بررسی دینامیک جزیرۀ حرارتی شهری با رویکرد چند زمانی (مطالعۀ موردی: منطقه چهار کلانشهر تبریز)

نتایج نشان می‌دهد که از 1363 تا 1403، شدت و اثرگذاری عوامل حرارتی و انسانی بر UHI به‌تدریج افزایش یافته­است. افزایش قدرت اثرگذاری LST و NDBI هم‌راستا با گسترش فضاهای ساخته شده، کاهش پوشش گیاهی و تغییرات اقلیمی قابل توجیه است. در عین حال، اثر پوشش گیاهی در کاهش UHI طی زمان برجسته‌تر شده­است، که این خود دلیلی بر تأکید بیشتر بر توسعه فضاهای سبز شهری در سیاست‌های مدیریت محیطی و برنامه‌ریزی شهری است. افزایش سهم AQI به‌عنوان متغیر اثرگذار، گواهی بر تعامل پیچیده میان آلودگی هوا و گرمایش موضعی در بافت‌های شهری است که در سال‌های اخیر به یک چالش جدی بدل شده­است. این تحلیل تطبیقی بیانگر آن است که با گذر زمان، عوامل مرتبط با تغییراتLST  و NDBI نقش فزاینده‌ای در تشدید UHI ایفا کرده‌اند. در مقابل، اثر تعدیل‌کننده پوشش گیاهی نیز اهمیت بیشتری یافته­است. این روندها تأکید می‌کنند که بدون مداخلات جدی همچون توسعه زیرساخت‌های سبز و کاهش فضاهای غیرقابل نفوذ، شدت پدیده UHI در دهه­های آینده به مراتب بیشتر خواهد شد.

تغییرات کاربری اراضی موجب کاهش تراکم پوشش گیاهی و افزایش تراکم ساختمانی و انتشارات وسایل نقلیه شده­است که این امر نقش قابل توجهی در توزیع مکانی پدیدۀ جزیرۀ حرارتی شهری دارد (Putra et al., 2021). طبق نتایج بدست آمده کاهش میزان پوشش گیاهی، افزایش مناطق ساخته شده و آلودگی هوا در تشدید جزایر حرارتی منطقه 4 تبریز در طی 40 سال تأثیر گذاشته ­است. همراه با افزایش شدت جزایر حرارتی تحلیل رگرسیون نشان می‌دهد که بین درصد مناطق سبز و LST  همبستگی منفی وجود دارد، که نشان‌دهندۀ اثر خنک‌کنندگی پوشش گیاهی است. برعکس، همبستگی مثبتی بین LST  و درصد مناطق شهری مشاهده می‌شود (Koko et al., 2021; Thambawita et al., 2023b).

طبق نتایج تحلیل رگرسیون بدست آمده در تحقیق حاضر، اثر منفی شاخص NDVI نقش مهمی در تعدیل دمای محیط منطقه 4 تبریز و کاهش پدیدۀ جزیرۀ حرارتی آن داشته و شاخص NDBI اثر مثبت و معناداری بر افزایش UHI داشته­است. در طی بازۀ زمانی 20 سال، با افزایش مناطق ساختمانی و کاهش پوشش گیاهی شدت جزایر حرارتی به طور پیوسته افزایش یافته است (Sahoo et al., 2022). در طی بازۀ زمانی 40 سال در منطقه 4 تبریز نیز با افزایش مناطق ساختمانی و کاهش پوشش گیاهی موجب افزایش شدت جزایر حرارتی شده­است. افزایش دمای سطح و کاهش تفاوت بین میانگین دمای مناطق درون شهری و مناطق اطراف شهر نشان دهندة گسترش پدیدة جزیرة گرمایی شهری است (عرب و همکاران، 1401). طبق نقشه­های تولید شدۀ شاخص دمای سطح زمین و نتایج بدست آمده طی بازۀ زمانی مورد مطالعه دمای سطح زمین شهر منطقه 4 افزایش یافته­است که این امر نشان دهندۀ گسترش پدیدۀ جزیرۀ گرمایی در این شهر نیز می­باشد. همبستگی منفی بین دو شاخص پوشش گیاهی و دمای سطح زمین در طول دورۀ 10 ساله مشاهده می­شود که نشانگر آن است که همزمان با کاهش فضای سبز بر وسعت جزایر حرارتی افزوده شده­است (امیدوار و همکاران، 1397). در تحقیق حاضر نیز شاخص NDVI دارای ضریب منفی و اثر خنک­کنندگی است بنابراین کاهش فضای سبز موجب افزایش وسعت جزایر حرارتی شده­است. بین شاخص پوشش گیاهی و دمای سطحی زمین ارتباطی وجود دارد (محمودزاده و همکاران، 1397). در تحقیق حاضر نیز بین شاخص­های پوشش گیاهی و دمای سطح زمین رابطۀ معکوس وجود دارد. طبق بررسی­های صورت گرفته با رجوع به مطالعه­های پیشین، نتایج تحقیق­های موجود در پیشینه با نتایج تحقیق حاضر مطابقت داشته­است.

به­منظور استفاده از داده­های آلودگی هوا برای سال 1362 (1363 میلادی) با توجه به اینکه اطلاعات موجود، داده‌های آلودگی هوای کلانشهر تبریز از سال ۱۳۸۳ (1383 میلادی) در دسترس هستند، این امر جزء محدودیت­های تحقیق حاضر است که جهت دستیابی به این اطلاعات و تجزیه­ و تحلیل آن­ها از تکنیک درون­یابی IDW[1] در ArcGIS برای تخمین داده­های کیفیت هوا در سال 1363 استفاده شده­است. به دلیل عدم دسترسی به داده‌های واقعی AQI برای سال ۱۳۶۳ شمسی (۱۹۸۴ میلادی) و شروع ثبت داده‌ها از سال ۱۳۸۳، از روش درونیابی IDW در ArcGIS برای تخمین مقادیر استفاده شد تا تحلیل چندزمانی کامل شود؛ این امر به عنوان محدودیت تحقیق ذکر شده است. حساسیت مدل رگرسیون به این تخمین‌ها به طور خاص بررسی نشده، اما پایداری مدل (با R²=۰.۶۱ و VIF<۲.۱) و همخطی پایین متغیرها، تأثیر محدود آن را بر نتایج کلی تأیید می‌کند.

لازم به ذکر است شاخص­ها و روش­های استفاده شده در این تحقیق قابلیت استفاده در سطوح جغرافیایی دیگر را نیز دارد.

در پژوهش حاضر ابتدا تصاویر ماهواره­ای مربوط به سال­های (1363، 1383 و 1403) با استفاده از سایت USGS و با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای  Landsatو اطلاعات ایستگاه‌های سنجش کیفیت هوا استخراج شده­اند و نقشه­های شاخص‌های «NDVI»، «NDBI»، «LST»، «UHI»، «RH» و«AQI» با استفاده از نرم افزار ENVI تهیه شده و پس از نرمال کردن تمامی شاخص­ها در مرحلۀ بعدی برای تحلیل داده‌ها از نرم افزار SPSS26 استفاده شده است و در نهایت تحلیل‌های آماری مانند رگرسیون خطی جهت بررسی ارتباط متغیرهای مستقل و وابسته به‌کار گرفته شده­است. شاخص­های مورد بررسی «NDVI»، «NDBI»، «LST»، «UHI»، «RH» و«AQI» در سه دورۀ زمانی (1363، 1383 و 1403) نشان می­دهد که رشد سریع شهرنشینی و تغییرات کاربری اراضی در کلانشهر تبریز و به تبع آن در منطقه 4، تأثیر بسزایی بر افزایش شدت جزایر حرارتی داشته­است. با استفاده از آزمون «رگرسیون خطی» در نرم‌افزارSPSS ، نتایج حاصل نشان دهنده این است که: ضریب تعیین (R²) که میزان ارتباط خطی بین دو متغیر (مستقل و وابسته) را اندازه گیری می کند، در سال 1363، 0.61 و در سال 1383، 0.72 و در سال 1403 ، به 0.81 افزایش یافته است. افزایش چشمگیر ضریب تعیین (R²)  در طی 40 سال، نشان‌دهندۀ افزایش تأثیر متغیرهای مستقل NDBI  و LST بر متغیر وابسته، UHI است. همچنین، یافته ها نشان می دهند که شاخص‌های NDVI  و RH اثرات خنک‌کننده را در طی 40 سال اخیر در شهر دارند و با ضرایب منفی، نقش کاهنده‌ای در شدت جزایر حرارتی منطقه 4 شهر تبریز ایفا می کنند. قابل ذکر است که این تأثیر در مقایسه با اثرات شدید مناطق ساخته شده و کاهش وسعت فضاهای سبز، چندان به چشم نمیخورد. افزایش ضرایب NDBI و AQI (کیفیت هوا) در سال 1403 نسبت به سال­های 1363 و 1383، نمایانگر این است که افزایش شهرنشینی و گسترش شهرها همراه با افزایش آلودگی هوا، بطور چشمگیری بر تشدید جزایر حرارتی منطقه 4 مؤثر بوده­است. آزمون‌های رگرسیون خطی نشان دادند که متغیرهای LST و NDBI در تمام دوره‌ها با ضرایب مثبت و معنادار (Sig. < 0.05) ، قوی‌ترین پیش‌بینی‌کننده‌های UHI می­باشند. در نهایت، این پژوهش نشان می­دهد که در طی 40 سال اخیر از سال 1363 تا 1403 با گسترش مناطق ساخته شده، تغییرات کاربری اراضی و کاهش مساحت پوشش گیاهی در منطقه 4، رابطه مستقیم با افزایش دمای شهری و تشدید اثرات منفی جزایر حرارتی دارد. این نتایج نیاز به برنامه‌ریزی شهری پایدار، تقویت و گسترش فضاهای سبز و مدیریت کاربری اراضی را برای کاهش اثرات جزایر حرارتی را ضروری می سازد.

پیشنهادات عملی مقاله، مانند گسترش فضای سبز، از طریق مراحل زیر قابل اجرا هستند:

سیاست‌گذاری شهری: ادغام الزامات پوشش گیاهی (حداقل ۳۰% فضای سبز) در طرح‌های جامع و تفصیلی شهرداری تبریز، با اولویت‌بندی بازآفرینی پارک‌ها و ایجاد کریدورهای سبز در مناطق متراکم (مانند شهرک‌های شهید بهشتی و آذربایجان).

مدیریت کاربری اراضی: اعمال محدودیت‌های توسعه افقی در مناطق پرخطر (شمال غربی) با استفاده از GIS برای نظارت بر تغییرات کاربری، و تبدیل اراضی بایر به فضاهای سبز از طریق مشوق‌های مالی (مانند معافیت‌های مالیاتی برای پروژه‌ های سبز).

کنترل کیفیت هوا: همکاری با ایستگاه‌های پایش AQI برای اجرای طرح‌های کاهش انتشارات (مانند گسترش حمل‌ونقل عمومی و وسایل نقلیه الکترونیکی)

فرآیند شهرنشینی که شامل مهاجرت جمعیت از مناطق روستایی به شهرها می‌شود، نقش قابل توجهی در رشد جمعیت جهانی داشته‌است. با گسترش مستمر شهرها، افراد بیشتری به دنبال فرصت‌ها و امکانات به سمت آن‌ها مهاجرت می‌کنند که این امر منجر به افزایش بیشتر جمعیت شهری می‌شود. اثر جزیرۀ حرارتی شهری (UHI) به پدیده‌ای اشاره دارد که در آن مناطق شهری نسبت به مناطق روستایی اطراف خود دمای بالاتری را تجربه می‌کنند. رشد سریع شهرها به افزایش تقاضای انرژی کمک کرده‌است که به دلیل آلودگی هوا و انتشار گازهای گلخانه‌ای (GHG)  بر سلامت و رفاه انسان تأثیر می‌گذارد. بنابراین، مطالعۀ عوامل مؤثر بر شدت جزایر حرارتی شهری با‌‌ استفاده از دمای سطح زمین به عنوان یک شاخص کلیدی، برای اجرای سیاست‌ها و ‌استراتژی‌های هدفمند برای کاهش تأثیرات منفی رشد شهری ناشی از شهرنشینی سریع، ضروری و حیاتی ‌‌است. هدف تحقیق حاضر، بررسی عوامل مؤثر بر شدت جزایر حرارتی و تحلیل تغییرات این پدیده در بازۀ زمانی 1363 تا 1403 در منطقه چهار کلانشهر تبریز است. شاخص های مورد نظر NDVI، NDBI، LST، UHI، RH و AQI می باشد. برای محاسبۀ شاخص های NDVI، NDBI، LST و UHI از داده های ثانویه که شامل تصاویر ماهواره ای Landsat 5 و Landsat 8 با سنجنده های به ترتیب TM، TIRS و OLI (C2L2)، برای شاخص RH از روش پنمن مانتیث استاندارد ASCE و برای شاخص AQI از داده های ایستگاه های سنجش کیفیت هوای تبریز استفاده و جهت تحلیل یافته های بدست آمده از روش تحلیل آماری رگرسیون خطی چند متغیره استفاده شده است. یافته ها نشان می دهند که شاخص‌های NDVI و RH اثرات خنک‌کننده را در طی 40 سال اخیر در منطقه 4 شهر تبریز دارند و با ضرایب منفی، نقش کاهنده‌ای در شدت جزایر حرارتی شهری ایفا می کنند. قابل ذکر است که این تأثیر در مقایسه با اثرات شدید مناطق ساخته شده و کاهش وسعت فضاهای سبز، چندان به چشم نمی خورد. افزایش ضرایب NDBI و AQI (کیفیت هوا) در سال 1403 نسبت به سال های 1363 و 1383، نمایانگر این است که افزایش شهرنشینی و گسترش شهرها همراه با افزایش آلودگی هوا، بطور چشمگیری بر تشدید جزایر حرارتی محدوده منطقه 4 تبریز مؤثر بوده است. این نتایج نیاز به برنامه‌ریزی شهری پایدار، تقویت و گسترش فضاهای سبز و مدیریت کاربری اراضی را برای کاهش اثرات جزایر حرارتی را ضروری می سازد.