تعیین درجه حرارت سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهواره لندست (مطالعه موردی: اراضی ساحلی بوشهر)

پیشینه و هدف :

دمای سطح زمین (LST) از آنجایی که آب و هوا و محیط را در سطح محلی، منطقه‌ای و جهانی تحت تاثیر قرار می‌دهد، امروزه به عنوان به یک موضوع مهم در جهان تبدیل شده است که این تغییرات در دمای سطح زمین عمدتا ناشی از شهرنشینی، فعالیت‌های انسانی و تغییر در کاربری و پوشش زمین بوجود می‌آید. با توجه به محدودیت ایستگاه‌های هواشناسی، سنجش از دور می‌تواند به عنوان پایه و اساس بسیاری از داده‌های هواشناسی مورد استفاده قرار گیرد. یکی از مهمترین جنبه‌های کاربردی سنجش از دور در مطالعات اقلیم شناسی برآورد دمای سطح زمین می‌باشد. در این تحقیق درجه حرارت سطح زمین بین سال‌های 1990 تا 2018 از تصاویر سنجنده‌های TM و OLI اراضی ساحلی بوشهر، از روش استفان- بولتزمن استخراج شد.

مواد و روش‌ها :

منطقه مطالعه اراضی شهر بوشهر که در ساحل شمالی خلیج‌فارس، با ابعاد 20 در 8 کیلومتر با مساحت 1011.5 کیلومترمربع و با متوسط حداقل دما 18.1 درجه سانتی‌گراد و متوسط حداکثر دمای 33 درجه سانتی‌گراد، میزان رطوبت نسبی بین 75-58 در صد و متوسط بارندگی سالیانه 272 میلی‌متر در موقعیت جغرافیایی '50°50 تا '10°51 طول شرقی و '40°28 تا '00°29 عرض شمالی واقع شده است. داده‌های مورد استفاده در این تحقیق شامل؛ داده سنجنده لندست 8(OLI) در سال 2018 و داده TM در سال 1990 که از مرکز داده‌های سازمان زمین شناسی ایالات متحده (USGS) دانلود گردید. جهت محاسبه پارامترهای مربوط به استخراج دما از داده‌های هواشناسی ایستگاه‌های سینوپتیک مستقر در منطقه موردمطالعه استفاده شد. بعد از اخد تصاویر، به‌دلیل بزرگ‌تر بودن محدوده تصاویر اخذ شده، تصاویر برش داده شدند (Resize) و سپس تصحیح هندسی تصاویر با استفاده از نقشه های توپوگرافی به مقیاس 1:25000 انجام شد و کلیه تصاویر به سیستم مختصات UTM ناحیه 39 شمالی انطباق داده شدند. در تصحیح هندسی تمام تصاویر خطای RMS کمتر از 0.5 پیکسل بود. برای مقایسه نتایج اجرای روش استفان- بولتزمن برای استخراج LST با داده‌های زمینی داده‌های نقشه‌های حرارتی به‌دست آمده با داده‌های دمای خاک (به‌دست آمده از ایستگاه‌های هواشناسی موجود در محدوده انتخاب شده) مقایسه شد. به‌منظور ارزیابی روش استفان-بولتزمن از داده‌های زمینی، از روش آماری شاخص میانگین خطای مطلق استفاده شد.

نتایج و بحث :

میانگین حداقل و حداکثر درجه حرارت سطح زمین LST استخراج شده از تصویر TM سال 1990 به ترتیب 26.5 و 45 درجه سانتی‌گراد و برای تصویر OLI  سال 2018 به ترتیب 30.1 و 48.6 درجه سانتی‌گراد بدست آمد. نتایج نشان داد که مقادیر شاخص میانگین خطای مطلق برای سنجنده‌های TM و OLI، به‌ترتیب برابر با 7.1 و 5.6 است. نتایج تحقیق نشان داد که روش استفان- بولتزمن، نتیجه قابل اعتماد و مطمینی را در برآورد دمای سطح زمین ارایه داد.

نتیجه‌گیری:

 این تحقیق با هدف استخراج LST با روش استفان-بولتزمن است. نتایج این روش با استفاده از شاخص آماری میانگین خطای مطلق برای دوره مطالعاتی (1990-2018) برآورد گردید. اجرای شاخص میانگین خطای مطلق بر روی نقشه های حرارتی تولید شده، مشخص شد که روش استفان-بولتزمن برای تحقیقات آتی در زمینه‌های سنجش‌ازدور حرارتی با مشاهده نتایج حاصل از استفاده شاخص MAE  بر روی نقشه‌های حرارتی مناسب است. بنابراین نتایج نشان داد که روش استفان-بولتزمن مناسب برای برآورد دمای سطح زمین در اراضی مناطق ساحلی است. در نهایت، پیشنهاد می‌شود که برای توصیف کمی الگوهای LST از یک روش مبتنی بر GIS/RS و روش‌هایی مانند همبستگی مکانی و نیمه‌واریانس استفاده شود.