خلاصه
کلید واژه ها:
دمای سطح زمین ؛ ذخیره سازی حرارت شهری ; جزیره گرمایی شهری ; تابش خورشیدی ؛ GRASS GIS
۱٫ معرفی
۲٫ مواد و روشها
۲٫۱٫ مفهوم نظری برای مدلسازی دمای سطح زمین
به طور کلی، یک منطقه ساخته شده بسته به خواص حرارتی مختلف سطوح شهری و پیکربندی هندسی سازههای شهری، الگوی حرارتی متغیری را نشان میدهد. برای یک سطح زمین عایق شده ، دمای تعادل سطح زمین، Ts از معادله تعادل حرارتی بر اساس قانون استفان-بولتزمن به دست می آید که کل توان تابش شده از یک جسم را بر حسب دمای آن توصیف می کند [ ۲۱ ، ۲۳ ]:
جایی که αبازتاب خورشیدی بدون واحد یا آلبدوی سطح است که از ۰ تا ۱ متغیر است، I تابش جهانی تابش خورشیدی روی سطح در Wm -۲ است که خروجی مدل r.sun است.εتابش سطح است، σثابت استفان بولتزمن ، ۵٫۶۶۸۵ × ۱۰-۸ Wm -۲ K – ۴ است ، Ts دمای سطح تعادل در K است، T آسمان دمای موثر آسمان تابشی ، hc ضریب انتقال حرارت همرفتی در Wm -۲ است. K −۱ و T a دمای هوا در K [ ۲۴ ] است. این معادله از ذخیره حرارتی در سازه های شهری غفلت می کند. ذخیره سازی حرارتی باعث کاهش و به تعویق افتادن پیک دمای سطح زمین در طول روز می شود که این امر به قیمت انتشار گرما در عصر و در طول شب است. گریموند و اوکه [ ۲۵] گزارش می دهند که اندازه گیری یا مدل سازی شار گرمای ذخیره سازی به دلیل ساختار سه بعدی پیچیده سطوح شهری و تنوع انواع مواد که ساختارهای شهری را تشکیل می دهند، دشوار است. با توجه به گریموند و اوک [ ۲۵ ] شار گرمای ذخیره سازی Δسسبه عنوان تعادل انرژی باقیمانده از مشاهده مستقیم تابش خالص Q * و شار QH محسوس همرفتی و گرمای نهان QE تعیین می شود :
بنابراین میتوانیم فرض کنیم که تابش خورشیدی مؤثر I فوراً بر روی یک ماده شهری خاص با استفاده از رابطه (۱) به LST تبدیل میشود را میتوان به صورت زیر بیان کرد:
معادله (۳) فرض میکند که بخشی از تابش خورشیدی ورودی به شار گرمای ذخیرهسازی تبدیل میشود. Δسسبنابراین مقدار تابش خورشیدی که فوراً از طریق رابطه (۱) به LST تبدیل می شود، بسته به علامت Δسسمدت، اصطلاح. چه زمانی Δسس>0مواد سطح زمین گرما را انباشته می کنند، بنابراین به طور موثر میزان تابش خورشیدی تبدیل شده به LST را کاهش می دهد. Δسس<0ماده سطح زمین گرما را آزاد می کند، بنابراین میزان تابش خورشیدی تبدیل شده به LST را به طور موثر افزایش می دهد. این Δسساصطلاح را می توان با توابع ریاضی مختلف شبیه سازی کرد، با این حال، رایج ترین شکل، یک تابع از نوع پسماند است که توسط Oke و Cleugh [ ۲۶ ] پیشنهاد شده است:
جایی که زمان است در حل ما، ضریب a ۱ قدرت کلی وابستگی ذخیره گرما به تابش خورشیدی I را نشان می دهد. ضریب a ۲ قدرت و جهت روابط فاز بین را توصیف می کند Δسسو من در ارتباط با تغییرات زمانی در تابش خورشیدی I . وقتی حاصل ضرب یک ۲ و ∂من∂تیمثبت است، فرآیند ذخیره سازی گرما قوی است و تابش خورشیدی موثر را که بلافاصله به LST تبدیل می شود، کاهش می دهد . هنگامی که منفی است، گرما از ماده آزاد می شود و در نتیجه تابش خورشیدی موثر I را افزایش می دهد . ضریب a ۳ یک عبارت رهگیری است که نشان دهنده آزاد شدن ثابت گرما در زمانی که تابش خورشیدی I در دسترس نیست، است. تابع بصری است و به راحتی قابل پارامتر است، با این حال، مقادیر واقعی ۱ ، a ۲ ، a ۳ضرایب به عوامل مختلفی از جمله پوشش زمین، پیکربندی هندسی فضای شهری و حتی وضعیت بتنی هواشناسی بستگی دارد. گریموند و اوکه [۲۵ ] مطالعات متعددی را با این مدل برای طبقات مختلف پوشش زمین تجزیه و تحلیل کرد و مستند کرد که مقادیر ضرایب a ۱ و a ۲ در محدوده وسیع ۰٫۰۱ تا ۰٫۸۵ مثبت است و مقادیر ضریب ۳ در محدوده ۱۲٫۳- منفی است. به -۷۹٫۹ Wm -۲ .
۲٫۲٫ پیاده سازی در GRASS GIS
۲٫۳٫ منطقه مطالعه و جمع آوری داده ها
۲٫۴٫ داده های ورودی
۳٫ نتایج
۴٫ بحث
۵٫ نتیجه گیری ها
منابع
- شی، ی. Zhang، Y. بازیابی سنجش از دور دمای سطح زمین شهری در منطقه گرم و مرطوب. اقلیم شهری. ۲۰۱۸ ، ۲۴ ، ۲۹۹-۳۱۰٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- Estoque، RC; مورایاما، ی. Myint، SW اثرات ترکیب و الگوی منظر بر دمای سطح زمین: مطالعه جزیره گرمایی شهری در کلان شهرهای آسیای جنوب شرقی. علمی جمع. محیط زیست ۲۰۱۷ ، ۵۷۷ ، ۳۴۹-۳۵۹٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ] [ PubMed ]
- سلطانی، ع. تغییرات روزانه اثر جزیره گرمایی شهری و همبستگی آن با سرسبزی شهری: مطالعه موردی آدلاید. جلو. قوس. Res. ۲۰۱۷ ، ۶ ، ۵۲۹-۵۳۸٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- Nichol, JE رویکردی مبتنی بر GIS برای نظارت بر اقلیم کوچک در شهرکهای مسکونی مرتفع سنگاپور. فتوگرام مهندس Remote Sens. ۱۹۹۴ , ۶۰ , ۱۲۲۵-۱۲۳۲٫ [ Google Scholar ]
- اثر جزیره گرمایی شهری (UHI). در دسترس آنلاین: http://www.urbanheatislands.com (در ۲۶ ژانویه ۲۰۱۹ قابل دسترسی است).
- آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده کاهش جزایر گرمایی شهری: خلاصه ای از استراتژی ها. در دسترس آنلاین: https://www.epa.gov/heat-islands/heat-island-compendium (در ۲۶ ژانویه ۲۰۱۹ قابل دسترسی است).
- چن، Y.-C.; چیو، H.-W. سو، ی.-ف. وو، ی.-سی. چنگ، ک.- اس. آیا شهرنشینی تغییرات روزانه دمای سطح زمین را افزایش می دهد؟ شواهد و مفاهیم. Landsc. طرح شهری. ۲۰۱۷ ، ۱۵۷ ، ۲۴۷-۲۵۸٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- بردال، پ. برتز، SE بررسی مقدماتی بازتاب خورشیدی مواد سرد سقف. انرژی ساخت. ۱۹۹۷ ، ۲۵ ، ۱۴۹-۱۵۸٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
- میرصادقی، م. کاستولا، دی. بلوکن، بی. هنسن، جی. بررسی مدلهای ضریب انتقال حرارت همرفتی خارجی در برنامههای شبیهسازی انرژی ساختمان: پیادهسازی و عدم قطعیت. Appl. حرارت مهندس ۲۰۱۳ ، ۵۶ ، ۱۳۴-۱۵۱٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- هو، ال. وندل، ج. تجزیه و تحلیل اثرات مورفولوژیکی سطح شهری بر ناهمسانگردی جهت حرارتی روزانه. ISPRS J. Photogramm. از راه دور. Sens. ۲۰۱۹ , ۱۴۸ , ۱-۱۲٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- Li، Z.-L. تانگ، B.-H. وو، اچ. رن، اچ. یان، جی. وان، ز. Trigo، IF; Sobrino، JA دمای سطح زمین برگرفته از ماهواره: وضعیت فعلی و چشم اندازها. از راه دور. حس محیط. ۲۰۱۳ ، ۱۳۱ ، ۱۴-۳۷٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
- ووگت، جی. Oke, T. سنجش از دور حرارتی آب و هوای شهری. از راه دور. حس محیط. ۲۰۰۳ ، ۸۶ ، ۳۷۰-۳۸۴٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- پور، ت. میرجوفسکی، جی. پورکت، تی. سنجش از راه دور حرارتی هوابرد: مورد شهر اولوموک، جمهوری چک. یورو J. از راه دور. Sens. ۲۰۱۹ , ۵۲ , ۲۰۹–۲۱۸٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- هوفیرکا، جی. Kaňuk, J. ارزیابی پتانسیل فتوولتائیک در مناطق شهری با استفاده از ابزارهای تابش خورشیدی منبع باز. تمدید کنید. انرژی ۲۰۰۹ ، ۳۴ ، ۲۲۰۶-۲۲۱۴٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- هوفیرکا، جی. Zlocha, M. مدل جدید تابش خورشیدی سه بعدی برای مدل های سه بعدی شهر. ترانس. GIS ۲۰۱۲ ، ۱۶ ، ۶۸۱-۶۹۰٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- فریتاس، اس. کاتیتا، سی. ردویک، پی. بریتو، MC مدلسازی پتانسیل خورشیدی در محیط شهری: بررسی پیشرفتهتر تمدید کنید. حفظ کنید. Energy Rev. ۲۰۱۵ , ۴۱ , ۹۱۵-۹۳۱٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- بیلجکی، اف. استوتر، جی. لدوکس، اچ. زلاتانوا، اس. Çöltekin، A. کاربردهای مدل های سه بعدی شهر: بررسی وضعیت هنر. ISPRS Int. J. Geo Inf. ۲۰۱۵ ، ۴ ، ۲۸۴۲-۲۸۸۹٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
- ردویک، پی. کاتیتا، سی. Brito، MC پتانسیل انرژی خورشیدی بر روی سقف ها و نماها در منظر شهری. سول انرژی ۲۰۱۳ ، ۹۷ ، ۳۳۲-۳۴۱٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- فوگل، م. Moudrý, V. تأثیر تاج پوشش گیاهی بر پتانسیل خورشیدی در محیط های شهری. Appl. Geogr. ۲۰۱۶ ، ۶۶ ، ۷۳-۸۰٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- کلینگبرگ، جی. کونارسکا، جی. لیندبرگ، اف. یوهانسون، ال. Thorsson، S. نقشه برداری از سطح برگ سبز شهری با استفاده از LiDAR هوایی و اندازه گیری های زمینی در گوتنبرگ، سوئد. شهری برای. سبز شهری. ۲۰۱۷ ، ۲۶ ، ۳۱-۴۰٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- هوفیرکا، جی. گالی، ام. اوناچیلوا، ک. Hofierka, J., Jr. مدلسازی دمای سطح زمین مبتنی بر فیزیکی در مناطق شهری با استفاده از مدل شهر سه بعدی و دادههای ماهوارهای چندطیفی. اقلیم شهری. ۲۰۲۰ ، ۳۱ ، ۱۰۰۵۶۶٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- GRASS GIS. در دسترس آنلاین: http://grass.osgeo.org/ (در ۴ ژوئن ۲۰۲۰ قابل دسترسی است).
- برتز، اس. اکبری، ح. روزنفلد، A. مسائل عملی برای استفاده از مواد منعکس کننده خورشیدی برای کاهش جزایر گرمایی شهری. اتمس. محیط زیست ۱۹۹۸ ، ۳۲ ، ۹۵-۱۰۱٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
- ASHRAE. کتاب راهنما: مبانی ; انجمن آمریکایی مهندسین گرمایش، تبرید و تهویه مطبوع: آتلانتا، GA، ایالات متحده آمریکا، ۱۹۸۹٫ [ Google Scholar ]
- گریموند، اس. Oke، TR Heat Storage در مناطق شهری: مشاهدات در مقیاس محلی و ارزیابی یک مدل ساده. J. Appl. هواشناسی ۱۹۹۹ ، ۳۸ ، ۹۲۲-۹۴۰٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- اوکی، TR; Cleugh، HA ذخیره حرارت شهری به عنوان باقیمانده تعادل انرژی مشتق شده است. مقید. Meteorol لایه. ۱۹۸۷ ، ۳۹ ، ۲۳۳-۲۴۵٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- شوری، م. Hofierka, J. یک مدل جدید تابش خورشیدی مبتنی بر GIS و کاربرد آن در ارزیابیهای فتوولتائیک. ترانس. GIS ۲۰۰۴ ، ۸ ، ۱۷۵-۱۹۰٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- نتلر، ام. Mitasova، H. متن باز GIS: A GRASS GIS Approach , ۳rd ed.; سری بین المللی در مهندسی و علوم کامپیوتر؛ Springer: نیویورک، نیویورک، ایالات متحده آمریکا، ۲۰۰۸٫ [ Google Scholar ]
- اوناچیلوا، ک. Gallay، M. تجزیه و تحلیل فضایی-زمانی جزیره حرارتی شهری سطحی بر اساس تصاویر LANDSAT ETM + و OLI/TIRS در شهر Košice، اسلواکی. Carpathian J. محیط زمین. علمی ۲۰۱۸ ، ۱۳ ، ۳۹۵-۴۰۸٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- هوفیرکا، جی. گالی، ام. کانوک، جی. شوپینسکی، جی. Sasak، J. نقشهبرداری فضای سبز شهری با وضوح بالا برای مدلسازی ریزاقلیم بر اساس مدلهای شهر سه بعدی. ISPRS Int. قوس. فتوگرام از راه دور. حس تفت. Inf. علمی ۲۰۱۷ ، XLII-4/W7 ، ۷–۱۲٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
- نتلر، ام. بومن، MH; لاندا، م. Metz, M. GRASS GIS: GIS منبع باز چند منظوره. محیط زیست مدل. نرم افزار ۲۰۱۲ ، ۳۱ ، ۱۲۴-۱۳۰٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ][ نسخه سبز ]
- مدلسازی انتقال حرارت تابشی آلگارنی، SA برای بارهای سرمایشی و گرمایشی ساختمان: با در نظر گرفتن نقش شرایط صاف، ابری و غبارآلود در آب و هوای گرم و خشک. دکتری پایان نامه، دانشگاه ملک خالد، ابها، اسیر، عربستان سعودی، ۲۰۱۵٫ [ Google Scholar ]
- Whillier، A. عوامل طراحی موثر بر کلکتورهای خورشیدی در کاربردهای مهندسی دماهای پایین انرژی خورشیدی . ASHRAE: نیویورک، نیویورک، ایالات متحده آمریکا، ۱۹۶۷٫ [ Google Scholar ]
- وانینو، اس. نینو، پ. دی میشل، سی. Bolognesi، SF; D’Urso، G. دی بنه، سی. پنلی، بی. وولو، اف. فرینا، ر. پولیگه، جی. و همکاران قابلیت داده های Sentinel-2 برای تخمین حداکثر تبخیر و تعرق و نیاز آبیاری برای محصول گوجه فرنگی در ایتالیای مرکزی. از راه دور. حس محیط. ۲۰۱۸ ، ۲۱۵ ، ۴۵۲-۴۷۰٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- مونیر، تی. گیمارد، سی. Kambezidis, H. Solar Radiation and Daylight Models , ۲nd ed.; Elsevier Butterworth-Heinemann: آکسفورد، انگلستان، ۲۰۰۴٫ [ Google Scholar ]
- گریموند، اس. کلو، اچ. Oke, T. یک مدل ذخیره حرارت شهری عینی و مقایسه آن با سایر طرحها. اتمس. محیط زیست قسمت B. اتمس شهری. ۱۹۹۱ ، ۲۵ ، ۳۱۱-۳۲۶٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- فنگ، J.-M. وانگ، Y.-L. Ma، Z.-G. لیو، ی. شبیه سازی اثرات منطقه ای شهرنشینی و انتشار گرمای انسانی بر آب و هوا در سراسر چین. جی. کلیم. ۲۰۱۲ ، ۲۵ ، ۷۱۸۷-۷۲۰۳٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
- کریستن، ا. فوگت، آر. تعادل انرژی و تشعشع یک شهر اروپای مرکزی. بین المللی جی. کلیم. ۲۰۰۴ ، ۲۴ ، ۱۳۹۵-۱۴۲۱٫ [ Google Scholar ] [ CrossRef ]
بدون دیدگاه