جزایر حرارتی شهری

افزایش دمای سطح زمین و شکل گیری جزایر حرارتی در کلان شهرها به یکی از معضلات زیست محیطی تبدیل شده است که در نتیجه گسترش برنامه ریزی نشده این شهرها پدید آمده است. امروزه استفاده از تصاویر ماهواره ای در مطالعات محیط زیست شهری به دلیل فراهم آوردن دید یکپارچه و کاهش هزینه و زمان انجام مطالعات، رشد فزاینده ای داشته است. هدف از این مطالعه بررسی تغییرات دمایی و گسترش جزیره حرارتی در شهر مشهد به دنبال گسترش این شهر در دهه های اخیر است. در این تحقیق با استفاده از تصاویر چندزمانه لندست (TM 1987، ETM+ 2000 و OLI/TIRS 2014) و روش حد آستانه NDVI و قانون پلانک برای تصاویر TM و ETM+ و الگوریتم دو پنجره برای تصاویر OLI/TIRS، دمای سطح زمین استخراج شد. سپس دمای سطح زمین نرمال گردید و رابطه آن با کسر پوشش گیاهی و تغییرات کاربری - پوشش زمین بررسی شد. نتایج نشان داد که حدود 2500 هکتار از اراضی کشاورزی و فضای سبز به کاربری ساخته شده تبدیل شده که تقریباً برابر با افزایش مساحت طبقه دمایی بسیار گرم بوده است. این موضوع نشان می دهد که کاهش پوشش گیاهی، مهم ترین عامل در گسترش جزایر حرارتی شهر مشهد بوده است. بررسی تعییرات دمای سطح زمین و جزیره حرارتی نشان داد با از بین رفتن پوشش گیاهی داخل و اطراف شهر طبقه دمایی بسیار خنک (29- 25 درجه سانتیگراد)، جای خود را به طبقه دمایی متوسط (37 – 33 درجه) داده است. همچنین با دستکاری دامنه های اطراف شهر، دمای آنها افزایش یافته و به طبقه دمایی گرم (41 – 41 درجه) و بسیار گرم (45 – 41 درجه) تغییر یافته اند. نتایج تغییرات توزیع دمای سطح نشان داد که چندین خوشه دمایی در شمال غرب، جنوب و جنوب غرب مشهد توسعه یافته اند. این تغییرات در شمال غرب به دلیل دستکاری اراضی متصل به شهر برای آماده سازی این اراضی برای گسترش آتی شهر و در جنوب به دلیل توسعه فرودگاه بوده است. همچنین دامنه های رو به آفتاب در غرب و جنوب غرب به دلیل دستکاری این دامنه ها گرم تر شده اند. علاوه بر این، تبدیل اراضی کشاورزی در شرق و شمال شرق باعث تغییر دما از طبقه دمایی خیلی خنک و خنک (33 - 29 درجه) به متوسط و تا حدودی گرم شده است.

خرد اقلیم ها و کیفیت هوا در فضاهای شهری از منافع بزرگ برای رفاه شهروندان است. کنترل جزایر حرارتی شهری از مهمترین نگرانی ها برای بهبود راحتی و سلامت انسان به خصوص در مناطق با آب و هوای گرم است. به دست آوردن آسایش حرارتی در داخل ساختمان نسبتا آسانتر بوده در صورتی که در فضا های باز بدست آوردن این آسایش بسیار دشوارتر است و به همین دلیل خیلی کمتر روی آن کار شده است. جزایر حرارتی در مقیاس بزرگ بیشتر مربوط به نحوه شهرسازی می باشد ولی در مقیاس کوچکتر یکسری اصول و قواعدی وجود دارد که می توان در جهت کنترل آن موثر باشد. کنترل انرژی تابشی خورشید، استفاده و هدایت مناسب جریان باد و ایجاد رطوبت در فضا اصول اصلی در این راستا هستند که شامل راهکارهایی بر معماری ساختمان و منظره اطراف آن خواهد بود از جمله رعایت فاصله و ارتفاع مناسب ساختمان ها نسبت به هم، استفاده از سطوح سرد با قابلیت کمتر جذب نور، استفاده از آب نماها و آبفشانها و ... که اولویت بندی آنها با توجه به شرایط ویژه می تواند تغییر کند و در این پژوهش مورد بررسی قرار می گیرند.

امروزه شهرنشینی و پیامدهای زیست محیطی آن بر همگان آشکار شده است. از میان عوامل ویرانگر شهری، سیاستمداران و پژوهشگران حوزه علوم محیطی، بیش از هر عامل دیگری به جزایر حرارتی توجه داشته اند. هدف از این پژوهش، شناسایی مناطق بحرانی زیست محیطی جزایر حرارتی شهری اصفهان است. برای دستیابی به این هدف، ابتدا 9 تصویر مربوط به دوره گرم سال، طی دوره آماری 2013 تا 2015 از ماهواره لندست 8 بارگیری و سپس پیش پردازش های لازم، دمای سطح زمین (LST) و شاخص تفاضل بهنجارشده پوشش گیاهی (NDVI) محاسبه شد. در ادامه از شاخص قیاسی وضع بحرانی زیست محیطی (ECI) برای شناسایی مناطق حساس استفاده شد. نتایج نشان داد به دلیل وجود جزایر حرارتی سرد ( 1) بین مرکز شهر و حومه، شیب حرارتی تندی وجود دارد و بزرگ ترین جزیره حرارتی شهری در منطقه 6 شناسایی شد. جزایر حرارتی کانونی و جزایر حرارتی نواری، دو گونه دیگر از جزایر حرارتی شهری هستند که پس از مناطق پیرامونی، در بیشترین مناطق این شهر دیده شد. بیشترین حساسیت زیست محیطی در مناطق جنوبی شهر (منطقه 6 شهری) و کمترین حساسیت زیست محیطی نیز در مرکز شهر (مناطق 1 تا 3 شهری) بود. بر این اساس، توسعه بام سبز و پوشش گیاهی سازمان یافته و متناسب با آب و هوای بومی، بهترین راهکار برای تعدیل جزیره حرارتی و برون رفت از بحران پیش روست.

بررسی وضعیت پراکندگی تابش های حرارتی و ارتباط آن ها با انواع کاربرهای موجود، در شناخت میکروکلیمای نواحی مختلف شهرها دارای اهمیت زیادی می باشد. توسعه شهرنشینی و فعالیت های صنعتی در شهرهای بزرگ منجر به تغییرات وسیعی درمشخصات فیزیکی سطح زمین، انرژی گرمایی آزاد شده، تغییرات دما و سایر پارامترهای هواشناختی شده و جزیره گرمایی شهری را ایجاد می کند. علم سنجش از دور با استفاده از تشعشع مادون قرمز حرارتی و کاربرد مدل های فیزیکی ابزار مناسبی جهت محاسبه مقدار دمای سطح در نواحی وسیع محسوب می شود. در پژوهش حاضر از تصاویر ماهواره ای TIRS,OLI سنجنده لندست 8 جهت شناخت محدوده تشکیل جزایر حراتی شهر ارومیه در برهه زمانی 1392 الی 1395 استفاده شده است. نتایج حاصل از پردازش تصاویر ماهواره ای نشان می دهد که کمینه و بیشنه دمای شهر ارومیه طی سال 1392 تا 1395 روند صعودی داشته و این افزایش دمایی در زمین های بایر شهر به مراتب چشمگیرتر می باشد و در طی 4 سال بررسی سه منطقه اصلی شناسایی شد که تغییرات مکانی هسته جزیره حرارتی در آنها یا در حد فاصل آنها صورت می گیرد. این سه منطقه عبارتند از : شمال شهر ، غرب شهر و قسمت مرکزی شهر ارومیه، همچنین منطقه 5 شهر ارومیه با داشتن درصد بیشتری از مساحت در گرید دمایی بالا نسبت به سایر مناطق، گرم ترین منطقه شهر ارومیه شناسایی شد

پدیدة جزیرة حرارتی شهری، با توجه به دگرگونی های هواسپهری همراه با افزایش شهرنشینی، طی سال های واپسین شدت یافته است. الگوهای فضایی- زمانی ترکیبات بیوفیزیکی که دربرگیرندة پوشش گیاهی، سطح نفوذناپذیر و نوع خاک در شهرند جزایر حرارتی شهری را تحت تأثیر چشمگیری قرار می دهند. هدف از این پژوهش مطالعة نقش پارامترهای بیوفیزیکی شهری در شکل گیری و خوشه ای شدن جزایر حرارتی شهری مشهد مقدس است. به منظور دستیابی به هدف مطرح شده، تصاویر حسگرهای OLI و TIRS ماهوارة لندست 8 برای اوت سه سال 2013، 2014 و 2015 استفاده شد. برای استخراج مقادیر UHI از LST، از یک رویکرد نوآورانة شیء گرا استفاده شد؛ به طوری که پس از محاسبة دمای سطح زمین (LST) با استفاده از شاخص محلی همبستگی مکانی (LISA) خوشه های گرم و سرد جزایر حرارتی مشهد استخراج شدند. برای ارزیابی ترکیبات بیوفیزیکی شهر مشهد نیز سه شاخص NDVI، NDBI و NDBal به کار برده شد. نتایج نشان داد در تحلیل همبستگی دوبه دو پارامترهای بیوفیزیکی با دمای سطح زمین، با شدت مقدار LST، ناهمگنی فضایی خوشه ها به شکل غیرخطی افزایش می یابد. تحلیل های مکانی سه نوع جزیرة حرارتی شهری را آشکار کرده است: جزایر حرارتی پیرامونی، جزایر حرارتی کانونی و جزایر حرارتی خطی. تحلیل خودهمبستگی فضایی با شاخص های موران و گری نشان از مقداری کاهشی دارد که مبین ازبین رفتن نظم فضایی دمای سطح زمین شهر مشهد است. همبستگی مکانی با شاخص موران محلی بر افزایش وسعت جزایر حرارتی گرم در طول دوره های مورد مطالعه تأکید داشته است.

جزیره حرارتی، نتیجه آب و هوای شهری و یکی از چالش های مهم زیست محیطی در قرن بیست و یکم است. هدف از این پژوهش، ارزیابی توأمان عوارض بیوفیزیکی و دمای سطح زمین با رویکرد تکاملی فرکتال ویژه (FNEA)، به منظور استخراج جزیره حرارتی شهری در تهران است. نخست، با استفاده از تصاویر سنجنده TIRS ماهواره لندست 8، در ماه اوت سالهای 2013، 2014 و 2015 مقادیر دمای سطح زمین (LST) محاسبه و جزایر حرارتی شهری با اتخاذ رویکرد تکاملی فرکتال ویژه (FNEA) استخراج شد. همچنین به منظور ارزیابی نقش عوامل بیوفیزیکی در شکل گیری جزایر حرارتی شهری، شاخص های BI، MNDWI، NDBI ،NDVI، SAVI و UI محاسبه و مورد ارزیابی قرار گرفتند. نتایج نشان داد بین پوشش گیاهی و جزایر حرارتی شهری، همبستگی خطی منفی وجود دارد. همچنین یک رابطه مثبت قوی، بین سطح غیر قابل نفوذ با جزایر حرارتی شهری در کلان شهر تهران به دست آمد. جزایر حرارتی کلان شهر تهران با رویکرد FNEA به 5 دسته جزایر حرارتی سرد، سرد درجه دوم، مناطق حرارتی متوسط، جزایر حرارتی گرم درجه دوم و جزایر حرارتی گرم دسته بندی شدند که به طور متوسط جزایر حرارتی گرم، 95 کیلومترمربع و جزایر حرارتی سرد 73 کیلومترمربع از کل مساحت کلان شهر تهران را به خود اختصاص داده اند. مهم ترین کانون های حرارتی شناسایی شده نیز به ترتیب در 1- منطقه 21 به جهت تمرکز شدید اکثر کارخانه ها، کارگاه های صنعتی و انبارها؛ 2- منطقه 9 به دلیل قرارگیری فرودگاه مهرآباد، پایانه های حمل ونقل مسافری و گذرگاه اصلی دسترسی؛ 3- منطقه 22 و شمال منطقه 19 به جهت تمرکز زمین های لم یزرع و 4- منطقه 13 (زمین های بدون پوشش اطراف فرودگاه سابق دوشان تپه) و مناطق جنوبی تهران (به دلیل وجود کارگاه های آموزشی و صنعتی) قرارگرفته اند.

در تحقیقات اخیر، دانشمندان توجه ویژه ای به مسئله گرمایش جهانی داشته اند، زیرا دمای سطح زمین در طول قرن گذشته به طور قابل توجهی افزایش یافته است. جزایر حرارتی شهری[1]به پدیده ای ناشی از آثار شهرنشینی اشاره دارد که درجه حرارت در محیط شهری از مناطق اطراف آن بالاتر می رود. بررسی این دما توسط سنسورها دارای مشکلاتی همچون هزینه و گسسته بودن نقاط اندازه گیری را دارد. بنابراین تحقیق حاضر تلاش می کند، با تکنیک سنجش از دور مدلی کمی و پیوسته را برای پوشش این مشکلات در شهر تهران ارائه دهد. لذا با استفاده از تصاویر لندست 8 [2]، و داده های سنجنده مودیس، فاکتور هایی تولید و بررسی می شوند که در تولید جزایر حرارتی شهری مؤثر هستند. به منظور تولید این فاکتورها ابتدا با انجام تصحیحات لازم برروی تصاویر مورد نیاز، تعداد چهارده شاخص انتخاب و در سه سناریو مختلف محاسباتی شامل روش رگرسیون خطی، رگرسیون بردار پشتیبان و با استفاده از الگوریتم ژنتیک بکارگرفته شد. به منظور مدل سازی رویکردهای بیان شده، مجموعاً 2400 نقطه دارای دما به عنوان داده میدانی از منطقه مورد مطالعه (شهر تهران) جمع آوری شده است. برای ارزیابی کارایی سناریو های مورد استفاده، 30% داده ها (جمعاً 720 نقطه) به صورت اتفاقی انتخاب شده و بعنوان داده های آموزشی در نظر گرفته و مابقی 70% داده ها (جمعاً 1680 نقطه) به عنوان داده های تست مورد ارزیابی قرار گرفت.براساس نتایج بدست آمده، ترکیب مدل رگرسیون بردار پشتیبان و الگوریتم ژنتیک بهترین تطابق را (میانگین خطای مربعی 9324/0، نرمال شده میانگین خطای مربعی2695/0 و ضریب همبستگی 9315/0) با داده های زمینی مورد استفاده دارند.

      رشد جمعیت و توسعه شهرنشینی از عوامل مؤثر بر افزایش دمای هوا در نواحی شهری هستند که موجب ایجاد جزیره حرارتی برروی این مناطق در مقایسه با محیط اطراف می شوند. پدیده ای که به موجب آن مناطق شهری درجه حرارت گرم تر از محیط اطراف خود را تجربه  می کنند. علم سنجش از دور با استفاده از تشعشع مادون قرمز حرارتی و به کاربستن مدل های فیزیکی ابزار مناسبی جهت محاسبه مقدار دمای سطح، در نواحی وسیع محسوب می شود. در این تحقیق که از نظر روش، توصیفی-تحلیلی و از نظر هدف، کاربردی می باشد جهت شناخت محدوده تشکیل جزایر حرارتی حریم شهر ارومیه در برهه زمانی 2010 الی 2018   و ارتباط تغییرات کاربری اراضی با شکل گیری جزایر حرارتی، از تصاویر سنجنده ETM+  ماهواره لندست 7 و سنجنده  TIRS,OLI  ماهواره لندست8 استفاده شده است. همچنین از روش طبقه بندی ماشین بردار پشتیبان برای استخراج کاربری ها در 3 کلاس مسکونی، پوشش گیاهی- باغی و بایر  استفاده شده است. بررسی های انجام شده نشان میدهد که دما در مناطق مسکونی در سال 2010 در فصل گرم برابر با 90/32 درجه سانتی گراد بوده که این مقدار در سال 2018 به سانتی گراد17/35 رسیده است یعنی27/2 درجه سانتی گراد افزایش داشته است این در حالی است که مساحت مناطق مسکونی نیز روند افزایشی را نشان میدهد و 09/6 درصد افزایش داشته است. درسال 2010 اراضی باغی و پوشش گیاهی دارای مساحت 53/43 درصدی و اراضی بایر و زراعی دارای مساحت 36/39 درصدی هستند که این مقادیر در سال 2018 به ترتیب برابر با 49/40 و 30/36 درصد  است یعنی روند کاهشی را نشان می دهد. بنابراین میتوان نتیجه گرفت که اراضی باغی و زراعی در نتیجه افزایش مناطق مسکونی و گسترش شهری روند کاهشی داشتند. همچنین بر اساس بررسی های به عمل آمده در محدوده مورد مطالعه، بین پوشش سطح و دمای سطح زمین رابطه معناداری وجود دارد که این امر مبین شکل گیری جزایر حرارتی بر روی پوشش های ساخته شده در حریم شهر می باشد.

با افزایش نرخ مهاجرت به شهرها و گسترش افقی و عمودی شهرها نظام حاکم بر محیط طبیعی دستخوش تغییر شده و عناصر مصنوع جایگزین عناصر طبیعی همچون درختان و پوشش گیاهی در محیط شده است. عدم تعادل میان عناصر مصنوع و طبیعی منجر به پیدایش پدیده های جدید نظیر جزایر حرارتی شده است. شرایط زیست محیطی و معیشتی در کلان شهر تهران نیز با توجه به انواع کاربری های درشت مقیاس نظیرمجاورت با فرودگاه مهرآباد تحت تأثیر نارسایی های این پدیده قرار گرفته است. محدوده مورد مطالعه در مجاورت نقطه کانونی جزایر حرارتی کلان شهر تهران قرار گرفته است. مهمترین هدف پژوهش، بازخوانی تأثیر جزایر حرارتی در زندگی شهری، با استفاده از روش ها و تکنیک های طراحی شهری در محدوده تهرانسر است. با هدف شناسایی عوامل مؤثر در تقلیل آثار نامطلوب این پدیده نوظهور، با بکارگیری روش تحقیق توصیفی-تحلیلی، بهره مندی از مطالعات کتابخانه ای، بررسی نشر الکترونیکی و تحقیقات میدانی به گردآوری داده ها پرداخته شد. با توجه به یافته های تحقیق در بخش مبانی نظری و شناخت محدوده طرح، با ارائه راهکارهای طراحانه می توان تا حدی آثار نامطلوب این پدیده را کاهش داد. دستاورد نهایی این پژوهش به صورت طرحی قابل توسعه ارائه گردید که می تواند اقدامی در جهت تقلیل نارسایی های محیطی ناشی از جزایر حرارتی در این محدوده باشد.

مقدمه: رشد جمعیت و توسعه شهری سبب شده تا بخش زیادی از زمین های شهری به خصوص اراضی کشاورزی و باغات به صورت کاربری های مسکونی، صنعتی، شبکه حمل ونقل مورداستفاده قرار گیرند. این تغییرات کاربری منجر به افزایش آلودگی و تخریب محیط زیست و از همه مهم تر افزایش دمای سطح زمین شده است.هدف: هدف این پژوهش بررسی رابطه بین کاربری زمین و جزایر حرارتی در مشگین شهر در سه مقطع زمانی 1984، 1999 و 2020 می باشد.روش شناسی تحقیق: روش پژوهش از نوع کاربردی و ازنظر ماهیت تحقیقی است. برای دستیابی به هدف پژوهش پس از پردازش رادیو متریکی و اتمسفری تصاویر، دمای سطح زمین (LST) و شاخص پوشش گیاهی (NDVI) محاسبه گردید. سپس با استفاده از روش ماتریس خطا میزان صحت و دقت کاپا برای نقشه های تولیدی ارزیابی گردید.قلمرو جغرافیایی پژوهش: قلمرو جغرافیایی این پژوهش، شهر مشگین شهر می باشد.یافته ها: یافته ها حاکی از آن است که، نقشه های حاصل از جزیره گرمایی نشان داد در سال 1984 حداقل دما 22 و حداکثر دما 43 درجه سانتی گراد بوده درحالی که این وضعیت در سال 2020 با افزایش روبرو بوده و حداقل دما 29 و حداکثر دما 63 درجه سانتی گراد رسیده است. نتایج: دمای سطح زمین با تغییرات کاربری اراضی نشان دهنده این بوده که بالاترین دمای سطح زمین مربوط به اراضی ساخت وسازهای شهری است و این مسئله نتیجه کاهش پوشش گیاهی و افزایش سطوح نفوذناپذیر بوده است. همچنین بررسی تغییرات توزیع مکانی دمای سطح زمین و جزیره حرارتی نشان داد با از بین رفتن پوشش گیاهی داخل و اطراف شهر طبقه دمایی خنک، جای خود را به طبقه دمایی گرم داده است

چگونگی رابطه توده و فضای ساختمان های بلندمرتبه در مجتمع های مسکونی، به عنوان یک عامل مؤثر در طراحی معماری فضاهای شهری، می تواند تأثیر بسزایی بر تغییرات آب وهوایی خرد اقلیم ها بگذارند. در این راستا، یکی از مخاطراتی که می تواند با چیدمان کالبدی معماری ساختمان های بلندمرتبه مرتبط باشد، تشکیل پدیده جزایر حرارتی شهری است. این پدیده اثرات نامطلوبی بر سلامت و آسایش حرارتی افراد و همچنین مصرف بی رویه انرژی دارد. بنابراین یکی از چالش های بزرگ معماران، طراحان شهری و منظر این است که چگونه برای کاهش اثرات جزایر حرارتی شهری برنامه ریزی کنند. این پژوهش باهدف شبیه سازی و اثبات رابطه بین چیدمان کالبدی معماری ساختمان های بلندمرتبه در مجتمع های مسکونی و کاهش اثرات نامطلوب جزایر حرارتی شهری به وسیله پلاگین دراگون فلای، جهت استخراج الگوی بهینه انجام شد. این شبیه سازی بر اساس آمار هواشناسی کشور برای روز نهم مردادماه سال 1401 به عنوان گرم ترین روز سال انجام شده است. گونه های منفرد، محیطی، ترکیبی و ردیفی به عنوان چهار گونه چیدمان کالبدی معماری در شهر تهران موردبررسی قرار گرفت و درجه دمایی جزایر حرارتی شهری و روستایی هرکدام از گونه ها در زمان تعیین شده مشخص گردید. نتایج نشان دادند که از بین چهار گونه بررسی شده، چیدمان بلوک ها به صورت منفرد، بهینه ترین گونه چیدمان است که به کاهش شدت اثرات نامطلوب جزایر حرارتی شهری و درنتیجه کاهش مصرف بی رویه انرژی های فسیلی (تجدید ناپذیر) و افزایش بهره وری استفاده از انرژی های تجدید پذیر کمک می نماید.