Assessing the impact of urban expansion on land surface temperature using geographical information systems and remote sensing techniques: A case study of Duhok-Iraq

Abstract

Bu araştırma Erbil Şehrindeki şehrin genişlemesinin tespiti ve değerlendirilmesi ile bunun 1998 ila 2011 yılları arasında LST üzerindeki etkilerinin değerlendirilmesi için GIS verileri ile entegreolanLandsat-5 TM görüntü veri kaydı ile tekniklerinin kullanılmasıyla gerçekleştirilmiştir. Çalışmamızın amacı Duhok Şehri ilçeleri ve çevre alanlarına uzamsal dağılımı değerlendirmek ve analiz etmek olup LST ile diğer farklı arazi örtüsü türleri arasındaki ilişkinin de araştırılmasını içermektedir. Bu çalışmamız farklı arazi örtüsü türlerinin sınıflandırılmasında ve arazi örtüsü sınıfları açısından değişikliklerin tespiti için denetimli bir sınıflandırma uygulanmıştır. Daha sonra çalışma sahası için LST elde edilmesi için bölünmüş pencere algoritmasından yararlanılmıştır. Sonuçlar kentsel arazi örtüsü anlamında geniş ve hızlı bir yayılmanın bu bölgede gerçekleştiğini göstermektedir. Bu 1998'de %5.98 iken 2011 yılında %17.62'ye yükselmiştir. Buna ilaveten 1998 ila 2011 yılları arasında yoğun bitki örtüsü artışı olmuş bu da sırası ile %31.69 ve %14.54 oranlarına sahiptir. Ayrıca, uzamsal LST dağılımı şehir ilçelerinde eşit ve eş merkezli gerçekleşmemiştir. Şehir çevresinde yeni yapılanan ilçeler eskiden kurulu bulunan ilçelere nazaran en yüksek LST düzeyini göstermiş ancak her iki yıllarda da en sıcak yüzeye sahip bölümler şehir dışındaki alanlarda yoğunlaşmıştır. Ayrıca araştırma uzamsal LST dağılımının çeşitli olduğunu ve arazi örtüsü sınıflarında farklılık gösterdiğini ortaya koymuştur. En düşük LST su ve yoğun bitki örtüsü sınıfta görülürken su kütlesi 25ºCve 28ºCsıcaklıkta ve yoğun bitki örtüsü bulunan yerlerde sırasıyla 1998 ve 2011 yıllarında 30ºCve 32ºC ölçülmüştür. Bunun aksine en yüksek LST (diğer sınıflar) 1998 ve 2011 yıllarında sırasıyla - 39 ºCve 42 ºC olmuştur. Sonuç olarak bu araştırma Duhok şehrindeki su kütlesi ile yeşil alanların yüzeylerin soğutulması ve hava sıcaklığının düşürülmesi sürecinde güçlü bir rol oynadığını ortaya oymuş ve LST ile NDVI arasındaki korelasyon analizlerinden bu açıkça görülmüştür ve bu da her iki yıllarda da güçlü negatif bir ortalama ortaya koymuştur. Özellikle sırası ile 1998 ve 2011 yıllarında bu değer -0.86ve -0.82olmuştur.Sonuç olarak uzak sensör cihazlarının kullanımı ve sonuçların GIS verileri ve teknikleri ile entegre edilmesi geliştirme süreçleri ve Duhok Şehri için gelecekteki yerel ve bölgesel planlama açısından faydalı bir etki sağlayan en efektif araç olduğu bulunmuştur.

This research is an investigation using Landsat-5 TM imagery data integrated with GIS data and techniques in order to detect and evaluate the urban expansion of Erbil City, and its impact on LST between the years 1998 and 2011. The purpose of this study is to evaluate and analyze the spatial distribution of LST based on the Duhok City districts and surrounding areas, involving an investigation of the relationship between LST and different land cover types. In this study a supervised classification was used to classify different land cover types, and to detect any changes in terms of the land cover classes. Then, a Radiative Transfer Equation (RTE) was utilized to retrieve LST for the study area.The results indicate that a vast and fast expansion has taken place in this area in terms of urban land cover. This increased from 5.98% in 1998 to 17.62% in 2011. In addition, dense vegetation decreased noticeably between the years 1998 and 2011, which was 31.69 % and 14.54% respectively. Furthermore, the results of the spatial distribution of LST regarding the city districts were non-equal and non-concentric. The newly built districts around the city recorded the highest LST compared with the older constructed districts, hence the hottest surface places were concentrated in areas outside the city for both years. Furthermore, this research revealed that the spatial distribution of LST was various, due of the variation in land cover classes. As the lowest LST was recorded in the water and dense vegetation class, when the water body was 25ºC and 28ºC and dense vegetation was 30ºC and 32ºC in 1998 and 2011 respectively. In contrast, the highest LST was recorded in (Other classes) - 39 ºC and 42 ºC 'in 1998 and 2011 respectively. As a result, this research determined that the water body and green areas in Duhok City have a powerful role to play in the process of cooling surfaces and lowering air temperatures, as is clearly shown from the results of the correlation analysis between LST and NDVI, which revealed a strong negative average for both years. Specifically this was -0.86 and -0.82 for 1998 and 2011 respectively.In conclusion, the utilization of remote sensing devices and integrating the results with GIS data and techniques was found to be the most effective tool in terms of having a utilitarian impact on development processes and local and regional planning for Duhok City in the future.