Detection of urban expansion and its impact on land surface temperatures in kirkuk, Iraq, using remote sensing and GIS

Abstract

Bu araştırma, Irak'ın kuzeyinde Kerkük kentinde kentsel genişlemenin arazi kullanım /arazi örtüsünün değişimini ve arazi sıcaklığı üzerindeki etkisini değerlendirmek içinLandsat 5 TM ve Landsat 8 OLI'yi kullanılarak yürtülmüştür. Arazi yüzey sıcaklığıdağılımının tahmini ve mevcut arazi kullanım tipleri ile olan ilişkisi, kentsel mikroiklimin araştırılması için çok önemlidir; arazi yüzey sıcaklığını belirlemek için CBSteknikleri ile üç yıl boyunca mekansal dağılım algoritması modeli kullanılmıştır. Ağustos1992, Temmuz 2006'da iki Landsat 5 TM görüntüsü elde edilmiş ve Temmuz 2016'da birLandsat 8 OLI görüntüsü elde edilmiştir.Bu çalışmada, farklı arazi örtü tiplerini sınıflandırmak için farklı sınıflandırma teknikleriuygulanmış ve uydu sensörü aracılığıyla yansıma sıcaklığı hesaplanarak arazi yüzeysıcaklığı elde edilmiştir. Sonuçlar, 1992 ile 2016 yılları arasında, açık ve kapalı alanlararasında %64,92 den %32,13' e bir düşüşle büyük bir değişimin olduğunu gösterirken,yapılaşma oranında 1992 den 2016 yılına %14,61 den %35,06'a bir artış olduğunugöstermiştir. Diğer yandan vejetasyon altındaki alanlarda %24.18 artış olmuştur. Endüşük LST değerleri, su ve vejetasyon bölgelerinden 1992'de 35oC, 37oC , 32oC, 33oC2006'da 35oC, 36oC 2016'da alınmıştır. Çorak topraklarda 1992, 2006 ve 2016 yıllarınaait üç yıllık sürede en yüksek sıcaklık değerleri sırasıyla 44oC, 38oC ve 46oC olarakgerçekleştiği saptanmıştır. Bu çalışmada önemli bir husus, kentsel yüzey fraksiyonununkısır ve açık araziler gibi çevreden daha serin olduğu bulunmasıdır. Bu bulgu LST analiziile tespit edilmiştir. Öte yandan, LST ve NDVI arasında anlamlı bir negatif korelasyonbulunmuş ve bunların sırasıyla 1992, 2006 ve 2016 için -0,78, -0,69 ve -0,55 değerlerinintüretilmiş korelasyon değerlerine sahip oldukları tespit edilmiştir. Sonuç olarak, uzaktanalgılama verileri ve CBS, kentsel gelişme ile arazi sıcaklığı arasındaki ilişkiyi incelemekve gözlemlemede çok etkili olduğu kanıtlamıştır. Bu çalışma ile kentsel alanların kısır veaçık arazilere genişlemesini teşvik etmek için öneriler yapılmıştır.Anahtar Kelimeler: Arazi kullanım örtüsü / değişiklikleri; Normalize edilmiş farklı bitkiörtüsü indeksi (NDVI); Parlaklık sıcaklığı; Bölünmüş Mono-pencere algoritması; Özellikprofili Kerkük şehri.

This research applied Landsat 5 TM and Landsat 8 OLI for evaluating land use/landcover change of urban expansion in the city of Kirkuk north of Iraq and its impact on landsurface temperature. Estimation of the land surface temperature distribution and itsrelation to existing land use types are very significant to the investigation of the urbanmicroclimate, spatial Mono-window algorithm model was used for determining landsurface temperature with GIS techniques to study and for three year periods. TwoLandsat 5 TM images were obtained in August 1992, July 2006 and one Landsat 8 OLIimage was obtained in July 2016. In this study supervised classification techniques wasapplied to classify different land cover types and the land surface temperature wasobtained by computing the brightness temperature from the satellite sensor. The resultsdisplayed that between 1992 and 2016, there was a great change occurred in the betweenland cover types such as open land is decreased from 64.92% in 1992 to 32.13% in 2016and while the built up increased from 14.61% in 1992 to 35.06% 2016, and vegetationland increased to 24.18% in the period of study, While many people have returned toKirkuk after 2003 Saddam Hussein regime fell, urban expansion recent in this study arearelated to the factors of change political and economic. The lowest LST readings weretaken from the water and vegetation lands with values of 35oC, 37oC in 1992, 32oC, 33oCin 2006, 35oC, 36oC in 2016. The barren lands recorded the highest temperature of 44oC,38oC and 46oC, for the three years 1992, 2006 and 2016, respectively. An important notein this study is the fact that urban surface fraction was found to be cooler than thesurrounding areas such as barren and open lands. In this study, this is detected by the LSTanalysis conducted. On the other hand, there is a significant negative correlation betweenLST and NDVI and them having derived correlation of the values of -0.78, -0.69 and 0.55for 1992, 2006 and 2016 respectively. Conclusively, remote sensing data and GISproved to be very effective in studying and observing the relationship between urbandevelopment and land surface temperature. Recommendations were made to encouragethe expansion of urban surfaces into the barren and open lands.Keywords: Land use cover/changes; Normalized difference vegetation index (NDVI);brightness temperature; spilt Mono-window algorithm; feature profile Kirkuk city.