جزایر حرارتی شهری (UHI)

امروزه افزایش درجه حرارت برخی از مناطق پرجمعیت شهری   در مقایسه با   محدوده روستایی   اطراف، پدیده ای تحت عنوان   جزیره گرمایی شهری   را به وجود آورده و موجب بروز مشکلات فراوانی شده است . جزیره حرارتی شهری، سطحی از شهر است که به میزان قابل توجهی از مناطق روستایی اطراف گرم تر است . بدین منظور، ابتدا 8 تصویر ماهواره ای دوره گرم سال شهر اراک، طی بازه زمانی 1985 تا 2017 با استفاده از داده های سنجنده های ( TM ) لندست های 4 و 5، (+ ETM )  لندست 7، ( OLI / TIRS ) لندست 8 جمع آوری و استخراج گردید. بعد از پیش پردازش های لازم، شاخص های تفاضل پوشش گیاهی نرمال ( NDVI ) ، دمای سطح زمین ( LST ) و شاخص پراکندگی عرصه حرارتی شهر با ارزیابی اکولوژیکی ( UTFVI ) محاسبه گردید. الگوریتم مورد استفاده برای استخراج درجه حرارت سطح زمین، الگوریتم تک پنجره ( Mono_Window ) می باشد که گسیلمندی آن با استفاده از شاخص پوشش گیاهی ( NDVI ) به دست آمد. براساس نتایج حاصل از پردازش تصاویر، مکان های دارای جزیره حرارتی، چگونگی تغییرات دمایی شهر، ارتباط بین تغییرات دمای سطح زمین با پوشش سطحی بررسی و تحلیل گردید تا جزایر حرارتی شهری اراک شناسایی و تحلیل شوند. نتایج به کارگیری شاخص های ( NDVI ) و ( LST ) نشان داد که، بیشترین نمود جزایر حرارتی، در مناطق با کاربری صنعتی، مکان های پرترافیک و دارای آلودگی شدید هوا و تراکم بالای جمعیت، مناطق با پوشش گیاهی ضعیف، مناطق دارای بافت فشرده و فرسوده مشاهده گردید. تحلیل نقشه های دمایی نیز مشخص کرد که، کاربری های مسکونی به سرعت پیشرفت نموده اند و همچنین کاربری های صنعتی در حاشیه های شهر به ویژه در منطقه یک شهرداری باعث افزایش دما در آن مناطق شده است. تغییرات مقیاس زمانی الگوهای دمایی اراک نشان داد که، از سال 1985 تا 2017 در منطقه یک شهرداری (شرق و شمال شرقی اراک) حدود 4/3 درصد بر مساحت طبقه چهارم دمایی(41 تا 48 درجه سانتی گراد) افزوده شده و الگوهای حرارتی در منطقه مذکور بیشترین شدت دمایی را داشته است. در منطقه دو و سه شهرداری که جزء بافت قدیمی و با تراکم شدید کاربری های مسکونی مشخص و ازنظر پوشش گیاهی فقیر هست نیز باعث تجمع دماهای نسبتاً بالا در این مناطق شده است. در منطقه چهار و پنج به دلیل وجود پوشش گیاهی انبوه، میزان تجمع جزایر حرارتی کم بوده و همواره دمای پایین تر ثبات داشته است. در حاشیه های شهری به دلیل کمربند شمالی و ترافیک و تردد ماشین های سنگین، جزایر حرارتی به صورت نواری تشکیل شده است. توسعه کاربری شهری در طول دوره مورد مطالعه، بسیار محسوس بوده است. به طوری که از سال 2002 به بعد، شاهد افزایش دما و کاهش مساحت پوشش گیاهی در سطح وسیعی از شهر اراک بودیم. براساس نتایج حاصل از شاخص ( UTFVI ) ، در حاشیه های شهر، به علت وجود تجمع جزایر حرارتی، وضعیت دمای بحرانی آزاردهنده حاکم است. اما در مکان های با پوشش گیاهی و تعدیل دما، به ویژه منطقه 4 و 5 وضعیت بحرانی اندکی، حاکم بوده است.

ارزیابی جزایر حرارتی شهری یک متغیر کلیدی در مطالعات علوم محیطی محسوب می شود، چراکه با مدل کردن تعاملات شار سطح زمین می توان به بسیاری از مشکلات شهرنشینی جامعه مدرن پاسخی بهینه داد. این مطالعه باهدف آشکارسازی جزایر حرارتی شهر اراک و خوشه ای شدن آن به رشته تحریر در آمده است. بدین منظور ابتدا تصاویر حسگرهای و ماهواره لندست 8 برای ماه اوت سه سال متوالی 2013، 2014 و 2015 از پایگاه علوم زمین ایالات متحده امریکا ( ) اخذ گردید. برای استخراج مقادیر UHI از LST از تابع های خودهمبستگی موران جهانی و تحلیل لکه های داغ با استفاده از قابلیت های برنامه نویسی محیط های و استفاده شد. بعد از محاسبه دمای سطح زمین (LST) با استفاده از شاخص تحلیل لکه های داغ ( ) خوشه های گرم و سرد جزایر حرارتی اراک استخراج شدند. برای ارزیابی عوامل مؤثر در شکل گیری و خوشه ای شدن جزایر حرارتی شهر اراک از دو شاخص NDVI و NDBI بهره برده شد. نتایج نشان داد که دو پارامتر پوشش گیاهی و مناطق ساخته شده شهری با دمای سطح زمین همبستگی قوی دارند، بطوریکه شاخص پوشش گیاهی باعث تعدیل جزایر حرارتی شهری و مناطق ساخته شده شهری موجب تشدید جزایر حرارتی شهری اراک گردیده اند. ارزیابی تطبیقی جزایر حرارتی اراک منجر به آشکارسازی دو نوع جزیره حرارتی شهری گردید؛ جزایر حرارتی کانونی و جزایر حرارتی خطی. تحلیل خودهمبستگی فضایی با شاخص های موران جهانی نشان داد که دمای سطح زمین اراک دارای ساختار فضایی بوده یا به عبارتی دمای سطح زمین اراک به شکل خوشه ای توزیع شده اند. درنهایت تحلیل لکه های داغ ( ) تأییدی آشکار بر متمرکز شدن و خوشه ای شدن جزایر حرارتی شهر اراک در فضا با افزایش دوره زمانی بوده است.