SUPERVISOR
Jahangir Abedi-Koupai,Sayyed-Saeid Eslamian,Mahdi Gheysari
جهانگیر عابدی کوپائی (استاد راهنما) سیدسعید اسلامیان (استاد مشاور) مهدی قیصری (استاد راهنما)
STUDENT
Elham Shafieiyoun
الهام شفیعیون
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1394
TITLE
Investigation the effect of urban microclimates on estimated evapotranspiration using Landsat 8 images and meteorological measurements in Isfahan city green space
Urbanization has created significant changes in the environment compared to natural conditions, as a result of these changes various microclimates form in urban areas. In order to determine water requirement of urban green spaces, it is necessary to estimate vegetation evapotrairation influenced by urban microclimates. The main objective of this study is to compare and evaluate evapotrairation across Isfahan city and non-urban areas. This study was conducted in two different periods. In the first period, 2010-2014, air temperature and relative humidity were measured in five different sites and in the second period, 2018-2020, air temperature, relative humidity, wind speed, air pressure and rainfall were measured in three different sites across the city of Isfahan. In addition, weather data were obtained from weather stations installed surrounding the city (ISFN) in the same period. Reference evapotrairation was computed using seven different equations for urban and non-urban sites. Using 23 Landsat 8 images, the land surface temperature was retrieved using single-channel algorithm and evapotrairation was estimated using SEBAL algorithm. The results for the first timespan showed that the Valiantzas equation had the best performance with the highest coefficient of correlation and the lowest error in both ISFN (RMSE = 0.47 mm/day, MBE = 0.31 mm/day, R2 = 0.98) and AP (RMSE = 0.29 mm/day, MBE = 0.05 mm/day, R2 = 0.98). The results for the second period indicated that wind speed measured at urban sites was significantly lower than the non-urban site. The daily data set of ET 0 was statistically significantly different at the 0.05 significance level when compared between STN1 (an urban park) and ISFN from March to October. But there were no statistically significant differences in daily ET 0 between STN2 (installed next to a highway and street) and ISFN. Air temperature and wind speed were dominant drivers of ET 0 in all sites. The maximum ET 0 difference between ISFN and STN1 was 4.4 mm/day that was observed in July. Accumulated ET 0 in STN1 was 20.9% lower than in ISFN and in STN2 was 7.6% lower than the accumulated ET 0 in ISFN. In other words, the amount of water to irrigate 1 m 2 green space in STN1 was 248.3 liters and in STN2 was 90.5 liters less than the amount of water to irrigate 1 m 2 green space in ISFN during 215 consecutive days, which shows using climatic data measured at weather stations located in urban surrounding open space areas to compute ET 0 in urban environments could lead to over-irrigation in urban green spaces. Monthly microclimate coefficient (ET 0 ) in STN1 was lower in hot months than cold months and varied between 0.77 to 0.99. In STN2, monthly microclimate coefficient (ET 0 ) varied between 0.92 to 1.04 and was lower than 1 in all months of the year (except in December, January and February). The urban cool island was observed in STN1 during summer, while STN2 was recognized as a urban heat island (UHI) during all seasons in Isfahan city. A significant correlation was observed between UHI and ET 0 . In STN1 an increase in UHI intensity resulted in decreasing ET 0 , while in STN2 an increase in UHI intensity led to increasing ET 0 . The surface urban heat island (SUHI) intensity was always less than zero in STN1 and STN2 that shows forming a surface urban cool island. Comparing ET estimated by SEBAL algorithm and landscape ET in STN1 showed that SEBAL has good accuracy to estimate ET in a large and continuous urban park (RMSE=0.67 mm/day, MBE= 0.43 mm/day, while SEBAL algorithm cannot be used to estimate ET in small and scattered urban green spaces. The results of this study indicate the necessity of accurate estimation of ET in urban areas, considering the importance of urban microclimates, in order to water resource management and urban green space development. Key Words Microclimate coefficient, Landscape water requirement, Land use, SEBAL algorithm, Urban heat island.
شهرنشینی باعث ایجاد تغییرات قابل توجهی در سطح زمین نسبت به شرایط طبیعی میشود که در نتیجه این تغییرات خرد اقلیمهای مختلفی در محیط شهری شکل میگیرند. به منظور تعیین نیاز آبی فضاهای سبز شهری ضرورت دارد که تبخیر-تعرق پوشش های گیاهی در محیط شهری با توجه به تأثیر خرد اقلیم های شهری برآورد شود. هدف اصلی این پژوهش مقایسه و ارزیابی تبخیر-تعرق در نقاط مختلف شهر اصفهان با محیط غیرشهری می باشد. پارامترهای دمای هوا، درصد رطوبت نسبی، سرعت باد، فشار هوا و بارندگی در سه نقطه مختلف از شهر اصفهان در بازه زمانی 1397 تا 1399 اندازه گیری شد. همچنین از آمار ایستگاه های هواشناسی خارج از شهر در بازه زمانی مورد مطالعه نیز استفاده شد. تبخیر-تعرق مرجع در ایستگاه های شهری و غیرشهری با استفاده از هفت رابطه مختلف برآورد شد. با استفاده از 23 تصویر ماهواره لندست 8، دمای سطح زمین با استفاده از الگوریتم تک کاناله و تبخیر-تعرق با استفاده از الگوریتم سبال محاسبه شد. نتایج نشان داد که رابطه والیانتزاس-4 بیشترین ضریب تبیین و کمترین میزان خطا را در برابر رابطه فائو-پنمن-مانتیث در ایستگاه هواشناسی اصفهان (ISFN) (98/0=R 2 ، mm/day 31/0=MBE، mm/day 47/0=RMSE) دارد. سرعت باد اندازه گیری شده در ایستگاه های شهری به طور معنی داری کمتر از سرعت باد در ایستگاه ISFN بود. اختلاف تبخیر-تعرق مرجع بین ایستگاه 1 (پارک شهری) با ایستگاه ISFN در ماه های اسفند تا مهر معنی دار بود. اما اختلاف معنی داری برای تبخیر-تعرق مرجع بین ایستگاه 2 (ایستگاه نصب شده در مجاورت خیابان و اتوبان) و ایستگاه ISFN مشاهده نشد. بیشترین مقدار اختلاف تبخیر-تعرق مرجع روزانه بین ایستگاه 1 و ایستگاه ISFN برابر با 4/4 میلی متر بر روز در ماه تیر مشاهده شد. مقدار تبخیر-تعرق مرجع تجمعی در ایستگاه 1 به میزان 9/20 درصد و در ایستگاه 2 به میزان 6/7 درصد کمتر از مقدار تبخیر-تعرق مرجع تجمعی در ایستگاه ISFN بود که نشان می دهد استفاده از پارامترهای هواشناسی اندازهگیری شده در ایستگاه خارج از شهر بهمنظور برآورد تبخیر-تعرق مرجع در محیط شهری منجر به بیش آبیاری در فضای سبز شهری و هدر رفت منابع آبی خواهد شد. محاسبه ضرایب خرد اقلیم نشان داد که با استفاده از ضرایب خرد اقلیم و دادههای ایستگاه هواشناسی خارج از شهر میتوان تغییرات پارامتر مورد نظر در محیط شهری را تا زمانی که شرایط پوشش زمین و کاربریهای اراضی اطراف ایستگاههای 1 و 2 تغییر نکند، برآورد کرد. ایستگاه 1 به عنوان یک جزیره سرمایی شهر در فصل تابستان شناسایی شد. امابیشتر بودن دمای هوا در ایستگاه 2 نسبت به ایستگاه ISFN منجر به شکل گیری یک جزیره گرمایی در این ایستگاه در طول سال شد. همبستگی معنی داری بین جزیره گرمایی شهر و تبخیر-تعرق مرجع مشاهده شد. به طوری که در ایستگاه 1 افزایش شدت جزیره گرمایی شهر باعث کاهش تبخیر-تعرق مرجع و در ایستگاه 2 افزایش شدت جزیره گرمایی شهر باعث افزایش تبخیر-تعرق مرجع شد. مقایسه تبخیر-تعرق سبال با تبخیر-تعرق فضای سبز نشان داد که الگوریتم سبال از دقت خوبی برای تخمین نیاز آبی در پارک ها و فضاهای سبز شهری وسیع و یکپارچه برخوردار است (mm/day 67/0=RMSE، mm/day 43/0=MBE)، اما دقت لازم برای برآورد نیاز آبی در رفیوژها و فضاهای سبز کوجک و پراکنده در محیط شهری را ندارد. نتایج این پژوهش نشان داد که تعیین دقیق نیاز آبی فضای سبز در نقاط مختلف شهر از اهمیت قابل توجهی در راستای حفظ، برنامه ریزی، مدیریت بهینه منابع آبی و توسعه فضای سبز شهری برخوردار است. کلمات کلیدی : ضریب خرد اقلیم، نیاز آبی فضای سبز، کاربری اراضی، الگوریتم سبال، جزیره گرمایی شهر.