برآورد دماي سطح زمين كاربري‌ اراضي و پوشش زمين شهرستان دنا با استفاده از الگوريتم پنجره مجزا و داده‌هاي ماهواره لندست 8

Estimating land surface temperature of land use and land cover in Dena county using single window algorithm and landsat 8 satellite data

سابقه و هدف: دماي سطح زمين (LST) به‌عنوان متغير مهم ريز‌اقليم و تشعشع انتقالي داخل جو، يكي از معيارهاي مهم در برنامه‌ريزي ناحيه‌اي و منطقه‌اي است از اينرو عامل مهمي در كنترل فرايندهاي زيستي، شيميايي و فيزيكي زمين است. فعاليت‌هاي طبيعي و انسان‌ساز به‌ويژه نوع كاربري اراضي و پوشش زمين با تغيير شرايط فيزيكي و زيستي يك منطقه پارامتر مهمي در مقدار دماي سطح زمين است. مواد و روش‌ها: در اين پژوهش رابطه بين دماي سطح زمين و پوشش زمين مرتبط با الگوهاي كاربري‌هاي اراضي و پوشش زمين شهرستان دنا در سال 2016 با استفاده از الگوريتم پنجره مجزا روي مجموعه داده‌هاي ماهواره لندست 8 بررسي شده است. الگوريتم پنجره مجزا يك ابزار رياضي است كه با استفاده از اطلاعات زميني، دماي روشنايي سنجنده حرارتي (TIRS)، قابليت گسيلندگي زمين (LSE) و عامل پوشش گياهي سبز جزء به جزء (FVC) به‌دست‌آمده از باند چند طيفي سنجنده OLI و دماي سطح زمين را برآورد مي‌كند. نتايج و بحث: بر اساس طبقه‌بندي تصوير سنجنده OLI ماهواره لندست 8 سال 2016 با درستي كل حدود 80 درصد و ضريب كاپاي 0/90، كاربري مرتع و مناطق مسكوني با 50/67 و 0/3 درصد، به ترتيب بيشترين و كمترين مساحت را در شهرستان دنا به خود اختصاص داده‌اند. ميانگين دماي سطح زمين در شهرستان دنا حدوداً 32 درجه سانتي‌گراد و ميانگين شاخص پوشش گياهي نيز حدوداً 0/14 است. در تجزيه‌و‌تحليل رابطه بين LST و شاخص پوشش گياهي (NDVI) در كل شهرستان دنا و در هر طبقه كاربري اراضي و پوشش زمين، نتايج روند متفاوتي را نشان داد به‌طوري‌كه رابطه مثبت و معني‌داري بين NDVI و LST در كل شهرستان دنا و كاربري مرتع وجود دارد. در صورتي‌كه در ساير كاربري‌هاي جنگل، زراعت و باغ و مناطق مسكوني رابطه معني‌داري يافت نشد. نتيجه‌گيري: عوامل مختلفي بر نوع و شكل رابطه بين NDVI و LST اثرگذار است كه از جمله مي‌توان به نوع كاربري اراضي و پوشش زمين، مقدار پوشش گياهي، فصل سال، زمان روز، نوع اكوسيستم، عرض جغرافيايي و عوامل محدوده‌كننده و محرك رشد پوشش گياهي مثل مقدار آب و انرژي خورشيدي اشاره كرد. عامل تعيين‌كننده مقدار دما در شهرستان دنا افزايش يا كاهش پوشش گياهي نيست بلكه تغييرات ارتفاع از سطح دريا است. به عبارتي ديگر اثر تغييرات ارتفاع از سطح دريا بر دماي سطح زمين از اثر پوشش گياهي بر دما مهم‌تر است. در ارتفاعات پايين‌تر شهرستان دنا كه دماي نسبتاً زياد براي رشد پوشش گياهي كافي وجود داشته است، پوشش گياهي متراكم‌تر و فراوان‌تر بوده است و به همين دليل رابطه مثبتي بين دماي سطح زمين (LST) و شاخص پوشش گياهي (NDVI) وجود دارد. بنابراين تأثير‌گذاري پوشش گياهي در كاهش دماي سطح زمين بستگي به مقدار پوشش گياهي دارد.

Introduction: Land Surface Temperature (LST), a significant variable of micro climate and radiation transfer within the atmosphere, is one of the most important criteria in zonal and regional planning because it is a major factor in controlling the Earth’s biological, chemical and physical processes. Natural and man-made activities, especially land use and land cover, by changing the physical and biological conditions of a region are an important parameter in the amount of land surface temperature. Material and methods: In this study, the relationship between land surface temperature and vegetation cover associated with land use and the land cover patterns of Dena County in 2016 were investigated using a Single Window algorithm and Landsat-8 data. The split-window algorithm is a dynamic mathematical tool which estimates land surface temperature (LST) using ground information, brightness temperature of thermal bands of the TIRS sensor, the land surface emissivity (LSE) factor and fractional vegetation cover (FVC) obtained from a multiband OLI sensor. Results and discussion: Based on classification of images of the Landsat-8OLI sensor in 2016 with an accuracy of about 80% and the kappa coefficient 0.90, rangeland and residential areas with 50.67 and 0.3 percent, respectively, were allocated the highest and the lowest areas of Dena county. The mean of land surface temperature in Dena County is about 32 ° C and the mean of the land cover index is about 0.14. In analyzing the relationship between LST and the vegetation index (NDVI) in Dena County and in each category of land use and land cover, results showed a different trend so that there is a positive and significant relationship between NDVI and LST in the whole of Dena County and rangeland in the event that there is no significant relationship in other land uses such as forest, farm and garden and residential area. Conclusion: Various factors affect the type and shape of the relationship between NDVI and LST such as land use and land cover, vegetation cover, season, time of day, type of ecosystem, latitude and factors in triggering the growth of vegetation such as water and solar energy. The main cause of the ineffectiveness of vegetation cover in reducing the land surface temperature of Dena County is the lack of a sufficient amount of vegetation cover. However, the determining factor of temperature in Dena County is not increases or decreases in vegetative cover but is rather a change in the height above sea level. In other words, the effect of altitude on temperature is more important than the effects of vegetation on the Earth's surface temperature. At the lower altitude of Dena County where the temperature is relatively high and there is enough vegetation to grow, the vegetation cover is denser and more abundant and therefore there is a positive relationship between land surface temperature (LST) and vegetation cover index (NDVI).