ارزیابی اثر تغییرات NDVI در طبقات مختلف پوشش اراضی بر LST شهر یزد طی 30 سال اخیر با استفاده از تصاویر لندست و رگرسیون خطی

Abstract

دمای سطح زمین (LST )، اثرات قابل توجهی بر ایجاد جزایر حرارتی (UHI ) و جزایر حرارتی سطحی (SUHI ) دارد. بررسی تغییرات دمای سطح زمین نقش مهمی در پایش تغییرات اقلیمی ایفا می‌کند. در همین راستا، نقش ارزیابی فراوانی و پراکندگی پوشش گیاهی در برآورد اثرات گرمایش جهانی و دمای سطح زمین نیز قابل توجه است. بدین منظور، این پژوهش با استفاده از تصاویر چند طیفی و حرارتی لندست 5 و 8 به بررسی تغییرات الگوی زمانی-مکانی و کمی مقادیر شاخص پوشش گیاهی تفاضلی نرمال شده (NDVI ) شهر یزد در ارتباط با طبقه بندی پوشش اراضی در کلاس های مناطق شهری، پوشش گیاهی و زمین های بایر طی 30 سال اخیر می‌پردازد. به منظور برآورد تغییرات پوشش گیاهی، این پژوهش از شاخص NDVI که در مطالعات گسترده ای اهمیت آن در برآورد میزان پوشش گیاه و زبری سطح زمین به اثبات رسیده است استفاده می‌نماید. نتایج این پژوهش نشان داد، مساحت پوشش مناطق شهری طی سه دوره ده ساله %91.6 (km2 31.6) افزایش یافته و نیز پوشش گیاهی و زمین های بایر به ترتیب 68.5% (km2 12.2) و 79.5% (km2 21.3) کاهش یافته اند. این پژوهش همچنین اثر افزایش هر 0.1 مقدار NDVI بر کاهش 2.2 (°C 0.7) و 2.1 (°C 0.6) درصدی LST در کلاس های منطقه شهری، پوشش گیاهی و بایر را به اثبات رسانده و همچنین نشان داد که کاهش اثر خنک کنندگی NDVI، با افزایش مناطق شهری (همبستگی %98) و کاهش مناطق پوشش گیاهی (همبستگی %74-) و زمین های بایر (همبستگی %98-) ارتباط معنی داری دارد. نتایج حاصل از این پژوهش می‌تواند به منظور برنامه ریزی توسعه و رفاه شهری، برنامه ریزی برای ایجاد مناطق سبز و جلوگیری از رشد بی رویه مناطق شهری مفید باشد.

Full text

ت 
  یا  ا و  ز
  یا  ا و  ز
۱۴ و۱۵ ه ا۱۳۹۹
 هادت   م نز
هو  ا  و ز
ت 

ت 
  یا  ا و  ز
زرا  اتا NDVI  ت رد ارا   LST د  ۳0 ا ل 
زا هداو   نر و
مر  د هاد 
mohammadmoghaddam@stu.yazd.ac.ir
ور نا د هاد *
irousta@yazd.ac.ir
 د هاد یر 
mh.mokhtari@yazd.ac.ir
ه
دی ز  (
LST
 تاا ،) ا د ا را (
UHI
۱
ا و ) را  (
SUHI
2
ر دراد ) تا دی
ز     رد تا ا ا  رد  زرا  ،ار اوا ا و    رد تاا دروآ
  د وی ز    ا  ا ،ر و زا هدا  و   را و ۵ و 8 
ر تا ای ز-  و د    له (
NDVI
۳
) د   طرا رد  ی
،ی  اراز و  ی  ۳0 ا ل دزاد دروآ ر  تا  ، ا زا و

NDVI
هد ت رد ای ا  دروآ رد نآنا  ه ز وی ز  ر تا ه  هدا ا 
 ا ،داد ن و %  هد هرود   ی  ۹۱.۶ (
2
km
۳۱.۶ و    و  اا )
ز    ی۶8.۵% (
2
km
۱2.2 و )7۹.۵% (
2
km
2۱.۳  )  اا ا  و ا ا0.۱ را
VIND

2.2 (
°C
0.7 و )2.۱ (
°C
0.۶ یرد )
LST
رد ار ساد ن  ر تا   و   ،ی  ی  د
 ا  
NDVI
% ( ی  اا  ،۹8% (     و )7۴-) ز وی 
% (۹8- طرا ) و ا زا   دراد یراد ر  ا ،ی هر و  یر یا یر
 ر زا ی و   دا  ی  ور
هژاو  :    ،ارا  ی
NDVI
ز  ید ،
LST
د  ،رود زا  ،  ،

 ا  ا    یدز ت ار  رد و هداد را   ار    و ا 
هد ر ار ا[1]  زرا  سا  ا  ا( ز  ید  ،LST
4
6
ل زا )1880 
2010  ،0.85  رد ا  اا دا[2]ا ید ت   ،ز  زا ز  ید ی
هد تا ار عرا و  ا[3]ا رد   ،ز  ید  ز  ید ل ا و ز   یژا
 ا [4] را ا ،ک ر ر رد ز  ید ( 
UHI
دراد در  ق و  و )[5] 
را ا[6]آ ، یز [7] یر وا ی  ار ز  ید  [8]
1
Urban Heat Island
2
Surface Urban Heat Island
3
Normalized Difference Vegetation Index

Land Surface Temperature

ت 
  یا  ا و  ز
اها تر   ا و ع    تاا دروآ رد و هد اا ل رد ،ا رد یا
ا [9]ل     ( ه
NDVI
 ) زارد  و ز  یز زرا رد 
ر     [4]  ،  نا اا رد   طرا  زرا یا ا-
 ی تا  طرا رد یا- د هدا ا ا رد ز[10]  طرا ید ت 
LST
 و
NDVI
هد ر ار ا[11] ا زا ید یا  ر  رد 
NDVI
ا ه  ز  ید و
[3] ار   تو ،آ   رد 
LST
و
NDVI
ار ،د ل رد    ا ه 
رد و  ود ا   ار م ل ا ه ه [12] 
تا
LST
و  رد یژا هذ و وآ   نآ ا و ی  را ه ف د  ار یدز  ،
ا [13]هزاا   ،ز یناد هار  ا ز  ید  [14]دو ، ی
س رد ز  تا جاا ر  ار راا ا زا هدا ،رود زا  یژ ش و  هد یا
ا هداد اا[15]   زا     و ز تا یا ا ر ،و ا ف
NDVI
رد
تا  ارا   طرا
LST
 د 30  ا ل   رد ،هرود ر رد تا ا ر  
 تازا   ز و   ،ی  ارا  تا یا ر
LST
   ا ا  ر
  و ند  و  یا و بآ ،ی   و د  ی ی[16] ر  ، ا
   یرو یو هر و  یرر
۱ : )ا ر  بذ8 (2020  )،د  )ب ا ر رد نا ر  )پ و را د

ت 
  یا  ا و  ز
 ن زا  نا و هد د نا و ن  ،د  ه  ناا ی ا ل   ا 
°54 و'22 ا ض و °31 و'55 ( ا ه او  1 ،د  )110 ر ، 
،1228  و عرا 
°C
20 م دراد  ید  )( ی د  رد ل ه 33  رد  و دا
31  ردآ و )داد( ئوژ ،دا راد را مود ر رد )داد( [16]
 شور
  
NDVI
ه  د  نود و   ود   زا[17]  نآ را و-1 و1 گر د ا    
 د ،   ک  ی     بآ   د و [18]
ارا  ی
ز و   ،ی    ،د  ارا    ر  شور   یتر ی ه
 و زا   5 ل یا( ی1990 ،2000 و2020  و )8 ل یا2020 ( لو1 ،)
 ،ید ا ما ر    جاا ل یا  ی2020 ل یا و ز دز زا ی2010 ،
2000 و1990  و ثرا  و زاا  و  د  رد  جاا ز او ی زا هد100
 زا هدا  و نا (  زرا ، د و  یرآ ی لو2د ی را )  1 %(100  ،)
ا ز او  و   [19]د را   1 %(100  د    د  رد )
  [20]
لو1هرا و ت :و رد  را هدا در یا
هرام و هنجنس
سنش
ب خیرتشاد ( تعسGMT
)
TM  ،
۵
LT05_L1TP_162038_19900701_20180612_01_T1
01
ی
1990
06
:
17
:
05
TM  ،
۵
LT05_L1TP_162038_20000728_20180922_01_T1
28
ی
2000
06
:
34
:
04
TM  ،
۵
LT05_L1TP_162038_20100708_20161014_01_T1
08
ی
2010
06
:
47
:
28
OLI ، 
8
LC08_L1TP_162038_20200804_20200804_01_T1
04
آ
2020
06
:
56
:
53
لو2 د زرا  : یی
)رد( 
ل
2020
2010
2000
1990
 د
95.88
83.27
85.84
98.93
 
93.46
75.74
77.25
98.39

ت 
  یا  ا و  ز
د ز  ی
( د زا هدا  ز  ید1  ) [17]:

=

/
[
1
+


∗




∗
ln
(

)
]
, (
1
)
،نآ رد 

،ا ی ور ید

،را  ج ل
c2
 د14388 و
e
 ی
 نر
  زا   شزا ر  ت ا شور   نر آ زا و ا ردیا تا زا
 ه   هدا    د او  ی یا ر  د  اود دروآ ندروآ
 سا  شور ا رده او د و ه شزا   ید  ،  زا  ا 
y
 (
2 )[21]
2 :ه و   رد  ،ر  هنر م ه اذ ی [2۱]
 و ث
    داد ن ،د  ارا  ی3 ،ی  ، هد هرود
2
km
33.6 (91.6% ا اد ر )
هرود رد س ا1990-2000 
2
km
18.5 (50.4% ،) هرود رد و ر 2000-2010  ا یر ،
2
km
12.9 (23.3% )
هرود رد س ا ر  ا هد  ار2010-2020 
2
km
2.2 (3.2%     س ا هد )
 ،هرود
2
km
12.2 (68.5% هرود رد س ا ر   ا   )1990-2000  
2
km
7.3- (41%- هد )
هرود رد س ا ا2000-2010 ،
2
km
2.9- (27.6%- هرود رد س ا   ا هد ا  )2010-
2020  و
2
km
2- (26.3%-ز ا هد )       ور رد   ی30 ،ا ل
2
km
21.3-
(79.5%-  ) س ا   و  اهرود رد  ی1990-2000 
2
km
11.2- (41.7%- و )
2010-2020 
2
km
0.1- (1.7%- س ا ا هد ) هرود رد ار ی ر  2000-2010 
2
km
10-
(64.1%-( ا هد  ) 3)
لوط ا هدام قابنا
طوط هد
م یدومعداب
X =
هدک ب شپ
Y
=
خساپ

ت 
  یا  ا و  ز
۳ :د  ارا  ت  
ّ و ز تا  ط  ر
NDVI
یر  طرا رد  نآ  و ارا   ی
LST
د 
ل رد  ا نآ 1990 ن ا یازا  ، تر ،0.1 را 
NDVI
نا ،
LST
،3.3% (
°C
0.9  رد )
ا   ی% ،ی3.1 (
°C
0.8ا     س رد )% و ی3.2 (
°C
0.9    ارا رد )
ا هد ها
LST
ل رد2000 % ی  یا2.3 (
°C
0.7)، %    س رد2.4 (
°C
0.7   )
از رد و ی%   ی2.2 (
°C
0.7ا   ) ا   ی
LST
ل رد2010 % 1.8 (
°C
0.6 رد )
% ،ی 2.1 (
°C
0.7ا     س رد )% و ی1.6 (
°C
0.6ا    ارا رد )  ی
اا یازا0.1 را
NDVI
 ل رد  را ا ا  2020 % ی  یا1.4 (
°C
0.5   )
%   س یا ،ی0.8 (
°C
0.3   )%  ارا یا و ی1.3 (
°C
0.6( ا هد ) 4)
 ا  ،هآ د  رآ سا   
NDVI
30  ،ی  س اا  ،ا ل
ز و     و ( دراد     ی لو3)
لو۳ ا    : NDVI س   هرود  ارا  ی۳0 
 س 
 
ی 
0.98
 
0.74
-
ز ی
0.98
-
ی     ز
1990 36.7 17.8 26.8
2000 55.2 10.5 15.6
2010 68.1 7.6 5.6
2020 70.3 5.6 5.5
36.7
17.8
26.8
55.2
10.5
15.6
68.1
7.6
5.6
70.3
5.6
5.5
()
ارا  

ت 
  یا  ا و  ز
۴  را :
LST
یازا 0.۱ را اا
NDVI
یا ارا   ۳0 د  ا ل
ی
 را اا  داد ن  ا 
NDVI
 رد
LST
س زا   و   ،ی  ی
ز د   یؤ ا یر  30 اا  ،ا ل0.1 س رد ، ا را  ی
% ،ی2.2 (
°C
0.7%    رد ،)2.1 (
°C
0.6ز و )%  ی2.1 (
°C
0.7 )
LST
ا ا هداد  ار
 و  ارا  ر  30 ی  ،داد ن ا ل91% و   س و اا
ز%    ی68.5 % و79.5   ا  ،در ا     ا رد    
س ا زا% ( ی  اا ور  98% (    و )74-ز و )  ی
% (98-ز دراد  ار ) ا  یور   ا نو ن ا رد  ی 
NDVI
 ،
ر  نا ا ی        اد
ا
Avdan, U., & Jovanovska, G. (2016). Algorithm for automated mapping of land surface temperature using LANDSAT
8 satellite data.
Journal of Sensors, 2016
.
Dahe, Q., & Stocker, T. (2014). Highlights of the IPCC working group I fifth assessment report.
Advances in Climate
Change Research, 10
(1), 1.
Deng, Y., Wang, S., Bai, X., Tian, Y., Wu, L., Xiao, J., . . . Qian, Q. (2018). Relationship among land surface
temperature and LUCC, NDVI in typical karst area.
Scientific reports, 8
(1), 1-12.
Estrada, F., Martins, L. F., & Perron, P. (2017). Characterizing and attributing the warming trend in sea and land
surface temperatures.
Atmósfera, 30
(2), 163-187.
1990 2000 2010 2020
LST
ی  -0.9 -0.7 -0.6 -0.5
  -0.8 -0.7 -0.7 -0.3
 ارا -0.9 -0.7 -0.6 -0.6
-1
-0.9
-0.8
-0.7
-0.6
-0.5
-0.4
-0.3
 ناLST(
°
C)
ل

ت 
  یا  ا و  ز
Ghent, D., Good, E., Bulgin, C., & Remedios, J. (2017).
A Spatio-Temporal Analysis of the Relationship Between
Near-Surface Air Temperature and Satellite Land Surface Temperatures Using 17 Years of Data from the ATSR
Series.
Paper presented at the AGU Fall Meeting Abstracts.
Li, Z.-L., Tang, B.-H., Wu, H., Ren, H., Yan, G., Wan, Z., . . . Sobrino, J. A. (2013). Satellite-derived land surface
temperature: Current status and perspectives.
Remote Sensing of Environment, 131
, 14-37.
Liang, S., Rui, S., Xiaowen, L., Huailiang, C., & Xuefen, Z. (2011). Estimating evapotranspiration using improved
fractional vegetation cover and land surface temperature space.
Journal of Resources and Ecology, 2
(3), 225-231.
Peng, J., Ma, J., Liu, Q., Liu, Y., Li, Y., & Yue, Y. (2018). Spatial-temporal change of land surface temperature across
285 cities in China: An urban-rural contrast perspective.
Science of the Total Environment, 635
, 487-497.
Pettorelli, N., Vik, J. O., Mysterud, A., Gaillard, J.-M., Tucker, C. J., & Stenseth, N. C. (2005). Using the satellite-
derived NDVI to assess ecological responses to environmental change.
Trends in ecology & evolution, 20
(9), 503-
510.
Ranagalage, M., Estoque, R. C., Zhang, X., & Murayama, Y. (2018). Spatial changes of urban heat island formation
in the Colombo District, Sri Lanka: Implications for sustainability planning.
Sustainability, 10
(5), 1367.
Rizwan, A. M., Dennis, L. Y., & Chunho, L. (2008). A review on the generation, determination and mitigation of
Urban Heat Island.
Journal of Environmental Sciences, 20
(1), 120-128.
Song, Z., Li, R., Qiu, R., Liu, S., Tan, C., Li, Q., . . . Shi, W. (2018). Global land surface temperature influenced by
vegetation cover and PM2. 5 from 2001 to 2016.
Remote Sensing, 10
(12), 2034.
Story, M., & Congalton, R. G. (1986). Accuracy assessment: a user’s perspective.
Photogrammetric Engineering and
remote sensing, 52
(3), 397-399.
Sun, D., & Kafatos, M. (2007). Note on the NDVI‐LST relationship and the use of temperature‐related drought
indices over North America.
Geophysical Research Letters, 34
(24).
Tan, Z., Tao, H., Jiang, J., & Zhang, Q. (2015). Influences of climate extremes on NDVI (normalized difference
vegetation index) in the Poyang Lake Basin, China.
Wetlands, 35
(6), 1033-1042.
Thompson, W. D., & Walter, S. D. (1988). A reappraisal of the kappa coefficient.
Journal of clinical epidemiology,
41
(10), 949-958.
Van Nguyen, O., Kawamura, K., Trong, D. P., Gong, Z., & Suwandana, E. (2015). Temporal change and its spatial
variety on land surface temperature and land use changes in the Red River Delta, Vietnam, using MODIS time-series
imagery.
Environmental monitoring and assessment, 187
(7), 1-11.
Vlassova, L., Pérez-Cabello, F., Mimbrero, M. R., Llovería, R. M., & García-Martín, A. (2014). Analysis of the
relationship between land surface temperature and wildfire severity in a series of landsat images.
Remote Sensing,
6
(7), 6136-6162.
weatherbase. (2020). YAZD - EAST, IRAN. Retrieved from http://www.weatherbase.com/weather/weather-
summary.php3?s=12804&cityname=Yazd+-+East%2C+Yazd%2C+Iran&units=
Weisberg, S. (2005).
Applied linear regression
(Vol. 528): John Wiley & Sons.
Zhang, Y., Gao, J., Liu, L., Wang, Z., Ding, M., & Yang, X. (2013). NDVI-based vegetation changes and their
responses to climate change from 1982 to 2011: A case study in the Koshi River Basin in the middle Himalayas.
Global and Planetary Change, 108
, 139-148.