بررسی و مدل سازی تاثیر ترکیب و آرایش چشم انداز بر دمای سطح شهر با استفاده از یادگیری ماشین و داده های سنجش از دور (مطالعه موردی: شهر یزد-ایران)

شهرنشینی باعث تبدیل شکل طبیعی سطح زمین به کاربری و پوشش های مدرن و سطوح غیرقابل نفوذ می شود و با چندپاره و پیچیده کردن مناظر شهری، بر سکونت شهرها تاثیر می گذارد. اثر جزیره گرمایی شهری به دلیل تلاقی با چهار چالش مهم قرن بیست و یکم اعم از رشد جمعیت، تغییرات آب و هوایی جهانی، بهداشت عمومی و افزایش تقاضای انرژی یکی از مهم ترین بررسی ها در مورد پدیده های زیست محیطی بوده و ازنظر ابعاد انسانی مهم است. دراین بین، مطالعه دمای سطح زمین چشم انداز واضحی از بررسی جزایر حرارتی و وضعیت تبخیر و تعرق در شهرها به دست می دهد که با توجه به اقلیم گرم و خشک شهر یزد، بررسی وضعیت و عوامل اثر گذار بر دمای سطح زمین در این شهر را ضروری می نمایاند. این پژوهش با استفاده از تصویر فیوژن شده طیفی و مکانی لندست-8 برای ماه آگوست سال 2020 میلادی و با بهره گیری از الگوریتم های یادگیری ماشین سعی دارد تا تغییرات دمای سطح زمین را با محاسبه پارامترهای مختلف مرتبط با چشم انداز سطح زمین ازجمله پوشش اراضی، مجاورت با کلاس های مختلف پوشش اراضی در شعاع 50، 100 و 150 متر، ارتفاع، شاخص پوشش گیاهی نرمال شده تفاضلی، شاخص مناطق ساخته شده، شاخص نرمال شده سطوح نفوذناپذیر، شاخص بهبودیافته نرمال شده تفاضلی آب، شیب و جهت شیب در شهر یزد مدل کند. نتایج این پژوهش نشان داد، فیوژن طیفی-مکانی تصویر لندست-8 با سنتینل-2 به روش بارزسازی پن، موجب افزایش دقت کلی طبقه بندی از 77.9 (در تصویر لندست) به 88.6 درصد شد. همچنین این فیوژن، ضریب کاپا را در طبقه بندی از 62.2 (در تصویر لندست) و 67.4 (در تصویر سنتینل) به 78.7 درصد افزایش داد. این پژوهش همچنین نشان داد که اکثر پارامترهای مرتبط با همسایگی با پوشش اراضی در رده 1 تا 11 تاثیرگذاری بر دمای سطح زمین شهر یزد قرار دارند. دراین بین، مجاورت با پوشش زمین های بایر در شعاع 100 متر با 54 درصد، در مجاورت 50 متر با 10 درصد و در مجاورت 150 متر با 9.5 درصد به ترتیب رتبه 1 تا 3 مهم ترین پارامترهای اثرگذار بر دمای سطح زمین را از آن خود کردند. این پژوهش نشان داد که تغییر آرایش پوشش اراضی می تواند بر دمای سطح زمین اثر گذار باشد. در همین راستا، با شبیه سازی چند مدل برنامه ریزی برای اراضی قابل دست کاری شهری نشان داد که تغییر زمین های بایر به مناطق ساخته شده، تا 1.1 درجه سانتی گراد، تغییر زمین های بایر به پوشش گیاهی، تا 2.1 درجه سانتی گراد و تغییر 30 درصد از زمین های بایر به پوشش گیاهی، تا 1.6 درجه سانتی گراد می تواند میانگین دمای سطح زمین را در شهر یزد کاهش دهد. همچنین این پژوهش به بررسی دو مدل مختلف به منظور شبیه سازی ایجاد پوشش گیاهی در سطح شهر یزد پرداخت. مدل اول که بر اساس مدل صرفه جویی در زمین و با قطعات بزرگ تر و متراکم تر پوشش گیاهی در سطح شهر شبیه سازی شده بود، نشان داد که می تواند میانگین دمای سطح زمین را در شهر یزد تا 1.3 درجه سانتی گراد کاهش دهد. مدل دوم که بر اساس مدل تقسیم زمین و با پیکسل های پراکنده پوشش گیاهی در سراسر شهر یزد شبیه سازی شده بود نیز نشان داد که می تواند میانگین دمای سطح زمین را تا 1.4 درجه سانتی گراد کاهش دهد. این نتایج همچنین اثرگذاری بیشتر مدل دوم (تقسیم زمین) بر کاهش دمای سطح زمین را با مقایسه دمای سطح زمین در کلاس های مختلف نشان داد. نتایج این پژوهش به شناسایی عوامل موثر بر ایجاد جزایر حرارتی در سطح این شهر گرم و خشک کمک کرده و می تواند یاریگر برنامه ریزان شهری در دستیابی به مدل بهینه پوشش زمین های شهری به منظور افزایش شاخص رفاه شهروندی و همچنین حفاظت از محیط زیست شهری باشد. نتایج این پژوهش همچنین می تواند در برنامه ریزی های آتی شهر یزد به منظور تعیین پوشش و کاربری های مختلف در شهر مورداستفاده قرار بگیرد.

کلیدواژه ها:

مدل سازی دمای سطح زمین ، گرادیان بوستینگ ، پارامترهای شهری ، یادگیری ماشین ، شبیه سازی پوشش اراضی