Исследование и моделирование городского острова тепла на примере г. Тюмени

DOI: 10.35595/2414-9179-2025-3-31-195-211

Посмотреть или загрузить статью (Rus)

Об авторах

В.А. Добрякова

Тюменский государственный университет, Школа естественных наук,
ул. Володарского, д. 6, Тюмень, Россия, 625003,
E-mail: v.a.dobryakova@utmn.ru

Ю.В. Белова

Тюменский государственный университет, Школа естественных наук,
ул. Володарского, д. 6, Тюмень, Россия, 625003,
E-mail: y.v.belova@utmn.ru

Л.Д. Черемных

Тюменский государственный университет, Школа естественных наук,
ул. Володарского, д. 6, Тюмень, Россия, 625003,
E-mail: sulkarnaeva1992@mail.ru

Аннотация

В статье представлены результаты исследования и моделирования городского острова тепла в г. Тюмени на основе анализа космических снимков Landsat-8 и картографических данных OpenStreetMap. Построена регрессионная модель, описывающая зависимость температурных характеристик от ключевых пространственных факторов городской среды, с коэффициентом детерминации R2 = 0,627. Выявлено, что наиболее значимыми факторами, определяющими интенсивность городского острова тепла, являются площадь зданий, площадь водных объектов, площадь пашни, а также расстояния до открытой воды, основных автодорог и промышленных объектов. Установлена отрицательная корреляция между температурой поверхности и наличием объектов водно-зеленой инфраструктуры. Анализ пространственного распределения температур позволил выявить четыре ярко выраженные зоны с повышенной температурой внутри городского острова тепла: крупная область повышенной температуры на правом берегу р. Туры, охватывающая центральную часть города и районы новой многоэтажной застройки; зона на левом берегу реки, распространившаяся вдоль ул. Щербакова и Тобольского тракта; зона, связанная с распаханными сельскохозяйственными угодьями за объездной дорогой; зона, охватывающая аэропорт Рощино с прилегающим поселком. Построены два температурных профиля через центр города, подтверждающие значительную протяженность городского острова тепла (более 50 км вдоль реки и более 40 км в перпендикулярном направлении) и выраженное охлаждающее воздействие водно-зеленой инфраструктуры. Несмотря на статистическую значимость модели, выявлена пространственная кластеризация невязок, что указывает на необходимость дальнейшего ее совершенствования. Результаты исследования имеют практическую значимость для жизнестойкого городского планирования и разработки мер по снижению термического стресса населения, особенно в районах с высокой плотностью застройки и недостаточным количеством водно-зеленой инфраструктуры.

Ключ. слова

городской остров тепла, пространственный анализ, регрессионная модель

Список литературы

  1. Газимов Т.Ф., Кужевская И.В. Оценка летнего поверхностного городского острова тепла города Новосибирск по данным Landsat 8. Географический вестник, 2021. № 4 (59). С. 84–98. DOI: 10.17072/2079-7877-2021-4-84-98.
  2. Добрякова В.А., Сулкарнаева Л.Д. Построение модели предоставления экосистемной услуги «охлаждающий эффект» на примере г. Тюмень. ИнтерКарто. ИнтерГИС. Геоинформационное обеспечение устойчивого развития территорий. Материалы Международной конференции. М.: МГУ, Географический факультет, 2021. Т. 27. Ч. 3. С. 196–209. DOI: 10.35595/2414-9179-2021-3-27-196-209.
  3. Климанова О.А., Колбовский Е.Ю., Илларионова О.А. Экологический каркас крупнейших городов Российской Федерации: современная структура, территориальное планирование и проблемы развития. Вестник Санкт-Петербургского университета. Науки о Земле, 2018. № 63 (2). С. 127–146.
  4. Колде Я.К. Практикум по теории вероятностей и математической статистике. М.: Высшая школа, 1991. 157 с.
  5. Теория статистики: учебник. 2-е издание, переработанное и дополненное. М.: Инфра, 2005. 476 с.
  6. Щербакова Е.М. Старшие поколения населения России. Демоскоп Weekly, 2019. № 797–798. Электронный ресурс: http://demoscope.ru/weekly/2019/0797/barom01.php (дата обращения 01.03.2025).
  7. Arnfield A.J. Two Decades of Urban Climate Research: A Review of Turbulence, Exchanges of Energy and Water, and the Urban Heat Island. International Journal of Climatology, 2003. V. 23. No. 1. P. 1–26. DOI: 10.1002/joc.859.
  8. Bowler D.E., Buyung-Ali L., Knight T.M., Pullin A.S. Urban Greening to Cool Towns and Cities: A Systematic Review of the Empirical Evidence. Landscape and Urban Planning, 2010. V. 97. No. 3. P. 147–155. DOI: 10.1016/j.landurbplan.2010.05.006.
  9. Ermida S.L., Soares P., Mantas V., Göttsche F.-M., Trigo I.F. Google Earth Engine Open-Source Code for Land Surface Temperature Estimation from the Landsat Series. Remote Sensing, 2020. V. 12. Iss. 9. Art. 1471. DOI: 10.3390/rs12091471.
  10. Getis A., Ord J.K. The Analysis of Spatial Association by Use of Distance Statistics. Geographical Analysis, 1992. V. 24. P. 191–206. DOI: 10.1111/j.1538-4632.1992.tb00261.x.
  11. Haque U., Scott L.M., Hashizume M., Fisher E., Haque R., Yamamoto T., Glass G.E. Modelling Malaria Treatment Practices in Bangladesh using Spatial Statistics. Malaria Journal, 2012. V. 11. P. 63. DOI: 10.1186/1475-2875-11-63.
  12. Ichinose T., Shimodozono K., Hanaki K. Impact of Anthropogenic Heat on Urban Climate in Tokyo. Atmospheric Environment, 1999. V. 33. No. 24–25. P. 3897–3909. DOI: 10.1016/S1352-2310(99)00132-6.
  13. Kovats R.S., Hajat S. Heat Stress and Public Health: A Critical Review. Annual Review of Public Health, 2008. V. 29. P. 41–55. DOI: 10.1146/annurev.publhealth.29.020907.090843.
  14. Krayenhoff E.S., Moustaoui M., Broadbent A.M., Gupta V., Georgescu M. Diurnal Interaction Between Urban Expansion, Climate Change and Adaptation in US Cities. Nature Climate Change, 2018. V. 8. No. 12. P. 1097–1103. DOI: 10.1038/s41558-018-0320-9.
  15. Mell I.C., Henneberry J., Hehl-Lange S., Keskin B. Promoting Urban Greening: Valuing the Development of Green Infrastructure Investments in the Urban Core of Manchester, UK. Urban Forestry & Urban Greening, 2013. V. 12. No. 3. P. 296–306. DOI: 10.1016/j.ufug.2013.04.006.
  16. Norton B.A., Coutts A.M., Livesley S.J., Harris R.J., Hunter A.M., Williams N.S. Planning for Cooler Cities: A Framework to Prioritise Green Infrastructure to Mitigate High Temperatures in Urban Landscapes. Landscape and Urban Planning, 2015. V. 134. P. 127–138. DOI: 10.1016/j.landurbplan.2014.10.018.
  17. Oke T.R. The Energetic Basis of the Urban Heat Island. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 1982. V. 108. No. 455. P. 1–24. DOI: 10.1002/qj.49710845502.
  18. Santamouris M. Cooling the Cities—A Review of Reflective and Green Roof Mitigation Technologies to Fight Heat Island and Improve Comfort in Urban Environments. Solar Energy, 2014. V. 103. P. 682–703. DOI: 10.1016/j.solener.2012.07.003.
  19. Stewart I.D., Oke T.R. Local Climate Zones for Urban Temperature Studies. Bulletin of the American Meteorological Society, 2012. V. 93. No. 12. P. 1879–1900. DOI: 10.1175/BAMS-D-11-00019.1.
  20. Taha H. Urban Climates and Heat Islands: Albedo, Evapotranspiration, and Anthropogenic Heat. Energy and Buildings, 1997. V. 25. No. 2. P. 99–103. DOI: 10.1016/S0378-7788(96)00999-1.
  21. Yuan F., Bauer M.E. Comparison of Impervious Surface Area and Normalized Difference Vegetation Index as Indicators of Surface Urban Heat Island Effects in Landsat Imagery. Remote Sensing of Environment, 2007. V. 106. No. 3. P. 375–386. DOI: 10.1016/j.rse.2006.09.003.
  22. Zhao L., Lee X., Smith R.B., Oleson K. Strong Contributions of Local Background Climate to Urban Heat Islands. Nature, 2014. V. 511. No. 7508. P. 216–219. DOI: 10.1038/nature13462.

Для цитирования: Добрякова В.А., Белова Ю.В., Черемных Л.Д. Исследование и моделирование городского острова тепла на примере г. Тюмени. ИнтерКарто. ИнтерГИС. M.: Географический факультет МГУ, 2025. Т. 31. Ч. 3. С. 195–211. DOI: 10.35595/2414-9179-2025-3-31-195-211

For citation: Dobryakova V.A., Belova Ju.V., Cheremnykh L.D. Study and modeling of the urban heat island: the case of Tyumen city. InterCarto. InterGIS. Moscow: MSU, Faculty of Geography, 2025. V. 31. Part 3. P. 195–211. DOI: 10.35595/2414-9179-2025-3-31-195-211 (in Russian)