ارتباط دمای هوا با دمای سطح زمین

باور عمومی بر این است که با افزایش دمای هوا دمای سطح زمین نیز افزایش پیدا خواهد کرد. در این مقاله کاربردی با انجام یک مقاله موردی و ارائه نتایج آن ارتباط دمای هوا با دمای سطح زمین مورد بررسی قرار گرفته است. سال 1402 یکی از گرم ترین تابستان ها در ادوار مختلف در کشور بوده است.
دمای هوا معمولا با توجه به ذات و ماهیت که دارد دارای تغییرات بیشتری به نسبت دمای سطح زمین است. با توجه به اینکه سنجش از دور میتواند دمای سطح زمین را اندازه گیری کند بسیار مهم است که ارتباط بین این دور متغییر مورد بررسی قرار گیرد. در این مقاله به سوالات همچون آیا همبستگی بالا بین دمای سطح زمین و دما هوا وجود دارد؟ ایا در تیر ماه 1401 و 1402 با وجود افزایش زیاد دما دمای سطح زمین تغییرات داشته است؟ پاسخ داده شده است.

موارد و روش کار در مقاله ارتباط دمای هوا با دمای سطح زمین

1-منطقه مطالعاتی

منطقه مطالعاتی دراین تحقیق شهر تهران می باشد که بر اساس داده های سایت Windy در تاریخ 11/04/1402 دمای 41 درجه را تجربه کرده است. با توجه به کلان شهر بودن شهر تهران منطقه مناسبی برای بررسی تغییرات دمای سطح زمین در سال های 1401 و 1402 در تیر ماه می باشد.

2-تصاویر مورد استفاده

در این مطالعه از تصاویر ماهواره ای مودیس استفاده شده است. تصاویر مودیس جزء تصاویر بسیار با ارزشی است که در طول شبانه روز دو بار از سطح زمین تصویر برداری می کند. با توجه به اینکه این تصاویر دمای سطح زمین را در طول روز و شب اندازه گیری میکنند در این مطالعه از تصاویر شب آن استفاده شده است. برای اطلاعات بیشتر مقاله معرفی ماهواره مودیس را مطالعه کنید.

با توجه به اینکه در طول روز دمای سطح زمین گرم شده در اوایل شب شاید باتوجه به ضریب گسیل مندی شرایط بسیار خوبی را داشته باشد در این مطالعه از این تصاویر یعنی تصاویر مودیس شبانه استفاده شده است. تمامی تصاویر و پردازش ها نیز در بستر سامانه گوگل ارث انجین صورت گرفته است. ابتدا یک بازه مشترک بین سال 1401 و سال 1402 که از تاریخ 1 تیر ماه تا 21 تیر ماه بوده است انتخاب شده است. سپس بر اساس نتایج بدست آمده تحلیل هایی صورت گرفته است.

تفاوت دمای هوا و دمای سطح زمین

برای آنکه بتوانیم تفاوت بین دمای هوا ودمای سطح زمین را درک کنیم لازم است ابتدا تعریف جداگانه ای از این دور متغییر داشته باشیم. دمای هوا یا air temperature به میزان گرما یا سردی هوا در محیط خارجی اشاره دارد. در گزارش‌های هواشناسی و پیش‌بینی‌های آب و هوا، دمای هوا به عنوان یکی از پارامترهای مهم برای توصیف وضعیت هوا استفاده می‌شود. این اطلاعات برای انسان‌ها و نظام‌های هواشناسی بسیار مهم هستند و بر اساس آن‌ها می‌توانند تصمیم‌های مرتبط با پوشش‌های لباس، ایمنی، کشاورزی، صنعت و سفرهای هوایی را اتخاذ کنند.

دمای سطح زمین یا Land Surface Temperature (LST) به دمای فیزیکی سطح زمین در یک نقطه خاص از زمین اشاره دارد. این دما، دمای واقعی و بدون محدودیت‌ها و تغییرات مرتبط با فصل‌ها و زمان‌های مختلف است. دمای سطح زمین به عنوان یک پارامتر مهم در مطالعات مختلف محیط زیستی، کشاورزی، هواشناسی، بررسی اقلیم، علوم زمین، و مدیریت منابع طبیعی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تفاوت اصلی بین دمای سطح زمین و دمای هوا در این است که هر دو به دما اشاره دارند اما مکان‌ها و محیط‌های مختلفی را نشان می‌دهند و به طریق‌های مختلف اندازه‌گیری می‌شوند:
دمای هوا مربوط به هوا در ارتفاعات مختلف از زمین (مثلاً در ارتفاع سطح زمین) است و ممکن است در مکان‌های مختلف متغیر باشد.دمای سطح زمین ممکن است به عنوان نتیجه‌ای از انتقال حرارت از هوا به سطح زمین، تابش خورشید، جذب انرژی، و تغییرات محلی دیگر مرتبط با زمین شکل گرفته باشد.

تفاوت دیگریمربوط به زمانی است که دو مقدار مذکور اندازه‌گیری می‌شوند. دمای هوا معمولاً در اوقات مختلف روز و شب تغییر می‌کند و از نظر مکانی نیز ممکن است در مناطق مختلف متفاوت باشد. از طرفی، دمای سطح زمین به عنوان یک متغیر محلی و فیزیکی ترکیبی از مختصات جغرافیایی و خصوصیات زمینی در یک نقطه خاص در زمان خاص مشخص می‌شود و معمولاً با تغییرات زمانی کمتری مواجه است.

نتایج ارتباط دمای هوا با دمای سطح زمین

بر اساس نتایج بدست آمده در تغییرات سری زمانی از تاریخ 1 تا 21 تیر ماه بین دو سال 1401 و 1402 نشان میدهد که دمای سطح زمین در سال 1402 مقدار بالاتر از سال 1401 داشته است. همچنین بر اساس این نمودار مشخص است که نوسانات دمای سطح زمین در سال 1402 کمتر از سال 1401 بوده است.

از نظر آماری نیز میتوان مشاهده کرد که میانگین دما سطح زمین در تیر ماه 1401 معادل با 25.43 درجه سانتی گراد و در سال 1402 معادل با 26.5 درجه سانتی گراد بوده است که چیزی حدود 1 درجه دمای سطح زمین افزایش داشته است. سایر اطلاعات آماری نیز در شکل زیر نمایش داده شده است.

اما سوال اصلی که پرسیده میشود این است که ایا دمای سطح هوا در دو سال 1 درجه اختلاف داشته است؟ ایا ارتباط قوی بین این دو متغییر است؟
پاسخ به این سوال بر اساس نتایج بدست آمده به این شرح است که رابطه مستقیم قوی بین این دو متغییر وجود ندارد، یعنی امکان دارد اختلاف دمای هوا 9 درجه نیز شود اما اختلاف دمای سطح زمین 1 درجه برسد. دلیل این امر میتواند در ماهیت اندازه گیری دمای سطح زمین که معیار گسیل مندی است جستجو کرد. عامل گسیل مندی به صورت ثابت و شرایط کلی منطقه اندازه گیری خواهد شد.
در صورت تمایل داده و اطلاعات نیز در زیر ارائه شده است.

برای دانلود فایل اکسل کلیک کنید:

دانلود فایل اکسل

آموزش کاربردی از مدرسه سنجش از دور: پایش جزایر حرارتی با تصاویر لندست در ENVI