Определение тепловых аномалий г. Якутск по результатам дешифрирования спутниковых данных

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.

1. Локощенко 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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/s11252-008-0069-4

6. Kalinicheva 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/geosciences9010004

7. Матузко 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=36822

8. 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.2022.03.027

9. Гостева 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/10.24151/1561-5405-2021-26-3-4-314-323

10. Gosteva 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/537/6/062051

11. Гостева 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/10.35595/2414-9179-2019-2-25-90-100

12. Ulpiani 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.2020.141727

13. Li 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-19-4439-2019

14. Воронина 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.

15. 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.2019.109482

16. Пермяков 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.

17. Пермяков П.П. Идентификация параметров математической модели тепловлагопереноса в мерзлых грунтах. Новосибирск: Наука; 2002. 86 с.

18. 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.

19. 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.

20. Шац М.М. Городская инфраструктура города Якутска (современное состояние и пути повышения надежности). Наука и образование. 2011;4(64):28–35.

21. Алексеева О.И., Демченко Р.Я., Курчатова А.Н. Мониторинг мерзлых оснований зданий в Якутске. Криосфера Земли. 1999;3(4):9–14.

22. Оценка температуры поверхности из снимка Landsat-8 при помощи Land Surface Temperature QGIS Plugin. https://wiki.gis-lab.info/w/.

23. 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/rs8050413

24. Jumari 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.e18424

25. Jain 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