مطالعه و پیش بینی تغییرات دمای سطح زمین شهر یزد: بررسی اثر مجاورت و تغییرات پوشش اراضی

گسترش شهرنشینی مقیاس و شدت گسترش جزایر حرارتی در شهرها را گسترش داده است. بررسی و مطالعه نحوه تاثیرپذیری شهرها از این جزایر حرارتی نقش مهمی در آینده برنامه ریزی برای شهرها ایفا می کند. به همین منظور، این پژوهش اثر تغییرات پوشش اراضی شهر یزد در سه دسته مناطق شهری، پوشش گیاهی و زمین های بایر بر دمای سطح زمین را برای شهر یزد طی 30 سال اخیر با استفاده از تصاویر لندست 5 و 8 بررسی می کند. این پژوهش همچنین نسبت مجاورت پیکسل های پوشش گیاهی و زمین های بایر به منظور بررسی نحوه تاثیرپذیری دمای سطح زمین ثبت شده توسط سنجنده را در همین دوره زمانی مورد ارزیابی قرار می دهد.

ابتدا نقشه های پوشش اراضی شهر یزد با استفاده از الگوریتم طبقه بندی نظارت شده شبکه عصبی برای سال های 1990، 2000، 2010 و 2020 به دست آمد. از داده های زمینی، گوگل ارث و نقشه های واقعیت زمینی به منظور تهیه داده های تعلیمی استفاده شد. نقشه های دمای سطح زمین شهر یزد از تصاویر باند حرارتی لندست 5 و 8 محاسبه شد. سپس نقشه های دمای سطح زمین به 6 کلاس دمایی موجود ازجمله؛ 16-20، 21-25، 26-30، 31-35، 36-40 و 41-46 درجه سانتی گراد طبقه بندی شد که نشان داده شد که چهار کلاس انتهایی، نقش عمده ای در دمای سطح زمین این شهر طی 30 سال اخیر داشت. به منظور ارزیابی اثر مجاورت کلاس های پوشش اراضی بایر و پوشش گیاهی بر دمای سطح زمین ثبت شده توسط سنجنده، ابتدا نسبت مجاورت هر یک از پیکسل ها در یک پنجره (کرنل) 5×5 محاسبه شد. سپس میانگین دمای سطح زمین محاسبه شد. میانگین دمای سطح زمین بر اساس نسبت مجاورت با هریک از کلاس های پوشش گیاهی و زمین های بایر به دست آمد.

بر اساس نتایج به دست آمده، در شهر یزد، از سال 1990 تا 2020، مساحت منطقه شهری به طور فزاینده ای رشد داشته است. به طوری که این منطقه طی 30 سال اخیر 91.5 درصد (33.6 کیلومترمربع) رشد داشته است. زمین های بایر و پوشش گیاهی اما، در این منطقه و در دوره زمانی یکسان با رشد منفی همراه بوده اند. به گونه ای که زمین های بایر، از سال 1990 تا 2020، در شهر یزد، رشد -79.4 درصدی (21.3 کیلومترمربع) را تجربه کرده اند که رشد شدید مناطق شهری، این رشد منفی در زمین های بایر، را توجیه می کند. طبقات پوشش گیاهی شهر یزد از سال 1990 تا 2020، رشد -68.5 درصدی (12.2 کیلومترمربع) را نشان داد. میانگین دمای سطح زمین این شهر طی همین دوره 30 ساله به صورت مداوم افزایشی بوده است. به طوری که تا سال 2020، شهر یزد با رسیدن به میانگین 38.1 درجه سانتی گراد نسبت به 29.2 درجه سانتی گراد در 1990، افزایش 30.4 درصدی را در میانگین دمای سطح زمین خود تجربه کرده است. کلاس های دمایی این شهر نیز در این 30 سال به سمت کلاس های دمایی گرم تر حرکت کرده اند. به گونه ای که عمده ترین بخش مساحت های دمایی سطح زمین شهر یزد، در سال 1990 در وهله نخست، در کلاس 26-30 درجه با 47 کیلومترمربع سانتی گراد و در وهله دوم در کلاس 31-35 درجه با 26.4 کیلومترمربع طبقه بندی می شوند. این در حالی است که در سال 2000، در روندی معکوس، کلاس دمایی 35-31 درجه سانتی گراد با 52.8 کیلومترمربع در وهله نخست و کلاس دمایی 26-30 درجه سانتی گراد با 20 کیلومترمربع در وهله دوم قرار دارد. با یک کلاس افزایش، کلاس دمایی 36-40 درجه سانتی گراد برای هردو سال 2010 و 2020 با به ترتیب 40.2 و 63 کیلومترمربع به عنوان بزرگ ترین کلاس دمایی ثبت شده است. کلاس دمایی 31-35 درجه سانتی گراد نیز به عنوان کلاس دمایی دوم هر دو سال به ترتیب با 33.2 و 9.7 کیلومترمربع ثبت شده است. تفاوت این دو سال، در رشد -70.7 درصدی (23.5 کیلومترمربع) مساحت کلاس 31-35 درجه سانتی گراد و افزایش رشد 10.3 درصدی (0.8 کیلومترمربع) گرم ترین کلاس کل دوره آماری، 41-46 درجه سانتی گراد، در سال 2020، نسبت به سال 2010 است. نتایج این مطالعه نشان داد بیشترین میانگین دمایی در تمام سال ها برای زمین های بایر با 37.3 درجه سانتی گراد ثبت شده است. همچنین همبستگی مثبت (میانگین همبستگی 0.95) بین مجاورت با پوشش اراضی بایر و میانگین دمای سطح زمین نیز نمایش داده شد. با این وجود، روند شدید افزایشی مناطق شهری در کل دوره آماری (91.5 درصد با 33.6 کیلومترمربع) به عنوان دومین کلاس با بیشترین میانگین دمایی پس از زمین های بایر با میانگین 34.1 درجه سانتی گراد در مقابل روند کاهشی 79.4 درصدی (21.3 کیلومترمربع) زمین های بایر موجب افزایش میانگین دمای سطح زمین طی دوره آماری 30 ساله شده است. چراکه کاهش 68.5 درصدی (12.2 کیلومترمربع) مناطق پوشش گیاهی به عنوان کلاس پوشش اراضی با کمترین میانگین دمای سطح زمین (32.2 درجه سانتی گراد) در همین دوره، اثر کاهش زمین های بایر را خنثی، و روند افزایش میانگین دمای سطح زمین را تشدید کرده است. این در حالی است که همبستگی منفی (میانگین همبستگی -0.97) میان نسبت مجاورت با پوشش گیاهی و میانگین دمای سطح زمین به اثبات رسید. نتایج حاصل از پیش بینی تغییرات پوشش زمین در سال 2030 برای شهر یزد بیانگر آن است که در روندی مشابه با دوره های قبل، پوشش مناطق شهری با افزایش روبرو خواهد بود. این رشد، نسبت به سال 2020، با 1.6 درصد (1.1 کیلومترمربع) چشمگیر نخواهد بود. اما کاهش چشمگیر مناطق سبز (پوشش گیاهی) با -19.6 درصد (1.1 کیلومترمربع) در همین دوره، به همراه ناچیز بودن کاهش زمین های بایر (-1.8 درصد با 0.1 کیلومترمربع) سبب گرم تر شدن زمین، و رشد مساحت کلاس های دمای سطح زمین در سال 2030 خواهد شد. بر این اساس، عمده ترین مساحت کلاس دمای سطح زمین در سال 2030 برای شهر یزد، همانند سال 2020، 36-40 درجه سانتی گراد با 58.2 کیلومترمربع (-7.6 درصد رشد نسبت به دوره 2020) پیش بینی شده است. اما رشد فزاینده و چشمگیر گرم ترین کلاس دوره آمار (41-46 درجه سانتی گراد) با 166.3 درصد (14.3 کیلومترمربع) رشد مثبت به عنوان دومین کلاس عمده دمای سطح زمین در این سال (2030)، و نیز رشد منفی و چشمگیر کلاس نسبتا خنک تر 31-35 درجه سانتی گراد با -97.9 درصد (9.5 کیلومترمربع) در این سال بیانگر گرم تر شدن دمای سطح زمین در سال 2030 خواهد بود.

نتایج این پژوهش نشان می دهد که در یک دوره 30 ساله در شهر یزد، کاهش پوشش گیاهی در وهله نخست، به همراه افزایش مناطق شهری در وهله دوم، سبب افزایش دمای سطح زمین شده است. بدین ترتیب، کلاس پوشش گیاهی به دلیل اثر خنک کننده خود به دلیل دارا بودن آب، سبب کاهش دمای سطح زمین می شود. در این پژوهش نشان داده شد که با ثابت در نظر گرفتن تمام عوامل، کاهش زمین های بایر به کاهش دمای سطح زمین منجر خواهد شد و همچنین افزایش مناطق شهری با ضریب تاثیر کمتر از زمین های بایر، دمای سطح زمین را افزایش می دهند. با این حال کاهش مساحت زمین های سبز (پوشش گیاهی) در سال های اخیر، به همراه افزایش شدید مساحت زمین های مناطق شهری موجب افزایش دمای سطح زمین در این شهر شده است. همچنین رابطه منفی بین مجاورت با پوشش گیاهی رابطه مثبت بین مجاورت با زمین های بایر با میانگین دمای سطح زمین ثبت شده یافت شد. افزایش مجاورت با پوشش گیاهی از طریق ایجاد زمین های سبز با افزایش میزان نسبت پوشش گیاهی در مجاورت پوشش های مختلف و نیز کاهش مساحت زمین های بایر، می تواند راهکار مناسبی در مقابله با تاثیر گسترش شهرنشینی در سال های اخیر بر روی دمای سطح زمین باشد.