نشریه سنجش از دور و GIS  ایران

نشریه سنجش از دور و GIS ایران

بررسی رابطه میان شاخص‌های هندسی مورفولوژی شهری و دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر لندست-8 (نمونه موردی: مناطق 18 و 22 کلانشهر تهران)

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان
1 کارشناس ارشد برنامه‌ریزی شهری، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.
2 استادیار گروه شهرسازی، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.
3 دانشیار گروه شهرسازی، دانشکده معماری و شهرسازی، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین. ایران.
4 استادیار پژوهشکده حفاظت خاک و آبخیزداری، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران.
چکیده
سابقه و هدف:

رشد شتابان شهرنشینی و گسترش فعالیت‌های انسانی طی دهه‌های اخیر، موجب تشدید تغییرات دمایی، پدیده جزایر حرارتی شهری و پیامدهایی همچون افزایش مصرف انرژی، کاهش کیفیت هوا و افت سلامت عمومی شده است. در این میان، نقش متغیرهای هندسی مورفولوژی شهری به‌عنوان عوامل مصنوع و قابل مدیریت، در تبیین تغییرات دمای سطح زمین (LST) اهمیت ویژه‌ای دارد. از این رو، شناخت رابطه میان ویژگی‌های کالبدی و هندسی بافت شهری و دمای سطح زمین می‌تواند در جهت برنامه‌ریزی و طراحی شهری متناسب با شرایط اقلیمی مؤثر باشد. هدف پژوهش حاضر، تحلیل رابطه میان شاخص‌های هندسی فرم شهری شامل؛ متوسط اندازه قطعات، سهم سطح ساخته‌شده، میانگین وزنی تعداد طبقات و شاخص کانیون شهری و دمای سطح زمین در دو منطقه با الگوهای توسعه متفاوت در کلانشهر تهران، شامل منطقه ۱۸ با رشد ارگانیک و فشرده و منطقه ۲۲ با توسعه برنامه‌ریزی‌شده و بلندمرتبه‌سازی، در مقیاس بلوک شهری است.

مواد و روش‌ها:

در این پژوهش از تصاویر ماهواره‌ای لندست-۸ با قدرت تفکیک مکانی ۳۰ متر و مجموعه‌ای از شاخص‌های کمی مورفولوژی شهری شامل متوسط اندازه قطعات، سهم سطح ساخته‌شده، میانگین وزنی تعداد طبقات و نسبت ارتفاع به عرض کانیون شهری (H/W) در مقیاس بلوک شهری استفاده شد. در گام نخست، شاخص‌های مورفولوژی شهری بر اساس مطالعات پیشین و با توجه به قابلیت استخراج و دسترسی به داده‌های مورد نیاز انتخاب و در مقیاس بلوک شهری محاسبه گردید. در ادامه، با استفاده از تصاویر روزانه ماهواره لندست-۸ در دو فصل تابستان و زمستان سال ۱۴۰۰، دمای سطح زمین (LST) استخراج و نقشه‌های دمایی مناطق مورد مطالعه در محیط Google Earth Engine تهیه شد. در مرحله نهایی، به‌منظور بررسی رابطه میان شاخص‌های مورفولوژی شهری و متوسط دمای سطح زمین، مدل رگرسیون خطی چندگانه به روش حداقل مربعات معمولی (OLS) به تفکیک فصل تابستان و زمستان اجرا شد.

نتایج و بحث:

نتایج مدل نشان داد که رابطه میان شاخص‌های مورفولوژیک و متوسط دمای سطح زمین در فصل تابستان نسبت به فصل زمستان قوی‌تر است. در میان شاخص‌های مورد بررسی، شاخص کانیون شهری در هر دو فصل قوی‌ترین رابطه منفی با متوسط دمای سطح زمین را نشان داد؛ به‌گونه‌ای که ضریب آن در فصل تابستان ۰٫۶۹۹- و در فصل زمستان ۰٫۱۵۱- به دست آمد. از سوی دیگر، سهم سطح ساخته‌شده نیز رابطه‌ای منفی با دمای سطح زمین داشت؛ به‌طوری‌که هر واحد افزایش در این شاخص، به‌طور متوسط با کاهش حدود ۰٫۰۳۶۷ درجه‌ای دمای سطح زمین در فصل تابستان همراه بود. متوسط اندازه قطعات نیز رابطه‌ای منفی اما بسیار جزئی با دمای سطح زمین نشان داد و ضریب آن در حدود ۰٫۰۰۰۰۶- به دست آمد. در مقابل، میانگین وزنی تعداد طبقات ارتباط قابل‌توجهی با تغییرات متوسط دمای سطح زمین نشان نداد.

نتیجه‌گیری:

نتایج این پژوهش نشان می‌دهد که شاخص‌های هندسی مورفولوژی شهری با دمای سطح زمین در مناطق مورد مطالعه کلانشهر تهران ارتباط دارند و شدت این ارتباط در فصل تابستان نسبت به زمستان بیشتر است. در میان شاخص‌های بررسی‌شده، شاخص کانیون شهری (H/W) در هر دو فصل قوی‌ترین رابطه منفی را با متوسط دمای سطح زمین نشان داد و سهم سطح ساخته‌شده نیز رابطه‌ای منفی با دما داشت. همچنین، متوسط اندازه قطعات رابطه‌ای منفی اما بسیار جزئی با دمای سطح زمین نشان داد، در حالی که میانگین وزنی تعداد طبقات ارتباط قابل‌توجهی با تغییرات متوسط دما نداشت. این یافته‌ها بیانگر آن است که هندسه فضاهای میان‌ساخت، میزان سطح ساخته‌شده و ویژگی‌های کالبدی قطعات شهری می‌توانند در تبیین الگوی فضایی دمای سطح زمین نقش داشته باشند. از این رو، توجه به شاخص‌های مورفولوژیک، به‌ویژه هندسه کانیون شهری و میزان سطح ساخته‌شده، در فرایندهای برنامه‌ریزی و طراحی شهری می‌تواند به تدوین سیاست‌های اقلیم‌محور و کاهش پیامدهای حرارتی توسعه شهری در تهران و سایر کلان‌شهرهای کشور کمک کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Investigating the Relationship Between Urban Morphological Indicators and Land Surface Temperature Using Landsat-8 Imagery: A Case Study of Districts 18 and 22, Tehran

نویسندگان English

Mahsa Norouzi Qezelcheh 1
Zeinab َAdeli 2
Bahram Aminzadeh Goharrizi 3
Morteza Miri 4
1 Master's graduate in Urban Planning, Faculty of Architecture and Urban Planning, Imam Khomeini International University (IKIU), Qazvin, Iran.
2 Assistant Professor, Department of Urban Planning, Faculty of Architecture and Urban Planning, Imam Khomeini International University, Qazvin
3 Associate Professor of Urban Planning, Faculty of Architecture and Urban Planning, Imam Khomeini International University (IKIU), Qazvin, Iran.
4 Assistant Professor, Soil Conservation and Watershed Management Research Institute (SCWMRI), Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Tehran, Iran.
چکیده English

Background and Objective

Rapid urbanization and the intensification of human activities in recent decades have contributed to the intensification of the urban heat island phenomenon and its associated consequences, including increased energy consumption, reduced air quality, and adverse effects on public health. Among these factors, geometric urban morphology variables, as artificial and potentially manageable characteristics, play an important role in explaining variations in land surface temperature (LST). Therefore, understanding the relationship between the physical and geometric characteristics of the urban fabric and land surface temperature can contribute to climate-responsive urban planning and design. The aim of this study is to analyze the relationship between geometric indicators of urban form, including mean parcel size, built-up surface ratio, weighted average number of floors, and urban canyon index, and land surface temperature at the urban-block scale in two districts of Tehran with contrasting development patterns: District 18, characterized by organic and compact growth, and District 22, characterized by planned development and high-rise construction.

Materials and Methods

This study utilized Landsat-8 satellite imagery with a spatial resolution of 30 m, along with a set of quantitative urban morphology indicators, including mean parcel size, built-up surface ratio, weighted average number of floors, and the height-to-width ratio of urban canyons (H/W), at the urban-block scale. In the first stage, the urban morphology indicators were selected based on previous studies and the feasibility and availability of the required data, and were calculated at the urban-block scale. Subsequently, land surface temperature (LST) was extracted from daily Landsat-8 imagery for the summer and winter seasons of 2021, and LST maps of the study areas were generated using the Google Earth Engine platform. Finally, to examine the relationship between the urban morphology indicators and mean land surface temperature, a multiple linear regression model based on the Ordinary Least Squares (OLS) method was applied separately for the summer and winter seasons.

Results and Discussion

The results of the model indicated that the relationship between the morphological indicators and mean land surface temperature was stronger in summer than in winter. Among the examined indicators, the urban canyon index exhibited the strongest negative relationship with mean land surface temperature in both seasons, with coefficients of -0.699 in summer and -0.151 in winter. The built-up surface ratio also showed a negative relationship with land surface temperature; approximately, each unit increase in this indicator was associated with a decrease of about 0.0367 °C in mean summer land surface temperature. Mean parcel size also showed a negative but very weak relationship with land surface temperature, with a coefficient of approximately -0.00006. In contrast, the weighted average number of floors did not show a significant relationship with variations in mean land surface temperature.

Conclusion

The findings of this study indicate that geometric urban morphology indicators are associated with land surface temperature in the studied areas of Tehran, and that the strength of these relationships is greater in summer than in winter. Among the examined indicators, the urban canyon index (H/W) exhibited the strongest negative relationship with mean land surface temperature in both seasons, while the built-up surface ratio also showed a negative relationship with temperature. Mean parcel size showed a negative but very weak relationship with land surface temperature, whereas the weighted average number of floors did not show a significant relationship with variations in mean temperature. These findings indicate that the geometry of inter-building spaces, the extent of built-up surfaces, and the physical characteristics of urban parcels can contribute to explaining the spatial pattern of land surface temperature. Therefore, greater attention to urban morphology indicators, particularly urban canyon geometry and the extent of built-up surfaces, in urban planning and design processes can contribute to the development of climate-responsive policies and the reduction of the thermal consequences of urban development in Tehran and other metropolitan areas.

کلیدواژه‌ها English

Remote sensing
Land Surface Temperature
Urban Morphology
Geometric Indicators
Tehran Metropolis

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 14 شهریور 1405