resarПриродные ресурсы Арктики и СубарктикиArctic and Subarctic Natural Resources2618-97122686-9683Академия наук Республики Саха (Якутия)10.31242/2618-9712-2023-28-3-415-424resar-236Research ArticleНауки о Земле. Инженерная геология, мерзлотоведение и грунтоведениеEarth sciences. Engineering geology, permafrost and soil scienceОпределение тепловых аномалий г. Якутск по результатам дешифрирования спутниковых данныхIdentification of thermal anomalies in Yakutsk using satellite datahttps://orcid.org/0000-0002-5161-979XСтручковаГ. П.StruchkovaG. P.

Стручкова Галина Прокопьевна, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Якутск

ResearcherID: K-3234-2018

Struchkova, Galina P., Cand. Sci. (Eng.), Leading Researcher

Yakutsk

ResearcherID: K-3234-2018

pandoramy8@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0862-710XКрупноваТ. Г.KrupnovaT. G.

Крупнова Татьяна Георгиевна, кандидат химических наук, доцент

Челябинск

ResearcherID: N-4304-2014

Krupnova, Tatyana G., Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor

Chelyabinsk

ResearcherID: N-4304-2014

krupnovatg@susu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5788-5933РаковаО. В.RakovaO. V.

Ракова Ольга Викторовна, кандидат химических наук, доцент

Челябинск

ResearcherID: ABC-5896-2020

Rakova, Olga V., Cand. Sci. (Chem.), Associate Professor

Chelyabinsk

rakovaov@sus.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8513-032XТихоноваС. А.TikhonovaS. A.

Тихонова Сардана Алексеевна, ведущий инженер

Якутск

Tichonova, Sardana A., Leading Engineer

Yakutsk

sardankobeleva@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-7665-6944ШеинН. С.SheinN. S.

Шеин Николай Сергеевич, ведущий инженер

Якутск

Shein, Nikolay S., Leading Engineer

Yakutsk

shnnck@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8513-032XКапитоноваТ. А.KapitonovaT. A.

Капитонова Тамара Афанасьевна, кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

Якутск

ResearcherID: K-4201-2018

Kapitonova, Tamara A., Cand. Sci. (Phys. and Math.), Leading Researcher

Yakutsk

kapitonova@iptpn.ysn.ruИнститут физико-технических проблем Севера им. В.П. Ларионова СО РАНРоссияLarionov Institute of Physical-Technical Problems of the North, Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian FederationЮжно-Уральский государственный университетРоссияChemistry Department, South Ural State UniversityRussian Federation202325092023283415424Copyright © Стручкова Г.П., Крупнова Т.Г., Ракова О.В., Тихонова С.А., Шеин Н.С., Капитонова Т.А., 20232023Стручкова Г.П., Крупнова Т.Г., Ракова О.В., Тихонова С.А., Шеин Н.С., Капитонова Т.А.Struchkova G.P., Krupnova T.G., Rakova O.V., Tikhonova S.A., Shein N.S., Kapitonova T.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://resar.elpub.ru/jour/article/view/236

Тепловые аномалии города, называемые еще «тепловыми островами», образуются под влиянием антропогенных факторов. В г. Якутск влияние на возникновение температурных аномалий оказывают ГРЭС-1, ГРЭС-2 и другие промышленные комплексы. Скученность жилых построек и сооружений, препятствующих движению воздушных масс, не дает возможность поддерживать состояние криолитозоны на должном уровне, что в условиях потепления климата способствует деградации многолетней мерзлоты. В работе для определения подобных «тепловых островов» на территории г. Якутск предлагается использование методов дистанционного зондирования, основанных на данных теплового инфракрасного диапазона спутника Landsat 8, обеспечивающего получение информации с интервалом 16 суток. На основе предложенной методики проведен анализ тепловых аномалий различных районов г. Якутск и его окрестностей в летнее и зимнее время, которые создают зоны возможной оттайки мерзлоты и влияют на геокриологическую безопасность города. Наличие подобной информации позволит отслеживать процесс изменения температурного поля территории и проводить превентивные мероприятия по устойчивости зданий и сооружений.

Thermal anomalies in the city, otherwise called “heat islands, “are formed under the influence of anthropogenic factors. In Yakutsk, temperature anomalies were caused by GRES-1, GRES-2, and other industrial complexes. The crowding of residential buildings and structures prevents the movement of air masses and makes it impossible to maintain the condition of the cryolithozone at the proper level, which contributes to the degradation of permafrost in a warming climate. We propose to didentify “heat islands” in Yakutsk using remote sensing methods, based on the data of the thermal infrared range of the Landsat 8 satellite, which provides information with an interval of 16 days. The thermal anomalies in various areas of Yakutsk and its vicinity in summer and winter, which create zones of possible permafrost degradation and affect the geocryological safety of the city, were analyzed based on the proposed methodology. This information will make it possible to monitor the process of changes in the temperature field of a territory and implement preventive measures for the stability of buildings and structures.

температурные аномалиитепловой островтепловой инфракрасный диапазон космоснимковантропогенное воздействиетемпературные карты поверхности землиLandsat 8thermal anomaliesheat islandthermal satellite imagesanthropogenic impacttemperature maps of the earth’s surfaceLandsat 8Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (Рег. № 121032200040-5, научная тема FWRS-2021-0018)This study was conducted within the framework of the state assignment of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation (Reg. number: 121032200040-5, theme number: FWRS-2021-0018)ReferencesЛокощенко М.А. Особенности городского «острова тепла» в Москве. Состав атмосферы. Атмосферное электричество. Климатические процессы: Тезисы докладов XV Всероссийской школы-конференции молодых ученых, г. Борок, 30 мая – 04 июня 2011 г. Борок; 2011:9–20.Lokoshchenko M.A. Features of urban “heat island” in Moscow. Atmospheric composition. Atmospheric electricity. Climatic processes: Proceedings of the 15th AllRussian school-conference of young scientists, Borok, May 30 – June 04, 2011. Borok; 2011:19–20. (In Russ.)Дубровская С.А., Ряхов Р.В. Тепловые структуры и аномалии города Магнитогорска по результатам дешифрирования мультиспектральных изображений. Вестник Оренбургского гос. университета. 2015; 10(185):286–288.Dubrovskaya S. A., Ryakhov R. V. Thermal structures and anomalies of the city of Magnitogorsk based on the results of interpretation of multispectral images. Vestnik Orenburgskogo gos. Universiteta= Bulletin of the Orenburg state. university. 2015;10(185):286–288. (In Russ.)Грищенко М.Ю., Константинов П.И. Дешифрирование поверхностного острова тепла Москвы по тепловым космическим снимкам с ресурсных спутников. Збірник наукових праць. 2016;(23):27–34.Grishchenko M.Yu., Konstantinov P.I. Decoding of surface heat island of Moscow by thermal space images from resource satellites. Collection of scientific papers. 2016:(23):27–34. (In Russ.)Hibbard K.A., Hoffman F.M., Huntzinger D., West T.O. Changes in land cover and terrestrial biogeochemistry. Climate Science Special Report: A Sustained Assessment Activity of the U.S. Global Change Research Program. Washington; 2017:405–442.Hibbard K.A., Hoffman F.M., Huntzinger D., West T.O. Changes in land cover and terrestrial biogeochemistry. Climate Science Special Report: A Sustained Assessment Activity of the U.S. Global Change Research Program. Washington; 2017:405–442.Simmons M.T., Gardiner B., Windhager S. et al. Green roofs are not created equal: The hydrologic and thermal performance of six different extensive green roofs and reflective and non-reflective roofs in a subtropical climate. Urban Ecosystems. 2008(11):339–348. https://doi.org/10.1007/s11252-008-0069-4Simmons M.T., Gardiner B., Windhager S. et al. Green roofs are not created equal: The hydrologic and thermal performance of six different extensive green roofs and reflective and non-reflective roofs in a subtropical climate. Urban Ecosystems. 2008(11):339–348. https://doi.org/10.1007/s11252-008-0069-4Kalinicheva S.V., Fedorov A.N., Zhelezniak M.N. Mapping Mountain permafrost landscape in Siberia using Landsat thermal imagery. Geosciences (Switzerland). 2019;9(1). https://doi.org/10.3390/geosciences9010004Kalinicheva S.V., Fedorov A.N., Zhelezniak M.N. Mapping Mountain permafrost landscape in Siberia using Landsat thermal imagery. Geosciences (Switzerland). 2019;9(1). https://doi.org/10.3390/geosciences9010004Матузко А.К., Якубайлик О.Э. Мониторинг температуры земной поверхности территории Красноярска и окрестностей на основе спутниковых данных Landsat-8. Успехи современного естествознания. 2018;(7):177–182. URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36822Matuzko A.K., Yakubaylik O.E. Monitoring of Earth surface temperature in Krasnoyarsk and its surroundings based on Landsat-8 satellite data. Advances in current natural sciences. 2018;(7):1770182. URL: https://naturalsciences.ru/ru/article/view?id=36822. (In Russ.)Ying Ding, Huihui Feng, Bin Zou, Yunfeng Nie. Heterogeneous air pollution controls its correlation to urban heat island: A satellite perspective. Advances in Space Research. 2022;69;12(15):4252–4262. https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.03.027Ying Ding, Huihui Feng, Bin Zou, Yunfeng Nie. Heterogeneous air pollution controls its correlation to urban heat island: A satellite perspective. Advances in Space Research. 2022;69;12(15):4252–4262. https://doi.org/10.1016/j.asr.2022.03.027Гостева А.А., Матузко А.К., Якубайлик О.Э. Исследование антропогенных изменений в городском ландшафте по данным инфракрасного диапазона Landsat-8. Известия высших учебных заведений. Электроника. 2021;26(3-4):314–323. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2021-26-3-4-314-323Gosteva A.A., Matuzko A.K., Yakubaylik O.E. Study of Anthropogenic Changes in the Urban Landscape Based on the Landsat-8 Infrared Range. Proceedings of Universities. Electronics. 2021;26(3-4):314–323. (In Russ.) https://doi.org/10.24151/1561-5405-2021-26-3-4-314-323Gosteva A.A., Matuzko A.K., Yakubailik O.E. Detection of changes in urban environment based on infrared satellite data. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;537(6):062051. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/537/6/062051Gosteva A.A., Matuzko A.K., Yakubailik O.E. Detection of changes in urban environment based on infrared satellite data. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019;537(6):062051. http://dx.doi.org/10.1088/1757-899X/537/6/062051Гостева А.А., Матузко А.К., Якубайлик О.Э. Выявление изменения городской среды на основе спутниковых данных инфракрасного диапазона (на примере Красноярска). ИнтерКарто. ИнтерГИС. 2019; 25(2):90–100. https://doi.org/10.35595/2414-9179-2019-2-25-90-100Gosteva A.A., Matuzko A.K., Yakubaylik O.E. Detection of urban environment changes based on infrared satellite data (on the example of Krasnoyarsk). InterCarto. InterGIS. 2019;25(2):90–100. (In Russ.) https://doi.org/10.35595/2414-9179-2019-2-25-90-100Ulpiani Giulia. On the linkage between urban heat island and urban pollution island: Three-decade literature review towards a conceptual framework. The Science of the Total Environment. 2020;751(38):141727. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141727Ulpiani Giulia. On the linkage between urban heat island and urban pollution island: Three-decade literature review towards a conceptual framework. The Science of the Total Environment. 2020;751(38):141727. http://dx.doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141727Li Y., Zhang J., Sailor D.J., Ban-Weiss G.A. Effects of urbanization on regional meteorology and air quality in Southern California. Atmospheric Chemistry and Physics. 2019;19(7):4439–4457. http://dx.doi.org/10.5194/acp-19-4439-2019Li Y., Zhang J., Sailor D.J., Ban-Weiss G.A. Effects of urbanization on regional meteorology and air quality in Southern California. Atmospheric Chemistry and Physics. 2019;19(7):4439–4457. http://dx.doi.org/10.5194/acp-19-4439-2019Воронина П.В., Чубаров Д.Л., Добрецов Н.Н. Исследование температурного режима Новосибирской агломерации по данным спутникового зондирования. Обработка пространственных данных в задачах мониторинга природных и антропогенных процессов (SDM-2019): Сборник трудов Всероссийской конференции с международным участием, г. Бердск, 26–30 августа 2019 г. Новосибирск: Издво ИВТ СО РАН; 2019:327–334.Voronina P.V., Chubarov D.L., Dobretsov N.N. Investigation of temperature conditions in Novosibirsk agglomeration based on satellite sensing data. In: Spatial data processing for monitoring natural and anthropogenic processes (SDM-2019): Proceedings of All-Russian conference with international participation, Berdsk, August 26–30, 2019. Novosibirsk: IVT SO RAN; 2019: 327–334. (In Russ.)Santamouris M. Recent progress on urban overheating and heat island research. Integrated assessment of the energy, environmental, vulnerability and health impact. Synergies with the global climate change. Energy and Buildings. 2020;(207):109482. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.109482Santamouris M. Recent progress on urban overheating and heat island research. Integrated assessment of the energy, environmental, vulnerability and health impact. Synergies with the global climate change. Energy and Buildings. 2020;(207):109482. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.109482Пермяков П.П., Варламов С.П., Скрябин П.Н., Скачков Ю.Б. Численное моделирование термического состояния криолитозоны в условиях меняющегося климата. Наука и образование. 2016;2(82):43–48.Permyakov P.P., Varlamov S.P., Skryabin P.N., Skachkov Yu.B. Numerical simulation of the thermal state of cryolithozone in a changing climate. Nauka i obrazovanie. 2016;2(82):43–48. (In Russ.)Пермяков П.П. Идентификация параметров математической модели тепловлагопереноса в мерзлых грунтах. Новосибирск: Наука; 2002. 86 с.Permyakov P.P. Identification of parameters of the mathematical model of heat and moisture transfer in frozen ground. Novosibirsk: Nauka; 2002. 86 p. (In Russ.)Чжан Р.В., Куницкий В.В., Павлова Н.А., Сыромятников И.И. О возобновлении геокриологического мониторинга на территории г. Якутска. Наука и техника в Якутии. 2020;1(38):12017.Zhang R.V., Kunitsky V.V., Pavlova N.A., Syromyatnikov I.I. On the resumption of geocryological monitoring in the territory of Yakutsk. Science and technology in Yakutia. 2020;1(38):12–17. (In Russ.)Алексеева О.И., Балабаев В.Т., Григорьев М.Н., Макаров В.Н., Чжан Р.В., Шац М.М., Шепелев В.В. Природные и техногенные проблемы г. Якутска. Наука и образование. 2006;4(44):94–98.Alexeeva O.I., Balabaev V.T., Grigoryev M.N., Makarov V.N., Zhang R.V., Shatz M.M., Shepelev V.V. Natural and anthropogenic problems of Yakutsk. Nauka i obrazovanie. 2006;4(44):94–98. (In Russ.)Шац М.М. Городская инфраструктура города Якутска (современное состояние и пути повышения надежности). Наука и образование. 2011;4(64):28–35.Shatz M.M. Urban infrastructure of Yakutsk (current state and ways to improve reliability). Nauka i obrazovanie. 2011;4(64):28–35. (In Russ.)Алексеева О.И., Демченко Р.Я., Курчатова А.Н. Мониторинг мерзлых оснований зданий в Якутске. Криосфера Земли. 1999;3(4):9–14.Alekseeva O.I., Demchenko R.Ya., Kurchatova A.N. Monitoring of frozen foundations of buildings in Yakutsk. Earth Cryosphere. 1999;3(4):9–14. (In Russ.)Оценка температуры поверхности из снимка Landsat-8 при помощи Land Surface Temperature QGIS Plugin. https://wiki.gis-lab.info/w/.Estimation of the surface temperature from the Landsat-8 image using the Land Surface Temperature QGIS Plugin. https://wiki.gis-lab.info/w/. (In Russ.)Isaya Ndossi M., Avdan U. Application of open source coding technologies in the production of land surface temperature (LST) maps from Landsat: A PyQGIS Plugin. Remote Sensing. 2016;8(5):413. https://doi.org/10.3390/rs8050413Isaya Ndossi M., Avdan U. Application of open source coding technologies in the production of land surface temperature (LST) maps from Landsat: A PyQGIS Plugin. Remote Sensing. 2016;8(5):413. https://doi.org/10.3390/rs8050413Jumari N.A., Ahmed A.N., Huang Yu.F., Ng J.L., Koo Ch.H., Chong K.L., Sherif M., Elshafie A. Analysis of urban heat islands with landsat satellite images and GIS in Kuala Lumpur Metropolitan City. Heliyon. 2023; (9):e18424. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e18424Jumari N.A., Ahmed A.N., Huang Yu.F., Ng J.L., Koo Ch.H., Chong K.L., Sherif M., Elshafie A. Analysis of urban heat islands with landsat satellite images and GIS in Kuala Lumpur Metropolitan City. Heliyon. 2023; (9):e18424. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2023.e18424Jain Sh., Sannigrahi Sr., Sen S., Bhatt S., Chakraborti S., Rahmat Sh. Urban heat island intensity and its mitigation strategies in the fast-growing urban area. Journal of Urban Management. 2020;9:(1):54–66. https://doi.org/10.1016/j.jum.2019.09.004Jain Sh., Sannigrahi Sr., Sen S., Bhatt S., Chakraborti S., Rahmat Sh. Urban heat island intensity and its mitigation strategies in the fast-growing urban area. Journal of Urban Management. 2020;9:(1):54–66. https://doi.org/10.1016/j.jum.2019.09.004

The authors declare that there are no conflicts of interest present.