ارايه مدلي واريانس ‌مبنا براي نرمال‌سازي دماي سطح بدست آمده از تصاوير ماهواره‌اي نسبت به پارامترهاي محيطي

نرمال­سازي دماي سطح نسبت به عوامل محيطي از اهميّت بالايي در مطالعات علمي و تصميمات مديريتي مناطق شهري و غيرشهري برخوردار است. هدف از اين پژوهش، ارائه مدلي واريانس مبنا براي نرمال­سازي دماي سطح نسبت به پارامترهاي محيطي مي­باشد. براي اين‌منظور از باندهاي ماهواره لندست 8، محصول بخار آب موديس و مدل رقومي ارتفاع استر استفاده شده است. در اين پژوهش مجموعه عوامل توپوگرافي، تابش ورودي به سطح، آلبيدو، نرخ افت محيطي، پوشش گياهي و مجموعه خصوصيّات بيوفيزيكي سطح به ­عنوان پارامترهاي محيطي در نظر گرفته شده است. براي محاسبه دماي سطح از الگوريتم تك كاناله استفاده و براي مدل­سازي تابش ورودي به سطح مدل كولبو بهبود يافته ارائه شده است. همچنين براي مدل­سازي آلبيدو سطح، از تركيب باندهاي انعكاسي لندست 8، نرخ افت محيطي از مدل رقومي ارتفاع و خصوصيات بيوفيزيكي از تركيب­هاي باندي تسلدكپ استفاده شده است. در نهايت براي محاسبه ضرايب مجهول مربوط به هر يك از پارامترها در مدل ارائه­ شده براي نرمال­سازي دماي سطح با شرط مينيم شدن واريانس مقادير دماي سطح نرمال­شده، از مدل سرشكني كمترين مربعات استفاده شده است. براي ارزيابي دقت نتايج مدل ارائه شده شاخص­هاي ضريب همبستگي و خطاي مجذور ميانگين مربعات بين مقادير دماي سطح مدل­شده، مشاهده­شده و اندازه­گيري­شده زميني و واريانس مقادير دماي سطح نرمال­شده بكار گرفته شده است. نتايج حاصل از پژوهش نشان­دهنده اين است كه براي محدوده­ي مورد مطالعه، پارامتر تابش ورودي به سطح، بيشترين و پارامترهاي ارتفاع و سبزينگي، كمترين تاثير را بر مقدار و چگونگي توزيع دماي سطح دارند. مقدار ضريب همبستگي و خطاي جذر ميانگين مربعات بين دماي سطح مدل­شده و دماي سطح مشاهده شده منطقه اول به ترتيب برابر با 97/0 و 53/1 و واريانس مقادير دماي سطح نرمال­شده 79/0 مي­باشد. همچنين نتايج حاصل از پژوهش،كارايي بالاي مدل ارائه شده را براي نرمال‌سازي دماي سطح نسبت به پارامتر­هاي محيطي نشان مي­دهد.

Normalization of the surface temperature relative to environmental parameters is essential in scientific studies and urban and non-urban areas management. The aim of the current study is to propose a variance-based model for normalization of the surface temperature relative to environmental parameters. For this aim, Landsat 8 satellite bands, MODIS water vapor product, and ASTER digital elevation model were used. In this study, topography parameters, downward radiation on the surface, albedo, environmental lapse rate, vegetation and biophysical characteristics of the surface were considered as environmental parameters. Single channel algorithm was used for surface temperature calculation, and also an improved Coolbaugh model was suggested for modeling the downward solar radiation. Additionally, for modeling of albedo, environmental lapse rate and biophysical characteristics, a combination of Landsat 8 reflective bands, the digital elevation model, and tasseled cap transformation were exploited, respectively. Finally, the least square method was used to calculate the unknown coefficients of each parameter in the proposed normalized model, in order to minimiz the variance of the land surface temperature image. Coefficient correlation indexes and RMSE were used for accuracy assessment between the modeled and observed surface temperature values. Also the variance of normalized surface temperature image was used to estimate the proposed model capability. The results indicate that downward radiation on the surface parameter and both the elevation and greenness parameters, had the highest and the lowest effects on the surface temperature variation. The coefficient correlation and RMSE between the modeled and observed surface temperatures are 0.97 and 1.53, respectively and the variance of normalized surface temperature values is equal to 0.79. Results of the current study implied the high efficiency of the proposed model for normalizing the land surface temperature relative to environmental parameters.