سید حسن هاشمی اشکاء

سابقه و هدف: در سالیان اخیر، مدل سازی و شناسایی الگوی توزیع مکانی پدیده جزیره حرارتی شهری با هدف برنامه ریزی برای مواجهه با اثرات این پدیده و پیش بینی تأمین زیرساخت های مورد نیاز در تأمین آسایش حرارتی بهتر شهروندان افزایش یافته است. مدل اوکه از جمله مدل های مطرح در این زمینه است که بیشینه شدت جزیره حرارتی (UHImax ) را بر اساس شاخص نسبت منظر کانیون های شهری شبیه سازی می کند. وابستگی مدل اوکه به شرایط اقلیمی و فیزیکی شهرها ایجاب می کند؛ این مدل قبل از استفاده در هر منطقه شهری، مورد ارزیابی قرار گرفته تا در صورت نیاز، اصلاح شود. با توجه به تأثیراتی که عامل مقاومت آیرودینامیک کانیون های شهری(طول زبری) در UHImax دارد، لحاظ کردن شاخص این عامل در فرآیند محلی سازی مدل، می تواند دقت نتایج حاصل را تحت تأثیر قرار دهد. در این پژوهش سعی شده است، ضمن محلی سازی مدل اوکه در ناحیه ای از منطقه 22 شهر تهران؛ تأثیر طول زبری نیز در این فرآیند بررسی شود. تهیه داده های دمایی کانیون های شهری از جمله چالش های مهم در فرآیند مدل سازی محسوب می شود. تحقیقات نشان می دهد دمای هوای مناطق مرکزی و حومه شهرها در هنگام شب، به دمای سطح زمین (LST) نزدیک است و LST کانیون ها می تواند به عنوان یک تقریب مناسب از دمای هوا مورد استفاده قرار گیرد. لذا در این تحقیق سعی شد؛ با بهره گیری از داده های سنجنده های حرارتی ماهواره ای و استفاده از یک الگوریتم مناسب بازیابی LST ، مشکل تهیه داده های دمایی حل گردد. محاسبه شاخص های هندسی و مقاومت آیرودینامیکی کانیون ها در فرآیند مدل سازی، به علت نیاز به انجام پردازش های گوناگون مکانی، پیچیده و زمان بر است و از این رو، چالشی دیگر در این زمینه محسوب می شود. سیستم های اطلاعات مکانی (GIS) با دارا بودن قابلیت ذخیره سازی روابط توپولوژیک عوارض جغرافیایی و تجزیه و تحلیل آن ها می تواند محاسبه این شاخص ها را تسهیل نماید. لذا در انجام این پژوهش، از سیستم های اطلاعات مکانی استفاده شده است. مواد و روش ها: در این پژوهش به منظور تهیه داده های دمایی مورد نیاز، از داده های سنجنده ASTER و داده های هواشناسی نزدیک ترین ایستگاه هواشناسی به محدوده مطالعاتی در فاصله زمانی سال های 2016 تا 2022 میلادی استفاده شد. این داده ها در محیط نرم افزار MATLAB و با استفاده از الگوریتم پنجره مجزا مورد پردازش قرار گرفت و دمای سطح زمین و بیشینه شدت جزایر حرارتی سطحی در محدوده مطالعاتی محاسبه شد. سپس، محاسبه شاخص های نسبت منظر، طول زبری و UHImax شبیه سازی شده کانیون ها (بر اساس مدل اوکه)؛ از طریق پردازش نقشه های رقومی در برنامه ModelBuilder در محیط نرم افزار ArcGIS صورت پذیرفت. پس از تقسیم بندی محدوده مطالعاتی به محدوده های آموزشی و محدوده چک، محلی سازی مدل UHImax در دو حالت مختلف انجام شد. در حالت اول، ضرایب مدل محلی در محدوده آموزشی با لحاظ کردن شاخص نسبت منظر محاسبه شد. بدین منظور، کانیون ها بر اساس شاخص نسبت منظر به یازده کلاس مختلف طبقه بندی گردید و مقدار UHImax شبیه سازی شده و اندازه گیری شده آن ها در منطقه آموزشی محاسبه شد و از طریق تحلیل رگرسیون این دو دسته داده، مدل محلی اوکه در منطقه مطالعاتی به دست آمد. در حالت دوم، در ابتدا کانیون های محدوده آموزشی بر اساس شاخص طول زبری به دو دسته جداگانه طبقه بندی و سپس، دسته اول کانیون ها بر اساس شاخص نسبت منظر به هشت گروه مجزا و دسته دوم، به سه گروه مختلف طبقه بندی گردید. با محاسبه UHImax شبیه سازی شده و اندازه گیری شده هر یک از گروه ها، و استفاده از تحلیل رگرسیون، مدل محلی سازی شده اوکه برای هر یک از 2 طبقه مذکور تعیین گردید. نتایج و بحث: با اعتبارسنجی مدل های به دست آمده در محدوده چک، مقادیر R^2، ρ،RMSE و MAE حاصل از رگرسیون در حالت اول، به ترتیب: 0/53 ، 0/73، 1/18 ± و 0/98و در حالت دوم، به ترتیب0/80، 0/89، 1/05 ± و 0/87محاسبه شدند. مقایسه این نتایج نشان می دهد لحاظ کردن شاخص مقاومت آیرودینامیک در فرآیند مدل سازی UHImax ضمن افزایش ضرایب همبستگی و ضریب تشخیص رگرسیون؛ سبب افزایش دقت نتایج حاصل از مدل محلی و بهبود مدل شده است.

مدل اوکه یکی از موفق ترین مدل ها ی ارائه شده در زمینه شبیه سازی بیشینه شدت جزیره گرمایی شبانه شهری بر اساس پارامتر نسبت منظر درکانیون های شهری است. این پارامتر به عنوان یکی از شاخص های هندسه شهری شناخته می شود. از آنجا که این شبیه سازی به تحلیل های مکانی و توصیفی گوناگون (به خصوص تحلیل های توپولوژیکی) نیازمند  است، لذا استفاده از سیستم های اطلاعات جغرافیایی امری اجتناب ناپذیر است. در این مطالعه، کارآیی مدل اوکه  با استفاده از تحلیل رگرسیون و دمای سطح زمین محاسبه شده از داده های سنجنده استر و الگوریتم تک کاناله مورد ارزیابی قرار گرفته و یک مدل محلی برای شبیه سازی بیشینه شدت جزیره گرمایی شبانه کانیون ها  در منطقه مورد مطالعه ارائه شده است. ضرایب تشخیص و همبستگی حاصل از تحلیل رگرسیون مدل محلی در کانیون های شهری به ترتیب 0.74 و0.86 محاسبه شد که نشان دهنده وجود یک رابطه خطی نسبتاً شدید میان شاخص هندسه شهری و بیشینه شدت جزیره گرمایی و تأثیر قابل توجه هندسه شهری بر آن پدیده است. مقادیر خطای جذر میانگین مربعات و خطای متوسط حسابی  حاصل از نتایج مدل محلی ارائه شده در منطقه مورد مطالعه به ترتیب 0.80 ± و 0.67 محاسبه شد که نشان دهنده دقت قابل قبول آن در شبیه سازی بیشینه شدت جزایر گرمایی شبانه شهری است. نتایج حاصل از تحلیل رگرسیون دو متغیره داده ها نشان می دهد ارتفاع متوسط ساختمان ها ( با ضریب 1.43) در مقایسه با عرض متوسط معابر (با ضریب 0.35-)، تأثیر بیشتری را بر تغییرات شدت جزایر گرمایی شبانه شهری دارد. علامت ضرایب مذکور نشان می دهد این تأثیر در خصوص ارتفاع ساختمان ها افزایشی و در خصوص عرض معابر، کاهشی است.