پایش روند تغییرات خصوصیات بیوفیزیکی سطح منطقه معدن مس سونگون ناشی از فعالیت های معدنی طی سه دهه گذشته است. بدین منظور، از مجموعه داده های انعکاسی و حرارتی تصاویر ماهواره ای، ایستگاه های هواشناسی، و بازدید زمینی استفاده شده است. در این پژوهش، برای طبقه بندی کاربری اراضی از الگوریتم طبقه بندی بیشترین شباهت، محاسبه دمای سطح از الگوریتم تک کاناله و مدل سازی خصوصیات بیوفیزیکی روشنایی، سبزینگی، و رطوبت سطح بازه زمانی ۱۳۶۸-1396 به ترتیب از پارامترهای آلبیدو، NDVI، و NDWI استفاده شد. نتایج نشان می دهد که بر اثر گسترش و توسعه فعالیت های معدنی مساحت جنگل ها از 94/995 هکتار به 27/594 هکتار کاهش یافته است. طی بازه زمانی ۱۳۶۸-1396 مقدار میانگین پارامترهای آلبیدو، NDVI، و NDWI به ترتیب 1/0 افزایش، 08/0 کاهش، و 12/0 افزایش یافته است. همچنین، تغییر کاربری جنگل به معدن به صورت میانگین سبب افزایش 8/5 درجه کلوین دمای سطح شده است. نتایج پژوهش حاکی از کارایی بسیار بالای تلفیق قابلیت های سنجش از دور انعکاسی و حرارتی برای پایش و مدیریت پدیده های مختلف انسانی، محیطی، و طبیعی است.

دمای سطحی زمین یکی از کلیدی ترین پارامترهای مورد نیاز مطالعات محیطی مختلف در مقیاس های محلی تا جهانی می باشد. با توجه به محدودیت های ایستگاه های هواشناسی، سنجش از دور حرارتی افق جدیدی برای کسب این نوع اطلاعات باز کرده است. اخیراً با پرتاب موفقیت آمیز ماهواره لندست 8 که دارای دو باند حرارتی است، امکان خوبی برای برآورد دمای سطح زمین با استفاده از فناوری سنجش از دور حرارتی فراهم شده است. روش های زیادی برای محاسبه دمای سطحی زمین گسترش پیدا کرده است ولی با توجه به گزارش هایی مبنی بر وجود عدم قطعیت قابل توجه در کالیبراسیون باند 11 سنجنده TIRS ماهواره لندست 8، کماکان گسترش روش های مبتنی بر یک باند حرارتی ضروری به نظر می آید. در این مطالعه، روش پنجره یکتا که سه پارامتر اساسی آن قابلیت انتشار زمینی، قابلیت عبور اتمسفری و میانگین دمای مؤثر هوا می باشند، برای ماهواره لندست 8 بهینه شده و تحت الگوریتمی خودکار در محیط نرم افزار MATLAB ارائه شده است. این الگوریتم با کمترین مداخله کاربر، در کمترین زمان در مقایسه با روش های رایج و با دقت قابل قبولی دمای سطحی زمین را برآورد می کند. پس از اعمال الگوریتم بر روی تصاویر ماهواره ای مربوط به منطقه مورد مطالعه در 28 تیرماه 1395، دمای سطحی پایین تر مناطق با پوشش گیاهی نسبت به زمین های بایر و مناطق شهری با دقت 1/2 درجه سانتی گراد قابل مشاهده است.

سنجش از دور حرارتی با پوشش وسیع از سطح زمین و همچنین فراهم آوردن قابلیت محاسبه دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهوارهای، به عنوان ابزار اقتصادی جدید نقش مهمی را در مطالعات محیط زیستی از جمله جستجوی منابع زمین گرمایی ایفا می کند. تهیه نقشه دمای سطح زمین، نکته کلیدی در دستیابی به ناهنجاریهای زمینگرمایی است که در پژوهش حاضر با استفاده از دادههای طیفی سنجنده OLI و دادههای حرارتی سنجنده TIRS ماهواره لندست 8، دمای سطح زمین با الگوریتم های تک باندی و پنجره مجزامحاسبه گردیده و اطلاعات حرارتی حاصل از الگوریتم ها با داده های هواشناسی مورد ارزیابی قرار گرفت تا با استفاده از الگوریتم بهینه، نقشه دمای سطح زمین در سطح منطقه مورد مطالعه محاسبه شود. با توجه به اختلاف دمایی 6/1 درجه سانتیگراد الگوریتم پنجره مجزا در مقایسه باالگوریتم تک باندی با اختلاف دمایی 3 درجه سانتی گراد نسبت به دمای هوای حاصل از ایستگاه هواشناسی در لحظه تصویر برداری از نتیجه الگوریتم پنجره مجزا جهت تهیه نقشه دمای سطح زمین استفاده گردید. اما حرارت سطحی محاسبه شده با الگوریتم پنجره مجزا در سطح منطقه مورد مطالعه تحت تاثیر عواملی مثل نور خورشید، ضریب افت محیط، تبخیر و تعرق و به علاوه منابع زمین گرمایی بود که بایستی تاثیر عوامل غیر از منابع زمین گرمایی از نقشه دمای سطح زمین کم شده و به حداقل ممکن برسد. بنابراین برای نایل آمدن به این هدف از مدل حرارتی استفاده گردید که این مدل حرارتی استفاده شده یک مدل خطی است و ضرایب مجهول آن با استفاده از روش سرشکنی کمترین مربعات محاسبه گردیده است. با تجزیه و تحلیل تصویر آنومالی حرارتی حاصل از مدل حرارتی، مناطقی به عنوان مناطق مستعد منابع ژئوترمال انتخاب شدند که علاوه بر اینکه نسبت به محیط اطراف خود دچار ناهنجاری شدند بلکه شواهد وجود منابع زمین گرمایی نیز در اطراف آنها موجود بود به گونه ای که دو منطقه با وسعت 5/5 و 05/10 هکتار در قسمت شمالی و شمال شرقی دهکده موئیل، یک ناحیه با وسعت 1/4 در جنوب غربی آبگرم قوطورسویی  و یک ناحیه در قسمت جنوبی آبگرم قینرجه با وسعت 1/1 هکتار به عنوان مناطق مستعد منابع زمین گرمایی در ناحیه اطراف کوهستان سبلان شناسایی شدند که از پتانسیل بالایی جهت اکتشاف منابع ژئوترمال برخوردار بودند.

در عصر حاضر، گرم ترشدن محیط زیست شهری یکی از آثار ناآگاهانه توسعه شهری ناپایدار است که با کاهش پوشش گیاهی در ارتباط است. بنابراین، آگاهی از درجه حرارت سطح زمین برای اجرای مطالعات علوم زمین، از قبیل تغییرات محیط زیست جهانی و مخصوصاً آب و هوای شهری، ضروری است. بدین منظور، توزیع مکانی و تغییرات دمای سطح با توجه به نقشه های کاربری اراضی و شاخص پوشش گیاهی در شهرستان بهبهان تجزیه و تحلیل شده است. بدین منظور، از تصاویر ماهواره لندست سنجنده های ETM+ و OLI استفاده شد. پس از تصحیحات هندسی و اتمسفری، تصاویر با استفاده از الگوریتم حداکثر احتمال طبقه بندی شد. همچنین، تغییرات دما با مدل LCM ارزیابی شد. نتایج نشان داد طبقه یک دمایی (دمای کمتر از 13 درجه سانتی گراد)، که خنک ترین پهنه هاست، در دو بخش کوهستانیِ شمالی و جنوبی بیشترین گسترش را دارد. در هسته شهرنشینی، طبقه یک دمایی در سال 1378 به صورت لکه هایی پراکنده منطبق بر پارک های شهری گسترده شده است و در سال 1392، برخلاف انتظار، با توجه به کاهش چشم گیر دما نسبت به سال های گذشته نواحی شهری در طبقه اول قرار گرفته است. روی هم گذاری نقشه هر کدام از طبقات دما به کل طبقات با نقشه های کاربری اراضی نشان داد مرکز شهر، بخش هایی از اراضی لخت، و بخش هایی از اراضی کشاورزی در غرب منطقه در طبقه اول قرار گرفته اند. همچنین، بیشتر اراضی لخت و کشاورزی و بخش های اندکی از مراتع در طبقه دوم، بیشتر اراضی مرتعی در طبقه سوم، و بخش های کمی از این اراضی در طبقه چهارم اند.

در فرایند شهری شدن، برنامه ریزیِ مطلوبِ استفاده از اراضی بسیار مهم است. چرا که نحوه ی استفاده از اراضی تأثیرات قابل توجّهی را در رژیم دمایی شهر دارد. در این راستا، هدف پژوهش حاضر مطالعه ی دمای سطح زمین دررابطه با کاربری اراضی بود. داده های پژوهش شامل شیپ فایل کاربری اراضی و تصویر روز ماهواره لندست 8 در مسیر 168 و ردیف 32 به تاریخ 07/04/1399 می باشد. جهت استخراج دمای سطح زمین از نرم افزار ArcMap استفاده شد. همچنین، برای بررسی تفاوت در میانگین دما بین کاربری های مختلف از آزمون کروسکال - والیس در نرم افزار SPSS بهره گرفته شد. نتایج نشان داد که میانگین دمای شهر تبریز برابر با 41/28 درجه سانتی گراد و انحراف معیار 62/4 می باشد. همچنین، حداقل دمای آن برابر با 55/13 درجه سانتی گراد و بیش ترین دمای نیز آن برابر با 29/39 درجه سانتی گراد است. نتایج پژوهش به تفکیک کاربری های مختلف نشان داد که فرودگاه شهر تبریز با میانگین دمای 81/33 درجه سانتی گراد (انحراف معیار 81/1) دارای بیش ترین میانگین دمایی نسبت به سایر کاربری ها می باشد. در ادامه، به ترتیب کاربری های نظامی با میانگین دمای 22/32 درجه سانتی گراد (انحراف معیار 52/2)، اراضی بایر با میانگین دمای 57/30 درجه سانتی گراد (انحراف معیار 15/3)، کاربری صنعتی با میانگین دمای 51/30 درجه سانتی گراد (انحراف معیار 71/2)، رودخانه با میانگین دمای 07/30 درجه سانتی گراد (انحراف معیار 53/2)، فضای سبز با میانگین دمای 88/29 درجه سانتی گراد (انحراف معیار 94/2)، اراضی در حال ساخت با میانگین دمای 62/25 درجه سانتی گراد (انحراف معیار 22/3) و اراضی ساخته شده با میانگین دمای 61/23 درجه سانتی گراد (انحراف معیار 91/3) قرار دارند. همچنین، تفاوت دمای سطح زمین بین کاربری های مختلف در سطح 000/0 معنی دار گردید که نشان از وجود تفاوت بین دمای کلاسه های مختلف کاربری دارد. بر اساس مقایسه ها مشخص گردید که به جز میانگین دمای فضای سبز و رودخانه، بین میانگین دمای تمام کاربری ها به لحاظ آماری تفاوت معنی داری وجود دارد.

دما مهم ترین پارامتر اقلیمی در مطالعه تغییرات مکانی و زمانی فنولوژی گیاهان است؛ ازاین رو مطالعه حاضر با هدف بررسی پتانسیل داده های دمایی سنجنده مودیس در تهیه نقشه های درجه روزرشد (GDD) و مراحل گوناگون فنولوژی، درمورد گونه های مرتعی Astragalus effusus و Bromus tomentllus، در استان چهارمحال و بختیاری انجام شد. نقشه های دمایی (حداکثر، حداقل و میانگین)، GDD و مراحل متفاوت فنولوژی گونه های یادشده از داده های مودیس متعلق به فصل رویش در سال های 1396 و 1397 استخراج و با استفاده از داده های ایستگاه های هواشناسی و همچنین داده های فنولوژی میدانی در سه سایت مرتعی در منطقه با ارتفاع های متفاوت، ازطریق آزمون پیرسون مقایسه و صحت سنجی شد. نتایج حاکی از آن بود که تولیدات دمایی و GDD حاصل از تصاویر مودیس، به ترتیب، با داده های دمایی ایستگاه های هواشناسی و نیز GDD محاسبه شده در سایت ها بیش از 91 و 99% همبستگی دارد (p<0.001). نقشه ها مقدار GDD را، در اوایل فصل رویش، کمتر از 16 و در اواخر این دوره، بیش از 5200 نشان دادند که به ترتیب، بیانگر یک مرحله و تمامی مراحل فنولوژی گونه های مطالعاتی در منطقه بود. یافته های تحقیق نشان داد که مراحل فنولوژی گونه های مورد بررسی را می توان با استفاده از داده های مودیس، ازلحاظ مکانی و زمانی، از هم تفکیک کرد. با توجه به اینکه حفظ بقای گونه ها و بهره برداری پایدار از مراتع مستلزم آگاهی از مراحل گوناگون فنولوژی است، نقشه فنولوژی گونه ها می تواند ابزار کارآمدی، در مدیریت مراتع در سازمان های مرتبط، محسوب شود.