Анализ температуры земной поверхности территории г. Саранска с помощью космоснимков
- Авторы: Балаев А.В.1, Богдашкина О.Ф.1, Калашникова Л.Г.1, Коваленко А.К.2
-
Учреждения:
- Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва
- Государственное унитарное предприятие "Леноблинвентаризация"
- Выпуск: Том 12, № 10 (2024)
- Раздел: Статьи
- Статья получена: 28.11.2024
- Статья одобрена: 28.11.2024
- URL: https://ogarev-online.ru/2311-2468/article/view/271725
- DOI: https://doi.org/10.15507/огарёв-online.v12i10.271725
- ID: 271725
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Описана методика и приведен пример использования космических снимков для выявления некоторых параметров поверхности Земли без использования полевых измерений. С использованием ГИС QGIS проведен анализ результатов исследования температуры земной поверхности на территории г. Саранска.
Ключевые слова
Полный текст
В исследованиях и мониторинге окружающей природной среды, обеспечении экологической безопасности, при создании различных оперативных карт широко используются новые технологии и результаты дистанционного зондирования Земли [3; 6–8]. Множество соответствующих возможностей предоставляется посетителям специализированных сайтов и сервисов – источников дистанционного зондирования Земли в разных странах, включая выбор из фонда различных космических снимков с разным пространственным разрешением снимков, разным набором файлов, разными возможностями их дальнейшего использования.
Рис. 1. Интерфейс сайта геологической службы США [10].
Так, на сайте геологической службы США [10] можно скачать космоснимки, среди которых есть отдельная группа снимков Ландсат (Landsat), содержащие и информацию о температуре приземного слоя (см. рис. 1). Такие снимки помечены префиксом ST («Surface temperature»).
Температура воздуха играет важную роль в географических исследованиях и практической деятельности. Она влияет на климат, распределение растительности, животных, а также на жизнедеятельность человека. Точные данные о температуре помогают ученым прогнозировать погоду, выявлять изменения в климате и принимать необходимые меры для защиты окружающей среды и обеспечения комфортных условий для жизни [5; 8].
В соответствии с нашими задачами, на сайте геологической службы США [10] выбираем и скачиваем космоснимки Ландсат с префиксом ST, содержащие и информацию о температуре приземного слоя (см. рис. 2).
Рис. 2. Выбор снимков, представляющих собой информацию о температуре приземного слоя.
Чтобы исследовать температуру земной поверхности, нам необходим файл с ST_B10. Но применить его напрямую нельзя, так как нам не подходят используемые единицы измерения температуры – в данном файле температура земной поверхности измеряется в кельвинах. Поэтому стоит задача преобразовать исходные данные в градусы Цельсия. Сделать это можно разными способами. Используем формулу, которая приводится в методике по определению температуры поверхности по космоснимкам [4].
В данной инструкции приведено теоретическое обоснование формулы для вычисления температуры земной поверхности по космоснимкам Ландсат:
(1)
где: LST_rescaled – слой, представляющий температуру земной поверхности в градусах Цельсия.
B_10_ST – исходный слой представляющий космоснимок Ландсат.
0.00341802 – Multiplicative scale factor (MSF, мультипликативный масштабный фактор).
149 – Addtive Offset (AO, аддитивное смещение) – специальное число, которое нужно добавить, чтобы получить температуру приземного слоя.
273.15 – коэффициент перехода от Кельвина к Цельсию.
Рис. 3. Загрузка исходных снимков в ГИС QGIS.
Анализ температуры земной поверхности для территории г. Саранска был выполнен в ГИС QGIS [9] (см. рис. 3). Космический снимок Ландсат [10], выполненный 30 августа 2024 г., был использован как исходный для данного исследования. Слой, представляющий температуру земной поверхности, получен с использованием инструментария ГИС QGIS [9] (калькулятор растров) (см. рис. 4).
Рис. 4. Настройка калькулятора растров для расчета температуры земной поверхности.
После преобразования и совмещения полученного слоя температуры земной поверхности с другими тематическими слоями, представляющими территорию г. Саранска, получена определенная геоинформационная модель (рис. 5). Тематические слои в ГИС можно менять или добавлять другие, получая разнообразные модели для дальнейшего исследования и анализа [2; 8].
Рис. 5. Модель температуры земной поверхности для территории г. Саранска на 30 августа 2024 г.
Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы.
Повышенные значения температуры земной поверхности относятся к открытым участкам местности, плотной жилищной застройке и промышленной зоне, а также к земельным участкам сельскохозяйственного назначения – полям. Участки озеленения в городе, занятые растительностью, в свою очередь, благоприятно влияют на среднюю температуру земной поверхности.
Применяя подобный рассмотренный подход для работы со снимками Ландсат, возможно решить ряд задач [1]:
- продемонстрировать, как нагревается асфальт в городе и насколько он влияет на общую температуру в районе;
- наглядно показать обратное – как положительно влияет озеленение на среднюю температуру;
- изучить концентрацию территорий с повышенной температурой;
- оценить, как изменяется температура на снимках, выполненных в разные даты и отметить температурные тренды.
Использование доступных для пользователей данных дистанционного зондирования Земли для целей изучения физических показателей, минуя полевые исследования, дает очень большие возможности не только при мониторинге антропогенного воздействия на застроенные территории, но и для научных исследований в области биологии, почвоведения, гидрографии, экологии, климатологии и др.
Об авторах
Александр Владимирович Балаев
Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва
Email: alexsbalaew@mail.ru
Магистрант второго года обучения направления подготовки 05.04.03 Картография и геоинформатика, профиль «Геоинформационно-картографическое обеспечение устойчивого развития территорий»
Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68Ольга Фарвазовна Богдашкина
Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва
Email: olga.fara@mail.ru
Старший преподаватель кафедры геодезии, картографии и геоинформатики
Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68Лариса Геннадьевна Калашникова
Мордовский государственный университет им. Н. П. Огарёва
Email: lar_ka73@mail.ru
Кандидат географических наук, доцент кафедры геодезии, картографии и геоинформатики
Россия, 430005, г. Саранск, ул. Большевистская, д. 68Александр Константинович Коваленко
Государственное унитарное предприятие "Леноблинвентаризация"
Автор, ответственный за переписку.
Email: alex_kow@mail.ru
Внешний пилот-аэрофотогеодезист
Россия, 191024, г. Санкт-Петербург, Невский пр., д. 113/4Список литературы
- Артемьева О. В., Позднякова Н. А., Гневашев Ф. А. Применение методов геоинформационного картографирования для урбанизированных территорий с использованием данных дистанционного зондирования // Геоинформатика. – 2022. – № 3. – С. 4–14.
- Афанасьев М. А., Калашникова Л. Г. Использование материалов космических съемок с целью картографирования в ГИС-пакете ArcGIS [Электронный ресурс] // Огарев-оnline. – 2015. – № 24. – Режим доступа: http://journal.mrsu.ru/arts/ispolzovaniematerialov-kosmicheskix-semok-s-celyu- kartografirovaniya-v-gis-pakete-arcgis (дата обращения: 18.09.2024).
- Варфоломеев А. Ф. Коваленко А. К., Манухов В. Ф., Калашникова Л. Г. Особенности технологии аэрофотосъемки с применением беспилотных воздушных судов // Геодезия и картография. – 2020. – Т. 81. – № 8. – С. 58–64.
- Как определять температуру поверхности по космоснимкам [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://gommersh.notion.site/361cd5e111174365afcb777143bcd078 (дата обращения: 18.09.2024).
- Книжников Ю. Ф., Кравцова В. И., Тутубалина О. В. Аэрокосмические методы географических исследований. – М.: Академия, 2011. – 412 с.
- Тесленок С. А., Романов А. В. Новые технологии в производстве топографо- геодезических работ // Общество. – 2014. – № 2 (2). – С. 78–81.
- Чинаев С. С., Тесленок С. А. Использование карт и данных дистанционного зондирования при изучении территориальных изменений в использовании земель [Электронный ресурс] // Структура, динамика и функционирование природно- социально-производственных систем: наука и практика: межвуз. сб. науч. тр. – Саранск: Изд-во Мордов. ун-та, 2018. – С. 111–119. – Режим доступа: http://openedo.mrsu.ru/catalog/Estestvennie/2018/struktura_dinamika_i_funkcionirovanie_p ri rodno-socialno-proizvodstvennyh_sistem.pdf (дата обращения 18.09.2024).
- Юртаев А. А., Тесленок К. С. Возможности геоинформационных систем и дистанционного зондирования Земли в исследованиях и мониторинге окружающей природной среды и обеспечения экологической безопасности // Молодежь и наука – 2019: материалы VI Международной студенческой научно-практической конференции, посвященной «Jastar jyly»: в 5 т. – Т. 5. – Петропавловск, 2019. – С. 246–252.
- QGIS – свободная географическая информационная система с открытым кодом [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.qgis.org/ (дата обращения: 18.09.2024).
- USGS. Сайт геологической службы США [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.usgs.gov/ (дата обращения: 18.09.2024).
Дополнительные файлы
