Введение 4
1 Обзор предметной области 6
1.1 Определение городского острова тепла, его рост и развитие 6
1.2 Описание территории исследования 8
1.3 Используемое программное обеспечение QuantumGIS 9
2 Физические основы дистанционного зондирования Земли в тепловом
инфракрасном диапазоне 11
2.1 Свойства теплового излучения 11
2.2 Физические законы 12
2.3 Излучательные свойства земных объектов 14
3 Построение карты температуры поверхности Земли по данным
метеостанций 17
3.1 Исходные данные 17
3.2 Пространственная интерполяция 18
4 Построение карты температуры поверхности Земли по спутниковым
данным 21
4.1 Исходные данные 21
4.2 Коэффициент излучения поверхности 22
4.3 Методика вычисления температуры поверхности 24
4.4 Вычисление температуры на основе классификации 26
4.5 Вычисление температуры на основе NDVI 31
5 Сравнение результатов 34
Заключение 36
Список использованной литературы 37
Приложение А Результат по данным метеостанций 39
Приложение В Результат по классификации 40
Приложение С Результат по данным NDVI 41
В последние десятилетия отмечается устойчивый рост научного и общественного интереса к климатическим особенностям мегаполисов - в частности, городскому острову тепла или urban heat island (UHI).
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 (асфальтобетон, цементные плиты, щебень и др.). Весьма неблагоприятным и малоисследованным аспектом запечатанности поверхности является эффект острова тепла: накапливание тепла на территории города за счет значительного снижения альбедо асфальтобетонных покрытий по сравнению с естественными ландшафтами. Для крупных городов контрасты температур город пригород составляет 1- 3оС. Однако при соответствующих погодных условиях «остров тепла» может отличаться от пригорода на 10оС и более. Подобные условия в приземном слое атмосферы являются неблагоприятными, препятствуя естественной циркуляции воздушных масс, что способствует увеличению концентрации загрязняющих веществ в городском воздухе [2,3].
Изучение городского острова тепла очень важно не только с научной стороны, но и для учета наиболее вредных и опасных для населения и окружающей среды метеорологических условий. Новые результаты закономерностей формирования острова тепла позволят расширить возможности системы раннего предупреждения о гидрометеорологических явлениях.
Красноярск - один из крупнейших городов в России, крупнейший культурный, экономический, промышленный и образовательный центр Центральной и Восточной Сибири. Красноярск является административным центром Красноярского края (второго по площади субъекта России), а так же крупнейшим из старинных городов Сибири. Красноярск основан в 1628 и расположен в центре России на обоих берегах Енисея, на стыке Западносибирской равнины, Среднесибирского плоскогорья и Саянских гор; в котловине, образованной самыми северными отрогами Восточных Саян. Население города составляет 1 066 934 человека на 2016 год.
Объект исследований - температурная аномалия в пределах города Красноярска.
Цель работы - анализ температурных аномалий в пределах города Красноярска по данным метеостанций и спутниковым данным Landsat8.
Задачи:
- построить карту температуры воздуха в приземном слое атмосферы по данным метеостанций города Красноярска;
- построить карты температуры поверхности Земли в г. Красноярске по спутниковым данным теплового диапазона Landsat8.
- выполнить анализ построенных температурных полей, провести сравнение полученных результатов.
Поставленная цель работы построить изображение температуры поверхности Земли и провести анализ температурных полей г. Красноярска выполнена. Все задачи бакалаврской работы решены.
Для определения коэффициента излучения поверхности на основе спутниковых данных применяется два основных метода. В первом методе использовался результат классификации объектов на изображении с последующим присвоением каждому объекту конкретных значений коэффициента излучения. Во втором методе коэффициент излучения поверхности определялся на основе индекса NDVI. Первый метод был более простой в использовании, но его точность находится в зависимости от эффективности результатов классификации снимка. Второй метод имеет более высокую точность и позволяет вычислять коэффициент излучения поверхности по каждому пикселю изображения.
При выполнении задач построена карта температуры земной поверхности двумя методами, опираясь на данные классификации и NDVI. В результате можно сделать вывод, что все земные объекты, излучающие тепловую энергию, можно разделить на две группы - имеющие внутренний источник тепла и нагревающиеся под действием непрерывно меняющегося потока солнечной радиации.
Одним из факторов, значительно преобразующим экосистему города, является запечатывание дневной поверхности почвенного покрова плотными слабо влагопроницаемыми дорожными покрытиями.
Цель и задачи работы были выполнены, используя данные дистанционного зондирования и ГИС. Вся работа выполнялась в ПО QGIS.
