Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 5. С. 125-141
Анализ влияния запечатанности почвенного покрова и озеленения на поле температур Волгоградской агломерации по данным MODIS
С.С. Шинкаренко
1, 2, 3 , О.Ю. Кошелева
2 , О.А. Гордиенко
3, 2 , А.А. Дубачева
3 , Р.С. Омаров
2, 3 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
2 Федеральный научный центр агроэкологии, комплексных мелиораций и защитного лесоразведения РАН, Волгоград, Россия
3 Волгоградский государственный университет, Волгоград, Россия
Одобрена к печати: 10.08.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-5-125-141
В статье представлены результаты изучения влияния площади озеленения и экранирования (запечатанности) на температуру поверхности города. В качестве объекта исследования выбрана территория Волгоградской агломерации общей площадью 2,26 тыс. км2: города Волгоград, Волжский и Краснослободск, а также прилегающие к ним территории городских и сельских поселений. Источником данных стал информационный продукт температуры поверхности земли MODIS, 8-дневные данные MOD11A2 (около 10 % данных — MYD11A2). На территории агломерации выделено четыре типа подстилающей поверхности: водные объекты, экранированные и озеленённые поверхности, пустыри и богарные пашни. Определена степень запечатанности почв и озеленения в границах административных единиц. Установлены различия между отдельными типами подстилающей поверхности в разное время суток. Днём наибольшая температура наблюдается на пустырях и богарных сельскохозяйственных полях, а водные объекты, орошаемые угодья и запечатанные поверхности характеризуются более низкой температурой. Выявлена положительная высокая связь (r = 0,80) между максимальной дневной температурой и площадью пустырей, отрицательная высокая (r = –0,72) — между максимальной дневной температурой и площадью водоёмов. Ночью, наоборот, прогревшиеся за день застройки, асфальтобетонные покрытия и водные объекты имеют более высокую температуру поверхности, установлена высокая связь (r = 0,69) между максимальной ночной температурой и площадью запечатанных поверхностей. Рассмотрено распределение теплового поля в разрезе муниципальных образований Волгоградской агломерации. Максимальная температура в дневное время наблюдается на территории муниципальных образований, которые на 80–90 % состоят из богарных сельскохозяйственных земель, пастбищ и пустырей. В наиболее застроенных районах Волгограда городской остров тепла особенно интенсивно проявляется в ночное время. Для среднемноголетней среднесуточной температуры установлена сильная отрицательная связь с площадью озеленения (r = –081), средняя положительная — с площадью пустырей (r = 0,61) и средняя отрицательная связь — с площадью водоёмов (r = –0,43). Для определения оптимального соотношения в городе различных типов поверхностей показаны регрессионные зависимости температуры от соотношения озеленённых, застроенных и незастроенных площадей (пустырей). Установлен линейный характер зависимости среднесуточной температуры от отношения зелёных зон к сумме застроенных и незастроенных поверхностей с коэффициентом корреляции r = 0,95.
Ключевые слова: дневная температура поверхности, ночная температура поверхности, MODIS, Волгоград, агломерация, тепловой остров, подстилающая поверхность, запечатанность почв, озеленение
Полный текстСписок литературы:
- Балдина Е. А., Грищенко М. Ю. Методика дешифрирования разновременных космических снимков в тепловом инфракрасном диапазоне // Вестн. Московского ун-та. Сер. 5. «География». 2014. № 3. С. 35–41.
- Барталев С. А., Ершов Д. В., Лупян Е. А., Толпин В. А. Возможности использования спутникового сервиса ВЕГА для решения различных задач мониторинга наземных экосистем // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2012. Т. 9. № 1. С. 49–56.
- Варенцов М. И., Константинов П. И., Самсонов Т. Е., Репина И. А. Изучение феномена городского острова тепла в условиях полярной ночи с помощью экспериментальных измерений и дистанционного зондирования на примере Норильска // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 4. С. 329–337.
- Гордиенко О. А., Манаенков И. В., Холоденко А. В., Иванцова Е. А. Картографирование и оценка степени запечатанности почв города Волгограда // Почвоведение. 2019. № 11. Т. 52. С. 1383–1392.
- Горный В. И., Лялько В. И., Крицук С. Г., Латыпов И. Ш., Тронин А. А., Филиппович В. Е., Станкевич С. А., Бровкина О. В., Киселев А. В., Давидан Т. А., Лубский Н. С., Крылова А. Б. Прогноз тепловой реакции городской среды Санкт-Петербурга и Киева на изменение климата (по материалам съёмок спутниками EOS и Landsat) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 176–191.
- Горный В. И., Крицук С. Г., Латыпов И. Ш., Тронин А. А., Киселев А. В., Бровкина О. В., Филиппович В. Е., Станкевич С. А., Лубский Н. С. Теплофизические свойства поверхности городской среды (по результатам спутниковых съёмок Санкт-Петербурга и Киева) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 3. С. 74–89.
- Демин В. И. О роли антропогенных и естественных факторов в оценке городского острова тепла // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 25–33.
- Дубровская С. А. Тепловая структура города Симферополя по результатам обработки мультиспектральных изображений // Успехи современного естествознания. Науки о Земле. 2017. № 4. С. 72–77.
- Ермакова Е. В., Мартыненко И. А. Оценка влияния запечатанности поверхности почвенного покрова на распределение температуры поверхности в условиях города на примере юго-восточного округа г. Москвы // Вестн. Оренбургского гос. ун-та. 2011. № 12(131). С. 68–70.
- Зимовец П. А. Ландшафтное зонирование урбогеосистем города Волжского // Вестн. Воронежского гос. ун-та. Сер. «География. Геоэкология». 2016. № 3. С. 61–65.
- Константинов П. И., Грищенко М. Ю., Варенцов М. И. Картографирование островов тепла городов Заполярья по совмещенным данным полевых измерений и космических снимков на примере г. Апатиты (Мурманская область) // Исслед. Земли из космоса. 2015. № 3. С. 27–33.
- Крицук С. Г., Горный В. И., Латыпов И. Ш., Павловский А. А., Тронин А. А. Спутниковое картирование риска перегрева поверхности городской среды (на примере Санкт-Петербурга) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 5. С. 34–44.
- Кулик К. Н., Рулев А. С., Кошелева О. Ю. Почвенный покров урбанизированных территорий: идентификация и картографирование по космическим снимкам // Проблемы региональной экологии. 2015. № 3. С. 121–126.
- Ле Минь Туан, Шукуров И. С., Нгуен Тхи Май. Исследование интенсивности городского острова тепла на основе городской планировки // Строительство: наука и образование. 2019. Т. 9. Вып. 3. С. 1–22.
- Лупян Е. А., Прошин А. А., Бурцев М. А., Балашов И. В., Барталев С. А., Ефремов В. Ю., Кашницкий А. В., Мазуров А. А., Матвеев А. М., Суднева О. А., Сычугов И. Г., Толпин В. А., Уваров И. А. Центр коллективного пользования системами архивации, обработки и анализа спутниковых данных ИКИ РАН для решения задач изучения и мониторинга окружающей среды // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2015. Т. 12. № 5. С. 263–284.
- Мягков М. С. Микроклимат и биоклиматическая комфортность традиционной арабской застройки // Архитектура и современные информац. технологии. 2019. № 4(49). С. 235–261.
- Омаров Р. С., Шинкаренко С. С., Кошелева О. Ю. Геоморфологические особенности территории Волгограда как базовые характеристики, влияющие на «городской остров тепла» // Изв. Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2020. № 1. С. 147–158.
- Погорелов А. В., Липилин Д. А. Тепловой «портрет» города Краснодара по данным спутниковых снимков // Вестн. Пермского нац. исследоват. политехн. ун-та. Прикладная экология. Урбанистика. 2016. № 4. С. 32–45.
- Попова И. В. Методика геоэкологической оценки комфортности городской среды с учетом микроклиматических особенностей: дис. … канд. геогр. наук. Воронеж, 2018. 198 с.
- Почва. Город. Экология / под ред. Г. В. Добровольского. М.: Изд-во «Фонд за экономическую грамотность», 1997. 320 с.
- Рулев А. С., Шинкаренко С. С., Кошелева О. Ю. Оценка влияния гидрологического режима Волги на динамику затопления острова Сарпинский // Ученые записки Казанского ун-та. Сер. «Естественные науки». 2017. Т. 159. Кн. 1. С. 139–151.
- Савельев А. С., Морозова О. Г., Веселкова Н. С. Термический режим поверхности водоема-охладителя Березовской ГРЭС-1 по данным MODIS // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 7. С. 177–189.
- Савин И. Ю. Картографирование экраноземов Московской агломерации по спутниковым данным Landsat // Исслед. Земли из космоса. 2013. № 5. С. 55–61.
- Тронин А. А., Горный В. И., Груздев В. Н., Шилин Б. В. Многолетние аэрокосмические наблюдения температуры земной поверхности Северо-Западного региона РФ // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 6. С. 73–96.
- Филатов О. А. Микроклимат прибрежных территорий городских агломераций // Природа и хозяйственная деятельность в Нижнем Поволжье: сб. науч. тр. Волгоград: ВГПИ им. А. С. Серафимовича, 1986. С. 67–74.
- Шукуров И. С. Исследование конвективных потоков в условиях многоэтажной застройки // Жилищное стр-во. 2006. № 9. С. 22–23.
- Giannopoulou K., Santamouris M., Livada I., Georgakis C., Caouris Y. The impact of canyon geometry on intra urban and urban: suburban night temperature differences under warm weather conditions // Pure and Applied Geophysics. 2010. V. 167. Iss. 11. P. 1433–1449.
- Hardin A. W., Liu Y., Cao G., Vanos J. K. Urban heat island intensity and spatial variability by synoptic weather type in the northeast U. S. // Urban Climate. 2018. V. 24. P. 747–762.
- Imhoff M. L., Zhang P., Wolfe R. E., Bounoua L. Remote sensing of the urban heat island effect across biomes in the continental USA // Remote Sensing of Environment. 2010. V. 114(3). P. 504−513.
- Peng S., Piao S., Ciais P., Friedlingstein P., Ottle C., Bréon F.-M., Nan H., Zhou L., Myneni R. B. Surface urban heat island across 419 global big cities // Environmental Science and Technology. 2011. No. 46. P. 696–703.
- Schwarz N., Lautenbach S., Seppelt R. Exploring indicators for quantifying surface urban heat islands of European citieswith MODIS land surface temperatures // Remote Sensing of Environment. 2011. V. 115. P. 3175–3186.
- Voogt J. A., Oke T. R. Thermal remote sensing of urban climates // Remote Sensing of Environment. 2003. V. 86. P. 370–384.
- Zhou D., Zhao S., Liu S., Zhang L., Zhu C. Surface urban heat island in China’s 32 major cities: Spatial patterns and drivers // Remote Sensing of Environment. 2014. V. 152. P. 51–61.