مطالعه و پيش‌بيني تغييرات دماي سطح زمين شهر يزد: بررسي اثر مجاورت و تغييرات پوشش اراضي

پيشينه و هدف گسترش شهرنشيني مقياس و شدت گسترش جزاير حرارتي در شهرها را گسترش داده است. بررسي و مطالعه نحوه تأثيرپذيري شهرها از اين جزاير حرارتي نقش مهمي در آينده برنامه‌ ريزي براي شهرها ايفا مي‌كند. به همين منظور، اين پژوهش اثر تغييرات پوشش اراضي شهر يزد در سه دسته مناطق شهري، پوشش گياهي و زمين‌ هاي باير بر دماي سطح زمين را براي شهر يزد طي 30 سال اخير با استفاده از تصاوير لندست 5 و 8 بررسي مي‌كند. اين پژوهش همچنين نسبت مجاورت پيكسل ‌هاي پوشش گياهي و زمين ‌هاي باير به ‌منظور بررسي نحوه تأثيرپذيري دماي سطح زمين ثبت ‌شده توسط سنجنده را در همين دوره زماني مورد ارزيابي قرار مي‌ دهد.مواد و روش ها ابتدا نقشه ‌هاي پوشش اراضي شهر يزد با استفاده از الگوريتم طبقه بندي نظارت‌ شده شبكه عصبي براي سال ‌هاي 1990، 2000، 2010 و 2020 به دست آمد. از داده‌ هاي زميني، گوگل ارث و نقشه ‌هاي واقعيت زميني به ‌منظور تهيه داده هاي تعليمي استفاده شد. نقشه ‌هاي دماي سطح زمين شهر يزد از تصاوير باند حرارتي لندست 5 و 8 محاسبه شد. سپس نقشه هاي دماي سطح زمين به 6 كلاس دمايي موجود ازجمله؛ 16-20، 21-25، 26-30، 31-35، 36-40 و 41-46 درجه سانتي ‌گراد طبقه بندي شد كه نشان داده شد كه چهار كلاس انتهايي، نقش عمده اي در دماي سطح زمين اين شهر طي 30 سال اخير داشت. به ‌منظور ارزيابي اثر مجاورت كلاس هاي پوشش اراضي باير و پوشش گياهي بر دماي سطح زمين ثبت ‌شده توسط سنجنده، ابتدا نسبت مجاورت هر يك از پيكسل ها در يك پنجره (كرنل) 5×5 محاسبه شد. سپس ميانگين دماي سطح زمين محاسبه شد. ميانگين دماي سطح زمين بر اساس نسبت مجاورت با هريك از كلاس‌هاي پوشش گياهي و زمين‌هاي باير به دست آمد.نتايج و بحث بر اساس نتايج به ‌دست ‌آمده، در شهر يزد، از سال 1990 تا 2020، مساحت منطقه شهري به‌طور فزاينده ‌اي رشد داشته است. به طوري كه اين منطقه طي 30 سال اخير 91.5 درصد (33.6 كيلومترمربع) رشد داشته است. زمين ‌هاي باير و پوشش گياهي اما، در اين منطقه و در دوره زماني يكسان با رشد منفي همراه بوده ‌اند. به ‌گونه‌اي كه زمين ‌هاي باير، از سال 1990 تا 2020، در شهر يزد، رشد 79.4 درصدي (21.3 كيلومترمربع) را تجربه كرده ‌اند كه رشد شديد مناطق شهري، اين رشد منفي در زمين ‌هاي باير، را توجيه مي‌ كند. طبقات پوشش گياهي شهر يزد از سال 1990 تا 2020، رشد 68.5 درصدي (12.2 كيلومترمربع) را نشان داد. ميانگين دماي سطح زمين اين شهر طي همين دوره 30 ساله به ‌صورت مداوم افزايشي بوده است. به طوري كه تا سال 2020، شهر يزد با رسيدن به ميانگين 38.1 درجه سانتي‌ گراد نسبت به 29.2 درجه سانتي ‌گراد در 1990، افزايش 30.4 درصدي را در ميانگين دماي سطح زمين خود تجربه كرده است. كلاس ‌هاي دمايي اين شهر نيز در اين 30 سال به سمت كلاس ‌هاي دمايي گرم‌ تر حركت كرده ‌اند. به‌ گونه‌اي كه عمده ‌ترين بخش مساحت‌ هاي دمايي سطح زمين شهر يزد، در سال 1990 در وهله نخست، در كلاس 2630 درجه با 47 كيلومترمربع سانتي‌ گراد و در وهله دوم در كلاس 3135 درجه با 26.4 كيلومترمربع طبقه‌ بندي مي ‌شوند. اين در حالي است كه در سال 2000، در روندي معكوس، كلاس دمايي 35-31 درجه سانتي‌ گراد با 52.8 كيلومترمربع در وهله نخست و كلاس دمايي 26-30 درجه سانتي ‌گراد با 20 كيلومترمربع در وهله دوم قرار دارد. با يك كلاس افزايش، كلاس دمايي 36-40 درجه سانتي ‌گراد براي هردو سال 2010 و 2020 با به ترتيب 40.2 و 63 كيلومترمربع به ‌عنوان بزرگ‌ترين كلاس دمايي ثبت‌شده است. كلاس دمايي 3135 درجه سانتي‌ گراد نيز به‌ عنوان كلاس دمايي دوم هر دو سال به ترتيب با 33.2 و 9.7 كيلومترمربع ثبت ‌شده است. تفاوت اين دو سال، در رشد 70.7 درصدي (23.5 كيلومترمربع) مساحت كلاس 3135 درجه سانتي ‌گراد و افزايش رشد 10.3 درصدي (0.8 كيلومترمربع) گرم‌ترين كلاس كل دوره آماري، 4146 درجه سانتي ‌گراد، در سال 2020، نسبت به سال 2010 است. نتايج اين مطالعه نشان داد بيشترين ميانگين دمايي در تمام سال ها براي زمين‌هاي باير با 37.3 درجه سانتي ‌گراد ثبت‌ شده است. همچنين همبستگي مثبت (ميانگين همبستگي 0.95) بين مجاورت با پوشش اراضي باير و ميانگين دماي سطح زمين نيز نمايش داده شد. با اين ‌وجود، روند شديد افزايشي مناطق شهري در كل دوره آماري (91.5 درصد با 33.6 كيلومترمربع) به‌ عنوان دومين كلاس با بيشترين ميانگين دمايي پس از زمين ‌هاي باير با ميانگين 34.1 درجه سانتي‌گراد در مقابل روند كاهشي 79.4 درصدي (21.3 كيلومترمربع) زمين‌ هاي باير موجب افزايش ميانگين دماي سطح زمين طي دوره آماري 30 ساله شده است. چراكه كاهش 68.5 درصدي (12.2 كيلومترمربع) مناطق پوشش گياهي به‌عنوان كلاس پوشش اراضي با كمترين ميانگين دماي سطح زمين (32.2 درجه سانتي‌گراد) در همين دوره، اثر كاهش زمين‌هاي باير را خنثي، و روند افزايش ميانگين دماي سطح زمين را تشديد كرده است. اين در حالي است كه همبستگي منفي (ميانگين همبستگي 0.97) ميان نسبت مجاورت با پوشش گياهي و ميانگين دماي سطح زمين به اثبات رسيد. نتايج حاصل از پيش‌بيني تغييرات پوشش زمين در سال 2030 براي شهر يزد بيانگر آن است كه در روندي مشابه با دوره‌ هاي قبل، پوشش مناطق شهري با افزايش روبرو خواهد بود. اين رشد، نسبت به سال 2020، با 1.6 درصد (1.1 كيلومترمربع) چشمگير نخواهد بود. اما كاهش چشمگير مناطق سبز (پوشش گياهي) با 19.6 درصد (1.1 كيلومترمربع) در همين دوره، به همراه ناچيز بودن كاهش زمين‌هاي باير (1.8 درصد با 0.1 كيلومترمربع) سبب گرم‌تر شدن زمين، و رشد مساحت كلاس‌ هاي دماي سطح زمين در سال 2030 خواهد شد. بر اين اساس، عمده‌ ترين مساحت كلاس دماي سطح زمين در سال 2030 براي شهر يزد، همانند سال 2020، 3640 درجه سانتي‌گراد با 58.2 كيلومترمربع (7.6 درصد رشد نسبت به دوره 2020) پيش‌بيني‌شده است. اما رشد فزاينده و چشمگير گرم‌ترين كلاس دوره آمار (4146 درجه سانتي‌گراد) با 166.3 درصد (14.3 كيلومترمربع) رشد مثبت به ‌عنوان دومين كلاس عمده دماي سطح زمين در اين سال (2030)، و نيز رشد منفي و چشمگير كلاس نسبتاً خنك‌تر 3135 درجه سانتي‌گراد با 97.9 درصد (9.5 كيلومترمربع) در اين سال بيانگر گرم‌تر شدن دماي سطح زمين در سال 2030 خواهد بود.نتيجه گيري نتايج اين پژوهش نشان مي دهد كه در يك دوره 30 ساله در شهر يزد، كاهش پوشش گياهي در وهله نخست، به همراه افزايش مناطق شهري در وهله دوم، سبب افزايش دماي سطح زمين شده است. بدين ترتيب، كلاس پوشش گياهي به دليل اثر خنك‌كننده خود به دليل دارا بودن آب، سبب كاهش دماي سطح زمين مي ‌شود. در اين پژوهش نشان داده شد كه با ثابت در نظر گرفتن تمام عوامل، كاهش زمين ‌هاي باير به كاهش دماي سطح زمين منجر خواهد شد و همچنين افزايش مناطق شهري با ضريب تأثير كمتر از زمين ‌هاي باير، دماي سطح زمين را افزايش مي ‌دهند. با اين ‌حال كاهش مساحت زمين‌ هاي سبز (پوشش گياهي) در سال‌ هاي اخير، به همراه افزايش شديد مساحت زمين ‌هاي مناطق شهري موجب افزايش دماي سطح زمين در اين شهر شده است. همچنين رابطه منفي بين مجاورت با پوشش گياهي رابطه مثبت بين مجاورت با زمين‌ هاي باير با ميانگين دماي سطح زمين ثبت‌شده يافت شد. افزايش مجاورت با پوشش گياهي از طريق ايجاد زمين ‌هاي سبز با افزايش ميزان نسبت پوشش گياهي در مجاورت پوشش ‌هاي مختلف و نيز كاهش مساحت زمين ‌هاي باير، مي‌ تواند راهكار مناسبي در مقابله با تأثير گسترش شهرنشيني در سال‌ هاي اخير بر روي دماي سطح زمين باشد.