Упродовж 2017–2018 років молоді науковці Наукового центру аерокосмічних досліджень Землі (ЦАКДЗ) Інституту геологічних наук (ІГН) НАН України виконали науково-дослідну роботу за грантом Національної академії наук України для молодих учених. Дослідження присвячувалося вдосконаленню наявних підходів до оцінки теплового режиму міста за допомогою залучення супутникових даних в інфрачервоному діапазоні.
Діяльність населення міст прямо впливає на метеорологічні особливості середовища його існування. Як результат антропогенної діяльності виникає явище «теплового острова», що характеризується підвищеною температурою порівняно з околицями або сільською місцевістю. Нині проблема «теплових островів» стає для Києва дедалі актуальнішою у зв’язку зі стрімким ущільненням забудови, збільшенням площ запустілих земельних ділянок (покинуті землі промислових зон) і завантаженістю транспортної мережі.
У зазначеному дослідженні теплові аномалії було виявлено з використанням багатоспектральних супутникових даних. Зокрема, з травня по серпень 2018 року вчені обробили 6 зображень інфрачервоного діапазону Landsat-8 TIRS, просторова розрізненність яких складає 100 м.
 Зображення розподілу температур міста Києва (серпень 2018 року) |
Для підвищення деталізації зображення теплового поля Києва при обчисленні коефіцієнтів теплового випромінювання використовувалися багатоспектральні оптичні супутникові зображення Sentinel-2 MSI, просторова розрізненність яких складає 10 м (для порівняння: оптичні зображення Landsat-8 OLI мають просторову розрізненність 30 м).
 Порівняння деталізації зображень, отриманих на основі даних Landsat-8 (центральна частина м. Київ, 4 серпня 2018 року):ліворуч – вхідні дані 10-го каналу; праворуч - розподіл температурного поля, отриманого із застосуванням даних Sentinel-2 (11 серпня 2018 року) для розрахунку розподілу коефіцієнтів теплового випромінювання
|
Супутникові знімки було калібровано за даними, отриманими дослідною групою в рамках вимірювальних робіт на місцевості відповідно до розкладу прольоту супутника Landsat-8 OLI/TIRS над Києвом. Для вимірювання температури земної поверхні вчені використали такі прилади: тепловізор Fluke Ti110, пірометр Trotec TP10 і термометр Benetech GM1312.
 Молоді дослідники на польових підсупутникових замірах та обладнання Центру колективного користування приладами ЦАКДЗ ІГН НАН України |
У рамках дослідження було проаналізовано розподіл значень абсолютного приросту температур. Це дало змогу локалізувати температурні тренди для кожного пікселя досліджуваної території. Такий аналіз здійснено на основі часового ряду, що складається з 18 теплових зображень (Landsat-5 TM та Landsat-8 OLI) міста Києва за період з 6 червня 1985 року по 1 червня 2018 року. У результаті було дешифровано теплові аномалії, локалізація яких узгоджується зі змінами типу земного покриву.
 Прирости поверхневих температур на основі обробки часової серії даних Landsat-8 за період 1985–2018 рр. на прикладі околиць «НСК Олімпійський» (Київ):А – пониження температури внаслідок ліквідації трамвайного депо імені Т.Г. Шевченка на вул. Антоновича та підтоплення території; Б – пониження температури внаслідок реконструкції Республіканського стадіону; В – підвищення температур унаслідок будівництва великого паркувального майданчика
|
Крім того, тісний зв’язок між типом і температурою земної поверхні було підтверджено при аналізі результатів керованої класифікації багатоспектрального знімка Sentinel-2A за 21 серпня 2017 року: найбільш нагрітими є дороги та крівлі будівель – штучні поверхні; значно прохолоднішими – поверхні з густою деревної рослинністю; відповідно, водне дзеркало є найпрохолоднішим типом земної поверхні.
 Тестова ділянка на території міста Києва, розміри 4х4 км:ліворуч – основні класи для аналізу: █ – крівлі, █ – дороги, █ – деревна рослинність, █ – трава, █ – відкритий ґрунт, █ – вода; праворуч – розподіл температур у градаціях яскравості (білий – найтепліше, чорне – найхолодніше)
|
У результаті порівняльного аналізу розподілу температури поверхні та класів земного покриву міста було підтверджено позитивний вплив заходів із озеленення міста. Крім того, за результатами класифікації вдалося встановити такі теплові аномалії:
– найбільш високі температури характерні для житлових масивів (Оболонь, Мінський масив, промислові зони Дарницького району, залізничні розв’язки, Міжнародний виставковий центр);
– спостерігається суттєва різниця поверхневих температур між забудованими мікрорайонами та мікрорайонами, засадженими деревною рослинністю (так, у районах із низькою густиною деревної рослинності (Троєщина, Харківський масив) розподіл поверхневих температур за даними ДЗЗ у серпні перебуває в межах 36–39 °C, тоді як у районах із густою деревною рослинністю (Лісовий масив, Дарниця) температура у цей же період коливається в межах 34–36 °C;
– високі температури виявлено на ділянках із торгівельно-розважальними центрами, великими паркувальними майданчиками (40–43 °C);
– у центральній частині міста завдяки озелененню внутрішніх дворів поверхнева температура перебуває в межах 34–37 °C.
Для візуального й автоматизованого дешифрування знімків, оцифровування додаткових картографічних матеріалів, а також для побудови результуючих карт використовувалася безкоштовна географічна інформаційна система (ГІС) Quantum GIS (QGIS) із відкритим вихідним кодом (https://qgis.org).
За інформацією ЦАКДЗ ІГН НАН України