Содержание 2
Введение 4
1 Научная постановка задачи и обзор современных методов обнаружения
тепловых аномалий 7
1.1 Определение понятия городского острова тепла 7
1.2 Природа теплового излучения 9
1.3 Физические процессы излучения тел 11
1.4 Излучение объектов на земной поверхности 13
1.5 Коэффициент излучения поверхности 15
2 Обзор используемых методов, инструментов и исходных данных 17
2.1 Методы обнаружения тепловых аномалий 17
2.1.1 Зарубежные работы 17
2.1.2 Российские исследования 20
2.2 Выбор программного обеспечения 24
2.2.1 Геоинформационная система ArcGIS 25
2.2.2 Геоинформационная система QGIS 27
2.3 Исходные данные 28
3 Построение карты температуры поверхности земли 30
3.1 Предварительная обработка и коррекция данных 30
3.2 Вычисление NDVI 32
3.3 Вычисление коэффициента излучения поверхности по ND VI 33
3.4 Вычисление температуры поверхности 35
4 Выявление многолетней динамики тепловых аномалий 37
4.1 Вычисление температуры в разные даты на территории г. Красноярска 37
4.2 Результат работы 40
Заключение 41
Список использованных источников 42
Приложение А. Карты тепловых аномалий города Красноярск 44
В городской среде происходит сильнейшее антропогенное воздействие на все компоненты ландшафта. Одним из факторов, значительно преобразующим экосистему города, является запечатывание дневной поверхности почвенного покрова плотными слабо влагопроницаемыми дорожными покрытиями (бетон, цементные плиты, асфальт, щебень и др.).
Весьма неблагоприятным и малоисследованным аспектом запечатанности поверхности является эффект острова тепла: накапливание тепла на территории города за счет значительного снижения альбедо покрытий из бетона и асфальта по сравнению с естественными ландшафтами. В больших городах разбежка температур город-пригород составляет 3 5 градусов Цельсия. Но при определённых погодных условиях городской остров тепла способен отличаться от пригорода на 10 градусов Цельсия и более.
Такие условия в приземном слое атмосферы являются неблагоприятными, препятствуя естественной циркуляции воздушных масс, что способствует накоплению концентрации загрязняющих веществ в городском воздухе.
Изучение микроклимата урбанизированных территорий началось в середине ХХ века, к нынешнему временному периоду накоплен довольно огромный объём исследований данного явления.
Осуществление исследований традиционными методами, основанными на результатах натурных исследований, является крайне трудоёмким, дорогостоящим и тяжело выполнимым процессом. Альтернативой традиционным подходам способен служить анализ цифровых моделей рельефа (ЦМР) средствами современных геоинформационных систем (ГИС), которые получили развитие и стали широко доступными даже обычным пользователям в 90-х гг. ХХ в.
Возникновение цифровой модели рельефа довольно высокого пространственного разрешения, а также рост вычислительных способностей персональных компьютеров содействовали формированию в геоинформационных системах функциональных возможностей по анализу исследования тепловых аномалий.
Исследование городского острова тепла крайне важно не только с научной стороны, но и для учета особо вредных и опасных для жителей и окружающей среды метеорологических условий. Новейшие результаты закономерностей развития острова тепла позволят увеличить возможности системы раннего предупреждения о гидрометеорологических явлениях.
Искусственная антропогенная среда города Красноярска сильно изменяет температуру поверхности в сравнении с естественным природным ландшафтом.
Красноярск - один из крупнейших городов в России, крупный общекультурный, финансовый, производственный и образовательный центр территории Центральной и Восточной Сибири. Красноярск является административным центром Красноярского края (второго по площади субъекта России), а так же крупнейшим из старинных городов Сибири. Основан Красноярск в 1628 и расположен в центре России на обоих берегах реки Енисей, на стыке Среднесибирского плоскогорья, Западносибирской равнины и Саянских гор; в котловине, образованной самыми северными отрогами Восточных Саян.
Население города составляет 1 066 934 человека на 2017 год [8].
Задачи:
- построить карты температуры поверхности земли в г. Красноярске по данным спутниковых изображений в тепловом инфракрасном диапазоне по данным со спутника Landsat8;
- выполнить анализ построенных карт температур поверхности;
- исследовать динамику изменения тепловых аномалий в г. Красноярске.
Была подготовлена коллекция карт температур поверхности земли в городе Красноярск по данным спутниковых изображений в тепловом инфракрасном диапазоне спутника Landsat 8.
В ходе работы был выполнен анализ построенных карт температур поверхности земли. Выполнен анализ температурных аномалий в пределах города Красноярск. Так же была найдена и исследована динамика изменения тепловых аномалий в городе Красноярск.
