РФФИ-14-05-90416
«Исследование влияния урбанизации на микроклимат городов (по материалам тепловых аэрокосмических съемок)
В 2014 г. начались исследования по Российско-Украинскому проекту, поддержанному грантом РФФИ № 14-05-90416 по теме: «Исследование влияния урбанизации на микроклимат городов (по материалам тепловых аэрокосмических съемок).
Проект выполняется научным коллективом сотрудников Лаборатории дистанционных методов интегрального мониторинга и геоинформатики НИЦЭБ РАН (российский участник) и коллективом сотрудников Государственного учреждения "Научный центр аэрокосмических исследований Земли" Института геологических наук НАН Украины.
Фундаментальной научной проблемой, на решение которой направлен проект является реакция городской среды на глобальное потепление.
Главной задачей является прогноз температуры городской среды в условиях изменяющегося климата, основанный на выявлении закономерностей пространственно-временных изменений уходящего длинноволнового излучения городов, зарегистрированного тепловой аэрокосмической съемкой за последние несколько десятков лет в Киеве и Санкт-Петербурге.
Планом исследований в 2014 году было предусмотрено:
Российский участник:
1. Формирование базы космических данных за последние 30 лет на города Киев и Санкт-Петербург спутников серии NOAA, Terra/Aqua (MODIS), Terra (ASTER).
2. Построения временных рядов температуры поверхности городов в камеральном режиме по материалам съемок спутниками NOAA Terra/Aqua (MODIS), Terra (ASTER). Формирование базовой ГИС
Украинский участник:
1. Формирование базы космических данных за последние 30 лет на город Киев и Санкт-Петербург спутниками серии Landsat.
2. Предварительная обработка дистанционной информации по данным спутников серии Landsat. Радиометрическая и атмосферная коррекция, отсечки информации за пределами пригородной зоны, классификация изображений по ландшафтно-функциональным признакам.
3. Наземные калибровочно-заверочные исследования и корректировки алгоритма вычисления поверхностной температуры по данным спутников серии Landsat. Сравнение результатов восстановления температуры с помощью алгоритмов украинских и российских участников.
4. Построения временных рядов тепловых полей городов в камеральном режиме. Формирование базовой ГИС.
В результате работ 2014 г российским участником сформирована база материалов тепловых съемок спутниками серии NOAA, Terra/Aqua (MODIS), Terra (ASTER) за последние 30 лет на города Киев и Санкт-Петербург и на окружающие не урбанизированные областные территории (рис. 1).
Рисунок 1 - Карты температур, восстановленных по материалам тепловой съемки спутником Aqua(MODIS) на территории: А. Киева и Киевской области. Б. Санкт-Петербурга и Ленинградской области.
За последние 30 лет для сезона максимального прогрева (июль-первая половина августа) построены многолетние временные ряды дневных и утренних температур поверхности этих городов, Ленинградской и Киевской областей (рис. 2 и 3).
Рисунок 2 - Многолетний временной ряд дневной температуры поверхности Санкт-Петербурга (1) и Ленинградской области (2) для периода максимального прогрева (июль – середина августа) по данным съемок спутниками NOAA(AVHRR) и Aqua (MODIS). Пунктиром показаны линии многолетнего тренда, рассчитанного полиномом второго порядка. Прогноз на 2014 г средней дневной температуры города ~ +28,0ОC
Рисунок 3 - Многолетний временной ряд дневной температуры поверхности Киева (1) и Киевской области (2) для периода максимального прогрева (июль – середина августа) по данным съемок спутниками NOAA(AVHRR) и Aqua (MODIS). Пунктиром показаны линии многолетнего тренда, рассчитанного полиномом второго порядка. Прогноз на 2014 г средней дневной температуры ~ +30,6ОС
Выявлено превышение температуры поверхности городской среды по сравнению с окружающими областными территориями: - для Санкт-Петербурга на +3,5ОС, а для Киева на 1,5ОС. На основании прогноза следует ожидать возрастание до +28ОС (еще на +3,0ОС) средней по площади дневной температуры поверхности городской среды Санкт-Петербурга с возможным дополнительным нагревом поверхности отдельных участков городской среды до +44,0ОС, а в Киеве, соответственно, до +30,6ОС (на +1,4ОС) с возможным дополнительным нагревом поверхности отдельных участков городской среды до +51,0ОС.
В пределах окружающих города территорий Ленинградской и Киевской областей отмечено снижение температуры земной поверхности. Выдвинуто предположение, что рост количества осадков и зарастание территорий растительностью могут быть возможными причинами этого явления. Рекомендовано в рамках исследований 2015 г дополнительно по спутниковым данным выполнить анализ динамики площади зеленых зон Санкт-Петербурга и Киева и изучить наличие (или отсутствие) связей между температурой поверхности городской среды и площадью зеленых зон. Сделан вывод о необходимости изучения связей между температурой поверхности городской среды и экономической активностью (расход энергии) в городах.
Выполнена интеркалибровка методик восстановления температуры земной поверхности по материалам тепловой съемки спутником Landsat 8 (рис. 4). Рекомендовано в исследованиях 2015 г использовать методику украинских участников проекта.
Рисунок 4 – Двумерная гистограмма распределения термодинамической температуры поверхности городской среды, восстановленной по материалам съемки спутником Landsat 8 с использованием методик украинских и российских участников проекта
