Использование снимков системы ETM+ в тепловом диапазоне для сопоставления тепловых островов городов Европейской России

В данной работе изучены географические особенности тепловых островов различных городов Европейской России на основе разновременных тепловых инфракрасных космических снимков. Для исследования были выбраны следующие города: Астрахань, Воронеж, Кисловодск, Махачкала, Москва, Нижний Новгород (с агломерацией). Эти города расположены в разных климатических условиях, характеризуются различной численностью населения и характером застройки, количеством промышленных предприятий и характером производства. Перед нами стояла задача выявить, какое влияние оказывает на формирование теплового острова каждый из этих факторов, и как это влияние проявляется.
В качестве исходных материалов были использованы снимки, полученные со спутника Landsat-7 в тепловом инфракрасном канале с пространственным разрешением 60 метров. Из разносезонных одномоментных снимков созданы многовременные снимки на каждый город [2].
Важным этапом работы являлся анализ статистических характеристик всех фрагментов снимков на выбранные города, при котором была подтверждена яркостная сопоставимость снимков, используемых в исследовании. Сопоставимость обеспечивалась определяющим влиянием на средние статистические яркости всех снимков одного и того же фактора. В случае теплового инфракрасного диапазона этим фактором является температура воздуха. Для выявления зависимости между значениями яркости и температурой воздуха в день съемки нами был рассчитан коэффициент корреляции между значениями медианы гистограммы распределения яркостей и значениями температуры, который равен 0,91.
Нами была проведена кластеризация многовременных снимков с выделением 5 кластеров для каждого города. Главным критерием являлся одинаковый подход к обработке разных снимков и, в частности, задание одного и того же числа кластеров при обработке снимков разных городских территорий. При этом выявлено, что для разных городов в кластеры выделяются разные объекты. Для каждой городской территории, для более полного анализа, были построены графики сезонной динамики интенсивности теплового излучения. Такой график выявляет зависимость значений яркостных характеристик каждого кластера от сезонов года [1].
Проведя визуальный анализ результатов кластеризации многовременных снимков каждого города, было выявлено, что наличие большого количества активных промышленных предприятий на городской территории оказывает наиболее сильное влияние на формирование теплового острова. Это связано с тем, что промышленные предприятия, за счет выделения большого количества промышленного тепла в процессе работы, в сочетании с нагревом от солнца, создают мощные аномальные тепловые ареалы. Характер застройки также довольно сильно влияет на формирование теплового острова города. Городские территории, не обладающие активным промышленным производством и высокой плотностью застройки, крупных тепловых островов не формируют. Главным фактором в распределении интенсивности теплового излучения на местности является географическое макро- и мезоположение городской территории.
В ходе исследования была разработана методика обработки многовременного теплового снимка для сопоставления тепловых островов различных городов и сделан вывод о пригодности такой методики обработки данных дистанционного зондирования для географических исследований. Данный метод обработки снимков может быть применен специалистами в области климатологии и метеорологии для изучения изменения температур на территории города, а также использоваться экологами для оценки и прогнозирования теплового загрязнения городских территорий.
Библиографический список
1. Балдина Е.А., Грищенко М.Ю. Исследование «теплового острова» Москвы по разносезонным снимкам Landsat-7/ETM+ // Геоинформатика. №3. 2011. С. 62–70
2. Книжников Ю.Ф., Кравцова В.И. Аэрокосмические исследования динамики географических явлений. М., Изд-во Моск. Ун-та, 1991. – 206 с.: с илл.