Χρήση δορυφορικών μετρήσεων για την αποτύπωση των παραγόντων που επηρεάζουν το θερμικό περιβάλλον σε πυκνές αστικές περιοχές

Transcript

1 Διπλωματική Εργασία Μ.Δ.Ε. Φυσικής Περιβάλλοντος Χρήση δορυφορικών μετρήσεων για την αποτύπωση των παραγόντων που επηρεάζουν το θερμικό περιβάλλον σε πυκνές αστικές περιοχές Αγγελική Δαλαγγέλη Επιβλέπων: Καρτάλης Κωνσταντίνος Καθηγητής Τμήματος Φυσικής Πανεπιστημίου Αθηνών Αθήνα 2016

2 2

3 Ευχαριστίες Θα ήθελα να εκφράσω τις ευχαριστίες μου σε όλους τους ανθρώπους που με βοήθησαν να φέρω εις πέρας την παρούσα Διπλωματική Εργασία στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών Φυσικής Περιβάλλοντος του τμήματος Φυσικής του ΕΚΠΑ. Ιδιαίτερα θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή μου Κωνσταντίνο Καρτάλη, για την πολύτιμη καθοδήγησή του. Επιπλέον, θα ήθελα να ευχαριστήσω τους υποψήφιους διδάκτορες Αναστάσιο Πολύδωρο και Θάλεια Μαυράκου για τις συμβουλές τους, καθώς και την οικογένεια μου και τους φίλους μου που με στήριξαν καθ όλη την διάρκεια εκπόνησης της εργασίας. 3

4 Περίληψη Η μεταβλητότητα της επιφανειακής θερμοκρασίας (Land Surface Temperature-LST) που προκύπτει από την ποικιλία των αστικών επιφανειών έχει ως αποτέλεσμα οι μη διαπερατές επιφάνειες να σημειώνουν υψηλότερες LST από τις διαπερατές επιφάνειες με βλάστηση. Συνεπώς, η δροσιστική επίδραση των αστικών πάρκων μπορεί να συμβάλλει στην μείωση της LST. Στη παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις από το δορυφόρο Landsat-8, για να μελετηθεί η αλληλεπίδραση της LST με τον δείκτη βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), με βάση τέσσερις τάξεις χρήσης-κάλυψης γης στην Αθήνα, την θερινή περίοδο. Τα αποτελέσματα δείχνουν αρνητική συσχέτιση LST και NDVI. Παρατηρείται διαφοροποίηση της συσχέτισης ανάλογα με την τάξη χρήσης-κάλυψης γης. Επιπλέον, υπολογίστηκε η δροσιστική επίδραση 14 πάρκων ως προς την LST, χρησιμοποιώντας τον όρο επιφανειακή νησίδα δροσισμού πάρκου ή άλλως «φαινόμενο όασης πάρκου» (Surface Park Cool Island-SPCI). Η ένταση του SPCI συσχετίστηκε με το μέγεθος, το σχήμα, τον NDVI του πάρκου και με τη διαφορά NDVI του πάρκου και της περιβάλλουσας περιοχής. Τα αποτελέσματα δείχνουν: 1. Γραμμική συσχέτιση της έντασης SPCI και του μεγέθους του πάρκου μέχρι περίπου 16ha. 2. Σχεδόν σταθερή ένταση SPCI για πάρα μεγαλύτερα των 16ha. 3. H βελτιστοποίηση του σχήματος του πάρκου μπορεί να αυξήσει την ένταση SPCI. 4. Μεγαλύτερη ένταση SPCI στο μέσο του καλοκαιριού από ότι στο τέλος του. 5. Επίδραση της πυκνότητας βλάστησης του πάρκου και της τάξης κάλυψης γης της περιβάλλουσας περιοχής στην ένταση του SPCI. Λέξεις κλειδιά: επιφανειακή ψυχρή νησίδα πάρκου (SPCI), επιφανειακή θερμοκρασία (LST), δείκτης βλάστησης NDVI, χρήση- κάλυψη γης (LULC), δορυφορική τηλεπισκόπηση. 4

5 Abstract The variability of Land Surface Temperature (LST) is due to the diversity of urban surface materials over space and time; locations with impervious urban cover experience higher temperatures compared to nonimpervious cover with vegetation abundance. Therefore, the cooling effects of urban parks can support the decrease of LST. This study employs satelliteimages from Landsat-8 to explore the interactions between LST and NDVI based on four Land Use Land Cover-LULC types in Athens during summer. The results showed that LST and NDVI shared an inverse relationship, implying that an increase in vegetation abundance reduces LST. This relationship demonstrated distinct differences depending on LULC type. Moreover, using the term Surface Park Cool Island (SPCI), the cooling effect of 14 parks was estimated in terms of LST. SPCI intensity was correlated with park size, shape, NDVI and NDVI differences with its urban surroundings. Results suggested that 1. the cooling effect is linearly correlated to SPCI intensity for parks of size below 16ha 2. SPCI exhibits slow increase or it may be even stabilized for parks with size above 16ha 3. optimizing urban park shape results in an increase of the SPCI intensity, 4. SPCI intensity varied across summer and it was higher in mid-summer than in the end of it, 5. SPCI intensity is dependent on park vegetation density and the LULC type of its urban surroundings. Keywords: Surface Park Cool Island (SPCI); Land surface temperature (LST); Normalized Difference Vegetation Index (NDVI); Land-Use/ Land-Cover (LULC); Remote Sensing 5

6 Περιεχόμενα ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ Ενεργειακό ισοζύγιο αστικής επιφάνειας Αστική θερμική νησίδα Ο ρόλος της αστικής βλάστησης Αστικό πάρκο Παρατήρηση του αστικού θερμικού περιβάλλοντος και της βλάστησης με δορυφορικές μετρήσεις Επιφανειακή θερμοκρασία εδάφους - LST Δείκτης βλάστησης - NDVI Κάλυψη γης και χρήσεις γης στο αστικό περιβάλλον ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Περιοχή Μελέτης Επεξεργασία Δεδομένων Δορυφορικά Δεδομένα Υπολογισμός του δείκτη βλάστησης NDVI Υπολογισμός της επιφανειακής θερμοκρασίας LST Δεδομένα χρήσης - κάλυψης γης Επιλογή των περιοχών έρευνας Δομημένες περιοχές Περιοχές αστικών πάρκων Ορισμός της έντασης SPCI Μελέτη της σχέσης του SPCI με τα χαρακτηριστικά του αστικού πάρκου Χρήση δεύτερης δορυφορικής λήψης για έλεγχο εγκυρότητας ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Σχέση της μέσης θερμοκρασίας LST και του μέσου δείκτη βλάστησης NDVI ανά LULC τάξη Σχέση της θερμοκρασίας LST και του δείκτη βλάστησης NDVI για όλες τις περιοχές έρευνας Σχέση της θερμοκρασίας LST και του δείκτη βλάστησης NDVI για τις περιοχές έρευνας κάθε LULC τάξης Η ένταση του SPCI σε σχέση με τα χαρακτηριστικά των αστικών πάρκων Επίδραση του μεγέθους του αστικού πάρκου στην ένταση του SPCI (πάρκα A-L, n=12)

7 3.2.2 Επίδραση του σχήματος του αστικού πάρκου στην ένταση του SPCI (πάρκα A-L, n=12) Επίδραση του δείκτη NDVI του αστικού πάρκου και της περιβάλλουσας περιοχής στην ένταση του SPCI (πάρκα A-L, n=12) Επίδραση του μεγέθους του αστικού πάρκου στην ένταση του SPCI (όλα τα πάρκα, n=14) Επίδραση του σχήματος του αστικού πάρκου στην ένταση του SPCI (όλα τα πάρκα, n=14) Επίδραση του δείκτη NDVI του αστικού πάρκου και της περιβάλλουσας περιοχής στην ένταση του SPCI (όλα τα πάρκα, n=14) ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Προτάσεις για περαιτέρω έρευνα Κατάλογος Πινάκων Κατάλογος σχημάτων Αναφορές

8 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η επιφανειακή θερμοκρασία (Land Surface Temperature-LST) επιδρά άμεσα στη θερμοκρασία αέρα και θεωρείται βασική παράμετρος της φυσικής της επιφάνειας του εδάφους. Καθώς η βλάστηση και οι φυσικές επιφάνειες έχουν αντικατασταθεί από άσφαλτο και σκυρόδεμα για την δημιουργία δρόμων, κτιρίων και άλλων δομών αναγκαίων να υποστηρίξουν τον αυξανόμενο πληθυσμό, επιβαρύνεται το αστικό θερμικό περιβάλλον και αναπτύσσονται θερμές νησίδες. Τα δομικά υλικά αλλάζουν το ενεργειακό ισοζύγιο μιας αστικής επιφάνειας καθώς απορροφούν περισσότερη ηλιακή ακτινοβολία παρά ανακλούν με αποτέλεσμα να αυξάνεται η θερμοκρασία τους καθώς και η θερμοκρασία του υπερκείμενου αέρα. Η έλλειψη βλάστησης επίσης επηρεάζει το ενεργειακό ισοζύγιο, καθώς ο φυσικός δροσισμός της επιφάνειας λόγω εξατμισοδιαπνοής ελαχιστοποιείται. Στόχος της εργασίας είναι η πολυπαραμετριή εξέταση της διαμόρφωσης του θερμικού περιβάλλοντος της Αθήνας κατά τους θερινούς μήνες, με την χρήση δορυφορικών μετρήσεων υψηλής χωρικής ανάλυσης, ως προς την επιφανειακή θερμοκρασία και τον δείκτη βλάστησης NDVI για διαφορετικές τάξεις χρήσης και κάλυψης γης. Ταυτόχρονα εξετάζεται ειδικότερα η δροσιστική επίδραση των πάρκων στη διαμόρφωση του θερμικού περιβάλλοντος της Αθήνας, την ίδια περίοδο του χρόνου. Στο κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται ένα σύντομο θεωρητικό υπόβαθρο, που αφορά τα φυσικά μεγέθη που λανβάνουν χώρα στο θερμικό ισοζύγιο μιας τεχνητής επιφάνειας και πως αυτό διαμορφώνεται μέσα στο αστικό περιβάλλον. Επίσης γίνεται μια περιγραφή των μεγεθών που χρησιμοποιεί η δορυφορική τηλεπισκόπηση για την μελέτη του αστικού θερμικού περιβάλλοντος καθώς και αποτελέσματα παλαιότερων μελετών. Στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται η μεθοδολογία, ο υπολογισμός της επιφανειακής θερμοκρασίας και του δείκτη βλάστησης NDVI και τα χαρακτηριτικά του χάρτη χρήσης- κάλυψης γης. Παράλληλα γίνεται αναφορά στα δορυφορικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν και ανάλυση των αστικών περιοχών που μελετήθηκαν. Αναφέρονται τα λογισμικά που ήταν απαραίτητα για την αξιολόγηση και την επεξεργασία των δεδομένων. Στη συνέχεια περιγράφονται αναλυτικά οι αστικές περιοχές που μελετήθηκαν στην παρούσα εργασία, καθώς και τα χαρακτηριστικά ως προς τα οποία θα μελετηθούν τα πάρκα. Στο κεφάλαιο 3 περιγράφονται τα αποτελέσματα με την μορφή διαγραμμάτων. Στο κεφάλαιο 4 αναλύονται τα συμπεράσματα της εργασίας. 8

9 1. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΥΠΟΒΑΘΡΟ Το αστικό θερμικό περιβάλλον είναι εξέχουσας σημασίας για τον άνθρωπο, καθώς το μεγαλύτερο ποσοστό του πληθυσμού παγκοσμίως κατοικεί και δραστηριοποιείται στα αστικά κέντρα. Μελέτες δείχνουν πως μέχρι το έτος 2025 περισσότερο από το 60% του πληθυσμού θα είναι κάτοικοι πόλεων σε όλο των κόσμο, ποσοστό που ανέρχεται στο 85% για τις αναπτυγμένες χώρες, όπως η Ελλάδα (Worldwatch Institute). Κατά συνέπεια η αστική υπερσυγκέντρωση θα συνεχίσει να αναπτύσσεται και πιέζει η ανάγκη για εξεύρεση βελτιωμένης σχέσης ανάμεσα στην πυκνότητα δόμησης και στη δημιουργία ενός ανεκτού αστικού κλίματος. 1.2 Ενεργειακό ισοζύγιο αστικής επιφάνειας Η αυξημένη πυκνότητα δόμησης συμβαδίζει με την υπερσυγκέντρωση πληθυσμού, δραστηριοτήτων και δομικών υλικών σε συμπαγείς δομές, σε περιορισμένο χώρο και συρρίκνωση του φυσικού πρασίνου. Το ανθρωπογενές περιβάλλον επηρεάζει άμεσα το ενεργειακό ισοζύγιο στην επιφάνεια της γης. Το ενεργειακό ισοζύγιο μιας επιφάνειας σε επαφή με το έδαφος αποτελείται από τα εξής μεγέθη (εικόνα 1): 1. την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία, 2. την εισερχόμενη υπέρυθρη ακτινοβολία από την ατμόσφαιρα προς την επιφάνεια, 3. την ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία, 4. την λανθάνουσα θερμότητα (λόγω εξάτμισης- εξατμισοδιαπνοής), 5. την αισθητή θερμότητα (μέσω συναγωγής ανάμεσα στην επιφάνεια και τον υπερκείμενο αέρα), 6. την εκπομπή υπέρυθρης ακτινοβολίας της επιφάνειας, 7. και την μετάδοση θερμότητας μέσω αγωγής ανάμεσα στα στρώματα του εδάφους. Εικόνα 1. Ενεργειακό ισοζύγιο μιας επιφάνειας σε επαφή με το έδαφος. (A. Synnefa, 2014) Όταν η επιφάνεια της εικόνας 1 βρίσκεται μέσα σε αστικό δομημένο περιβάλλον, το θερμικό ισοζύγιό της γίνεται ιδιαίτερα σύνθετο και αναδιαμορφώνεται ως εξής: 9

10 1. Η προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια αυξάνεται λόγω των πολλαπλών ανακλάσεων από τις πλαϊνές όψεις των κτιρίων, των δρόμων κτλ. Το φαινόμενο αυτό εξαρτάται από την γεωμετρία του αστικού ιστού (π.χ. ύψος κτιρίων σε σχέση με το πλάτος των δρόμων). Ταυτόχρονα λόγω έλλειψης πρασίνου μειώνονται οι επιφάνειες υπό σκιά. Επίσης, ενώ τα ψηλά κτίρια μιας πόλης προσφέρουν σκιά τους χειμερινούς μήνες, κατά την θερινή περίοδο η σκία μειώνεται σε μεγάλο βαθμό λόγω της κατακόρυφης πορείας του ήλιου. 2. Η εισερχόμενη υπέρυθρη ακτινοβολία από την ατμόσφαιρα αυξάνεται. Η ατμοσφαιρική ρύπανση που χαρακτηρίζει τις σύγχρονες πόλεις λειτουργεί αρνητικά εμποδίζοντας τη διαφυγή της θερμικής ακτινοβολίας στο διάστημα και εγκλωβίζοντας την στην πόλη. Το γεγονός αυτό παρουσιάζει αναλογίες με το φαινόμενο του θερμοκηπίου, καθώς η ατμοσφαιρική ρύπανση και κυρίως το διοξείδιο του άνθρακα είναι αδιαπέραστα από την θερμική ακτινοβολία. (Σανταμούρης κ.ά., 2000). 3. Τα δομικά υλικά της πόλης ανακλούν λιγότερο την ηλιακή ακτινοβολία. Αυτό συμβαίνει γιατί είναι στην πλειοψηφία τους σκουρόχρωμα ή σκουραίνουν λόγω της αστικής ρύπανσης και έχουν χαμηλό συντελεστή ανακλαστικότητας (εικόνα 2). Το σκούρο χρώμα συνεπάγεται μεγάλη θερμική απορρόφηση, ενώ η αυξημένη θερμοχωρητικότητα έχει ως αποτέλεσμα τη διατήρηση υψηλών θερμοκρασιών στα υλικά για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Αντίθετα, η βλάστηση είναι η μοναδική ύλη που έχει μικρή ανακλαστικότητα (τιμές από 0,05 0,30) και ταυτόχρονα αναπτύσσει χαμηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες από τα περισσότερα δομικά υλικά. Συνεπώς η έλλειψη βλάστησης και αντικατάστασή της με δομικά υλικά οδηγεί σε υψηλότερες μέσες επιφανειακές θερμοκρασίες. Εικόνα 2. Χαρακτηριστικές τιμές ανακλαστικότητας των κυρίαρχων υλικών του αστικού περιβάλλοντος (Akbari, 1992). 4. Αντίστοιχα επηρεάζεται η λανθάνουσα θερμότητα, καθώς μειώνεται η ποσότητα του βρόχινου νερού που διανέμεται σε εξατμισοδιαπνοή και σε απορρόφηση από το έδαφος, εφόσον απουσιάζει η βλάστηση (εικόνα 3). Τα δομικά υλικά είναι ελάχιστα υδατοπερατά και δεν μπορούν να συγκρατήσουν το βρόχινο νερό, η εξάτμιση του οποίου συμβάλλει στη μείωση της θερμοκρασίας του αέρα, καθώς για να 10

11 πραγματοποιηθεί απορροφώνται σημαντικά ποσά θερμότητας από το περιβάλλον. Παράλληλα, η αύξηση τεχνητών δομικών υλικών συνεπάγεται μείωση του πρασίνου άρα μείωση της εξατμισοδιαπνοής (εξάτμιση του νερού από τα στόματα των φύλλων με τη λειτουργία της διαπνοής). Όπως φαίνεται στην εικόνα 3, σε μια πυκνή αστική δομή υπάρχει 45% περισσότερη απορροή σε σχέση με το φυσικό περιβάλλον. Εικόνα 3. Σχέση μεταξύ κάλυψης του εδάφους και επιφανειακής απορροής (Lake Superior Sreams). 5. Η μετάδοση θερμότητας παίζει κυρίαρχο ρόλο μέσα στην πόλη. Σε πολύ πυκνοδομημένες περιοχές, ο άνεμος δεν καταφέρνει να διέρθει μέσα στον αστικό ιστό. Κατά συνέπεια, μειώνονται οι δυνατότητες απαγωγής θερμότητας, μέσω του φαινομένου της μεταφοράς, από τις κατακόρυφες επιφάνειες των κτιρίων και τις οριζόντιες επιφάνειες των επικαλύψεων των δρόμων και των πεζοδρομίων. Ταυτόχρονα, η μειωμένη κυκλοφορία του αέρα στους αστικούς δρόμους αποτρέπει την απομάκρυνση των αέριων ρύπων από το επίπεδο κυκλοφορίας των πεζών. Παράλληλα, οι διάφορες δραστηριότητες που υπάρχουν στις πόλεις (π.χ. βιομηχανία), η θερμότητα που παράγεται από τα αυτοκίνητα, καθώς και οι θερμικές απώλειες των κτιρίων συμβάλλουν στην αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα στις πόλεις. Η συνολική ανθρωπογενής θερμότητα κατά συνέπεια μειώνει την ροή θερμότητας από την επιφάνεια προς τον υπερκείμενο αέρα και έτσι τα υλικά παραμένουν πιο θερμά. Από πείραμα των Asaeda et al. (1996) το απόγευμα, επάνω από δομημένες επιφάνειες, η απορρόφηση θερμότητας υπερβαίνει την εκπομπή και θερμαίνει την ατμόσφαιρα, κάτι που συμβαίνει και τη νύχτα σε μικρότερο βαθμό, ενώ αντίθετα επάνω από το φυσικό έδαφος η εκπομπή θερμότητας ξεπερνάει την απορρόφηση με αποτέλεσμα την ψύξη του αέρα. Η ημερήσια διαφορά στην απορρόφηση θερμικής ακτινοβολίας από την άσφαλτο και το χώμα οδηγεί σε μεγάλη διαφορά του ρυθμού θέρμανσης της ατμόσφαιρας ανάμεσα στις δύο επιφάνειες. 11

12 6. Οι εξωτερικές επιφάνειες κτιρίων, δρόμων και υπαίθριων χώρων αποτελούνται κυρίως από υλικά μεγάλης θερμοχωρητικότητας και μικρής ανακλαστικότητας όπως αναφέρθηκε (άσφαλτος, σκυρόδεμα, τούβλο και πέτρα). Τα υλικά αυτά λειτουργούν ως ημερήσια αποθήκη θερμότητας. Η αυξημένη θερμοχωρητικότητα έχει ως αποτέλεσμα τη διατήρηση υψηλών θερμοκρασιών στα υλικά για μεγάλα χρονικά διαστήματα. Η αύξηση της θερμοκρασίας του υλικού αυξάνει την εκπεμπόμενη υπέρυθρη ακτινοβολία, ανάλογα με τον συντελεστή εκπομπής του υλικού. Γενικά τα δομικά υλικά έχουν μεγάλο συντελεστή εκπομπής (>0,8). Όμως η θερμική ακτινοβολία που εκπέμπεται κατά τη διάρκεια της νύχτας δεν έχει τη δυνατότητα να διαφύγει άμεσα στην ατμόσφαιρα. Έτσι, μετά από διαδοχικές ανακλάσεις καταλήγει να απορροφάται κατά το μεγαλύτερο μέρος της από τις όψεις των κτιρίων, αυξάνοντας τις επιφανειακές θερμοκρασίες τους. Αντίθετα, τα δέντρα κατά μέσο όρο απορροφούν λιγότερη ηλιακή ακτινοβολία από ό,τι τα κτίρια και εκπέμπουν λιγότερη θερμική ακτινοβολία (Oke, 1989). 7. Το ξηρό χώμα καθώς και τα κύρια δομικά υλικά σκυρόδεμα και άσφαλτος αναπτύσσουν αρκετά μεγάλες θερμοκρασίες όταν είναι εκτεθειμένα στην ηλιακή ακτινοβολία. Όμως το χώμα λόγω μικρότερης θερμοχωρητικότητας δεν συσσωρεύει τόσο μεγάλα ποσά θερμότητας όπως τα δομικά υλικά και κατά συνέπεια θερμαίνεται και ψύχεται πιο γρήγορα (πίνακας 1). Ο Asaeda et al. (1996), με βάση πείραμα με διαφορετικά υλικά δαπέδου υπαίθριων χώρων παρατήρησαν ταχύτερη ψύξη της επιφάνειας του χώματος σε σχέση με τα σκληρά δάπεδα εξαιτίας της χαμηλής αγωγιμότητας του χώματος που δεν επέτρεψε τη μεταφορά της θερμότητας σε βαθύτερες στρώσεις του δαπέδου. Το εύρος της θερμοκρασίας σε βάθος 20cm κατά τη διάρκεια της ημέρας ήταν 10 o C για την άσφαλτο, 6 o C για το σκυρόδεμα και μόνο 1 o C για το φυσικό έδαφος. Πίνακας 1. Τιμές θερμοχωρητικότητας και αγωγιμότητας για το χώμα, το σκυρόδεμα και την άσφαλτο. (Oke 1987, Cengel 2005, Santamouris 2000.) Θερμοχωρητικότητα (ΚJ/(m 3. Κ)) Χώμα (ξηρό) ,3 Χώμα (υγρό) Σκυρόδεμα ,5 Άσφαλτος ,7 Θερμική Αγωγιμότητα (W/(m. K)) Επίσης το φυσικό έδαφος έχει μεγάλη διαπερατότητα στο νερό. Σύμφωνα με την Palomo del Barrio (1998) με την αύξηση της υγρασίας η θερμική αγωγιμότητα και η θερμοχωρητικότητα του χώματος αυξάνονται και στην επιφάνεια του χώματος αυξάνεται η εξάτμιση. Ακόμη, η εξάτμιση νερού γίνεται με πιο αργό ρυθμό στο χώμα από ό,τι στο σκυρόδεμα και στην άσφαλτο και ένα μεγάλο μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας που απορροφάται από το χώμα χρησιμοποιείται για την εξάτμιση αποθηκευμένης υγρασίας. 12

13 1.3 Αστική θερμική νησίδα Οι αλλαγές που επέρχονται στο ενεργειακό ισοζύγιο μιας πόλης, με την αντικατάσταση της βλάστησης και του φυσικού εδάφους από μη διαπερατά δομικά υλικά, έχουν σαν αποτέλεσμα να εμφανίζονται αυξημένες ατμοσφαιρικές και επιφανειακές θερμοκρασίες στο κέντρο της πόλης σε σχέση με τις γύρω προαστικές και αγροτικές περιοχές. Το φαινόμενο είναι γνωστό ως θερμική αστική νησίδα (Urban Heat Island-UHI). Η θερμική νησίδα ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας και εντείνεται τη νύχτα, ιδιαίτερα σε περίπτωση άπνοιας και καθαρού ουρανού, λόγω της μικρής δυνατότητας αποβολής θερμότητας τις βραδινές ώρες στην πόλη σε σχέση με την εξοχή. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, χωρίς σύννεφα και άνεμο, ο ρυθμός ψύξης εξαρτάται από την ροή θερμότητας προς τον ουρανό, η οποία στις αστικές περιοχές εμποδίζεται εξαιτίας του χαμηλού συντελεστή θέασης του ουρανού, ενώ είναι ισχυρή στις αγροτικές περιοχές, στις οποίες δεν υπάρχουν εμπόδια στη θέαση του ουρανού. Αντίθετα, ισχυροί άνεμοι και νεφοκάλυψη ενισχύουν την τυρβώδη ροή ως διαδικασία ψύξης και ελαττώνουν τις διαφορές ανάμεσα σε αστικές και μη αστικές περιοχές (Oke 1987). Το φαινόμενο της θερμικής νησίδας αναφέρεται και στις αυξημένες επιφανειακές θερμοκρασίες των δομικών υλικών σε σύγκριση με τις επιφανειακές θερμοκρασίες της υπαίθρου και στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιείται ο όρος επιφανειακή αστική θερμική νησίδα (Surface Urban Heat Island-SUHI). Για την έρευνα της SUHI χρησιμοποιούνται δορυφορικές εικόνες υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας στο θερμικό υπέρυθρο (TIR) κανάλι του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος, για να υπολογιστούν οι επιφανειακές θερμοκρασίες. Η ένταση των SUHIs είναι γενικά πιο έντονη κατά τη διάρκεια της ημέρας αλλά μπορεί να είναι ορατή και την νύχτα. Εξαρτάται άμεσα από την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας, τα χαρακτηριστικά χρήσηςκάλυψης γης και από το ποσοστό της βλάστησης, και είναι μεγαλύτερη κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού. Επίσης, σύμφωνα με τους Stathopoulou et al. (2009) κατά την διάρκεια της ημέρας, τις πρωινές ώρες στην μητροπολιτική Αθήνα αναπτύσσεται αρνητική SUHI, όπου οι μη αστικές επιφάνειες των περιοχών γύρω από την πόλη είναι θερμότερες από τις αστικές επιφάνειες. Αυτό αποδίδεται στο γεγονός ότι τα ψηλά και ογκώδη κτίρια της πόλης έχουν μεγάλες τιμές θερμικής μάζας (θερμική μάζα ανά μονάδα επιφάνειας) σε αντίθεση με τις μη αστικές περιοχές που χαρακτηρίζονται από μικρή θερμική μάζα. Συνεπώς, κατά την διάρκεια της ημέρας υπάρχει υστέρηση στην θέρμανση των αστικών περιοχών λόγω των θερμικών ιδιοτήτων των δομικών υλικών. Πολλές έρευνες έχουν διεξαχθεί για τον υπολογισμό της SUHI με την χρήση δορυφορικής τηλεπισκόπησης, όπως των: Gallo et al. (1995), Voogt και Oke (2003), Stathopoulou και Cartalis (2007) και Stathopoulou et al. (2009). 13

14 1.4 Ο ρόλος της αστικής βλάστησης Η επίδραση των φυτών στο θερμικό περιβάλλον των υπαίθριων αστικών χώρων, είτε πρόκειται για χαμηλή φύτευση είτε για δέντρα και άλση, οφείλεται κυρίως στη σκίαση των επιφανειών από τα φυλλώματα και στη μείωση της θερμοκρασίας του αέρα λόγω της εξατμισοδιαπνοής, δηλαδή της εξάτμισης υγρασίας μέσω της διαπνοής. Τα φυτά, με τη διαδικασία της διαπνοής επηρεάζουν σημαντικά την κατανομή ενέργειας σε ροή λανθάνουσας θερμότητας και ροή αισθητής θερμότητας. Μεγάλες επιφάνειες φυτεύσεων, σε συνδυασμό με επαρκή ποσότητα υγρασίας στο έδαφος, αυξάνουν την διαπνοή και προκαλούν ανακατανομή της ροής ενέργειας με αποτέλεσμα πιο ψυχρές και πιο υγρές κλιματικές συνθήκες κοντά σε αυτές τις επιφάνειες (Arthur-Hartranft et al. 2003). Επίσης, η βλάστηση εκτός του ότι ψύχει τον γύρω αέρα με την διαπνοή, αναπτύσσει και η ίδια χαμηλότερες επιφανειακές θερμοκρασίες από τα περισσότερα δομικά υλικά. Τα φυτά στο αστικό περιβάλλον λειτουργούν και ως φίλτρα των ατμοσφαιρικών ρύπων. Ο Akbari et al. (2001) αναφέρουν ότι τα δέντρα στο αστικό περιβάλλον μειώνουν το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) της ατμόσφαιρας άμεσα χρησιμοποιώντας το για τη φωτοσύνθεση, αλλά και έμμεσα, χαμηλώνοντας τις θερμοκρασίες αέρα και ελαττώνοντας τα ενεργειακά φορτία για ψύξη, επομένως και την εκπομπή διοξειδίου του άνθρακα από τις εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, και η έμμεση μείωση του διοξειδίου του άνθρακα είναι μεγαλύτερη από την άμεση Αστικό πάρκο Η θερμοκρασία αέρα στα αστικά πάρκα είναι συνήθως χαμηλότερη από το αστικό περιβάλλον και η επιρροή του πάρκου συχνά εκτείνεται και εκτός των ορίων του. Η διαφορά αυτή στην θερμοκρασία αέρα ανάμεσα στο πάρκο και στο αστικό περιβάλλον αναφέρεται ως «φαινόμενο όασης πάρκου» (Park Cool Island- PCI) ή «νησίδα δροσισμού πάρκου». Το φαινόμενο του PCI έχει ερευνηθεί εκτενώς. Η μέση θερμοκρασία αέρα μέσα σε πάρκο έχει βρεθεί να είναι χαμηλότερη κατά 0.47 C (Shobhakar & Hanaki 2002), 0.6 C (Watkins et al. 2002), C (Nichol 1996) από τις γύρω περιοχές. Οι διαφορές φτάνουν τους C το καλοκαίρι αν αυξηθούν τα δέντρα κατά 25% σύμφωνα με τους Akbari et al Ωστόσο, άλλες μελέτες έχουν παρατηρήσει φυτεμένες περιοχές να είναι θερμότερες από τις γύρω δομημένες περιοχές και να δημιουργούν μεγάλα ποσοστά υγρασίας (Potchter et al. 2006). Έρευνα για το PCI έχει διεξαχθεί και στον Εθνικό Κήπο στο κέντρο της Αθήνας, όπου δεν παρατηρήθηκε εμφανής επιρροή του πάρκου στις περιοχές ακριβώς γύρω από αυτό, αλλά σε μεγαλύτερη κλίμακα της τάξης των 500m οι διαφορές αυξήθηκαν σημαντικά, στους 6 C κατά την διάρκεια της νύχτας σε σχέση με την Ερμού, και στους 13 C την ημέρα με την Ιπποκράτους (Zoulia et al.2008). Η επιρροή των πάρκων στο βεβαρημένο αστικό θερμικό περιβάλλον έχει ερευνηθεί και με την χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης. Οι Dousset και Gourmelon (2003) κατέγραψαν μέσω δορυφόρων τις επιφανειακές θερμοκρασίες στο Λος Άντζελες και στο Παρίσι, σε συνδυασμό χαρτών χρήσης-κάλυψης γης. 14

15 Στο Λος Άντζελες τα πάρκα είχαν θερμοκρασίες επιφανείας 2,2-5 o C χαμηλότερες από τον αστικό περίγυρό τους. Στο Παρίσι παρατηρήθηκαν διαφορές 2-4 o C μεταξύ αστικών πάρκων και αστικού κέντρου. Τη νύχτα σημειώθηκε επιφανειακή θερμική νησίδα με ένταση 7 o C, και τα πάρκα (με θερμοκρασίες επιφανείας στο εύρος o C) φάνηκε να ψύχονται γρηγορότερα σε σχέση με το κέντρο της πόλης (με θερμοκρασίες επιφανείας o C). Την ημέρα σημειώθηκαν υψηλές επιφανειακές θερμοκρασίες (35-40 o C) σε βιομηχανικές και εμπορικές περιοχές, σε αεροδρόμια και στο κέντρο της πόλης και χαμηλότερες θερμοκρασίες σε μεγάλα αστικά πάρκα (33-35 o C), κοντά στο ποτάμι, σε προάστια (32-33 o C) και στα περιαστικά δάση (31-33 o C), υπογραμμίζοντας την επίδραση των φυτεύσεων. Επίσης οι Xao et al. (2010) με την χρήση δορυφορικής εικόνας υπολόγισαν τις επιφανειακές θερμοκρασίες της πόλης Nagoya στην Ιαπωνία, όπου παρατήρησαν ό,τι η διαφορά των επιφανειακών θερμοκρασιών μέσα και έξω από το πάρκο αυξάνεται σε μεγαλύτερα πάρκα, αλλά ο συσχετισμός του PCI με το μέγεθος του πάρκου είναι μη γραμμικός. Επίσης το PCI συσχετίζεται με το σχήμα του πάρκου και διαφέρει ανάλογα με την εποχή του χρόνου, με την μεγαλύτερη ένταση κατά την διάρκεια του καλοκαιριού (Ren et al. 2013). 1.5 Παρατήρηση του αστικού θερμικού περιβάλλοντος και της βλάστησης με δορυφορικές μετρήσεις Η μελέτη του αστικού θερμικού περιβάλλοντος έχει προσεγγιστεί ποικιλοτρόπως. Η απόκτηση της θερμικής απεικόνισης για την παρακολούθηση του αστικού περιβάλλοντος, είναι δυνατόν να γίνει με επίγειες μετρήσεις, εναέριες, δορυφορικές και τέλος μέσω μίας σύγχρονης τάσης η οποία είναι τα μη επανδρωμένα εναέρια οχήματα (UAV). Παρόλα αυτά, η δορυφορική τηλεπισκόπηση θεωρείται από τα πιο σημαντικά εργαλεία ανίχνευσης θερμικών αλλαγών σε αστική κλίμακα καθώς έχει την δυνατότητα να συλλέγει χωρικές πληροφορίες σε μεγάλες εκτάσεις ταυτόχρονα. Επίσης, από τις δορυφορικές μετρήσεις μπορούν να υπολογιστούν οι τιμές της επιφανειακής θερμοκρασίας (Land Surface Temperature- LST) και κατά συνέπεια το μέγεθος και η ένταση της επιφανειακής αστικής θερμικής νησίδας (SUHI) σε μία πόλη. Παράλληλα, μέσω των δορυφορικών εικόνων που δίνονται στα κανάλια του ορατού και του εγγύς υπέρυθρου εξάγονται οι χωρικές κατανομές της αστικής λευκαύγειας, του συντελεστή εκπομπής (Land Surface Emissivity-LSE), και του ποσοστού βλάστησης μέσω διαφόρων δεικτών (Stathopoulou et al, 2009). Σημειώνεται ότι με την επεξεργασία δορυφορικών εικόνων δεν είναι δυνατός ο άμεσος προσδιορισμός της θερμοκρασίας αέρα σε μια αστική περιοχή. Αντίθετα με τη χρήση εικόνων στο θερμικό υπέρυθρο (8-12 μm) είναι δυνατός ο προσδιορισμός της επιφανειακής θερμοκρασίας εδάφους LST σε διακριτική ικανότητα που κυμαίνεται ανάλογα με τον δορυφόρο. Η μικρότερη διακριτική ικανότητα είναι 60m από τον Landsat-7 (ETM+) και 100m από τον Landsat-8 (TIRS) μέχρι τα 1100m που δίνει ο NOAA/AVHRR και ο AATSR/ENVISAT. Με τον τρόπο αυτό δίνεται η δυνατότητα για την χωρική αποτύπωση της επιφανειακής 15

16 θερμοκρασίας και την αναγνώριση περιοχών υψηλής ενεργειακής έντασης, καθώς και για την ανίχνευση αλλαγών στο αστικό μικροκλίμα (Καρτάλης και Φείδας, 2006) Επιφανειακή θερμοκρασία εδάφους - LST Ως καθοριστική παράμετρος για την εκπομπήμεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας και τη ροή θερμότητας στην διεπιφάνεια εδάφους-ατμόσφαιρας, η επιφανειακή θερμοκρασία εδάφους (LST) είναι σημαντική παράμετρος του ενεργειακού ισοζυγίου επιφανείας σε τοπικό και σε παγκόσμιο επίπεδο. Η LST αναφέρεται ουσιαστικά στο πόσο θερμό είναι το έδαφος όταν το αγγίζουμε. Σε σχέση με τον αέρα το έδαφος θερμαίνεται και ψύχεται πιο γρήγορα ( Στις περισσότερες περιπτώσεις η LST είναι συνδυασμός θερμοκρασιών βλάστησης και γυμνού εδάφους ή τεχνητών υλικών. Επειδή τα υλικά αντιδρούν με διαφορετικούς τρόπους στις αλλαγές της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας, η LST παρουσιάζει έντονες χρονικές μεταβολές. Η LST επηρεάζει την κατανομή ενέργειας μεταξύ εδάφους και βλάστησης και την θερμοκρασία αέρα στα κατώτερα στρώματα. Η συσχέτιση της LST με την θερμοκρασία αέρα έχει συνδεθεί παραμετρικά μέσα από επιστημονικές εργασίες με τη χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπησης αλλά η συσχέτιση δεν είναι πάντα επιτυχής και παρουσιάζει έντονη χρονική και χωρική μεταβλητότητα. Συγκεκριμένα οι παράγοντες που επηρεάζουν την επιφανειακή θερμοκρασία είναι: ο προσανατολισμός και το ποσοστό έκθεσης στον ήλιο και τον αέρα. η λευκαύγεια και ο συντελεστή εκπομπής του υλικού. η διαπερατότητα και η ικανότητα εξάτμισης της υγρασίας. η αγωγιμότητα του υλικού και η ικανότητα διάχυσης της θερμότητας. η τραχύτητα της επιφάνειας. Ανάλογα με τις παραπάνω ιδιότητες, διαφορετικά υλικά παρουσιάζουν έντονες διαφορές στην θερμοκρασία επιφανείας που αναπτύσσουν κατά την διάρκεια της ημέρα. Για παράδειγμα οι Yang και Zhao, 2015 μέτρησαν τις θερμοκρασίες σε πέντε αστικές επιφάνειες μια καλοκαιρινή μέρα στην πόλη Guangzhou της νότιας Κίνας και τα αποτελέσματά τους φαίνονται στην εικόνα 4. Επιβεβαιώνεται ότι τις μεσημεριανές ώρες τα δομικά υλικά έχουν τις υψηλότερες θερμοκρασίες, ενώ στις 9.00 το πρωί το χώμα έχει υψηλότερη θερμοκρασία από το μπετόν. Η επιφάνεια του εδάφους όπως αναφέρθηκε παραπάνω αποτελείται από ποικίλα υλικά και γεωμετρίες, κάτι που καθιστά τον υπολογισμό της LST σύνθετο. Μόνο σε ομοιογενείς επιφάνειες σε θερμική ισορροπία μπορεί να υπολογιστεί η LST με ακρίβεια. Δεδομένης της ετερογένειας της επιφανειακής θερμοκρασίας, η δορυφορική τηλεπισκόπηση δίνει την δυνατότητα να μετρηθεί η LST σε μεγάλη χωρική κλίμακα και υψηλή χρονική διακριτική ικανότητα δίνοντας χωρικές μέσες τιμές αντί για σημειακές μετρήσεις όπως συμβαίνει στις επιτόπιες μετρήσεις. 16

17 Εικόνα 4. Οι επιφανειακές θερμοκρασίες μιας λίμνης (pond), χώματος με γρασίδι (lawn soil), ανάμεσα σε φύλλα (grass leaf), μπετόν (concrete), πεζοδρόμιο από γρανίτη (granite slab). (Yang και Zhao, 2015.) Τα δορυφορικά δεδομένα από το κανάλι του θερμικού υπέρυθρου (TIR) μετατρέπονται σε τιμές LST μέσω της εξίσωσης διάδοσης ακτινοβολίας. Παρόλα αυτά, δεν είναι δυνατή η εκτίμηση της LST απευθείας από την υπέρυθρη ακτινοβολία που λαμβάνει το TIR, καθώς αυτή επηρεάζεται όχι μόνο από εδαφικές παραμέτρους (θερμοκρασία, συντελεστή εκπομπής) αλλά και από τη σύσταση της ατμόσφαιρας. Για τον λόγο αυτόν για την εκτίμηση της LST πρέπει να γίνουν οι κατάλληλες ατμοσφαιρικές διορθώσεις Δείκτης βλάστησης - NDVI Ο δείκτης βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) θεωρείται από τους βασικούς δείκτες που χρησιμοποιεί η δορυφορική τηλεπισκόπηση για τον εντοπισμό βλάστησης σε μια επιφάνεια. Ο ορισμός του NDVI βασίζεται στο γεγονός ότι η χλωροφύλλη απορροφά σε μεγάλο βαθμό την ακτινοβολία στις περιοχές 0,45 μm (μπλε περιοχή) και 0,67 µm (κόκκινη περιοχή) του φάσματος, ανακλά στην πράσινη (Green), ενώ στα μεγαλύτερα μήκη κύματος στο ορατό και στο εγγύς υπέρυθρο (περίπου στα 0,75 µm του φάσματος) η αάκλαση της υγιούς βλάστησης αυξάνεται ιδιαίτερα (εικόνα 5). Τυπικά, το 70-90% της μπλε και κόκκινης ακτινοβολίας απορροφάται για παραγωγή ενέργειας, που είναι απαραίτητη στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης και στην περιοχή 0,7-1,3 µm, ένα φύλλο αντανακλά 40-50% της προσπίπτουσας ενέργειας. Αν μειώνεται η χλωροφύλλη, με συνέπεια τα φύλλα να αρχίζουν να χάνουν την πρασινάδα και να κιτρινίζουν ή να κοκκινίζουν, κάτι που υποδεικνύει την αλλαγή της εποχής ή την κακή κατάσταση υγείας του φυτού, τότε μειώνεται η απορρόφηση ακτινοβολίας στην μπλε και κόκκινη περιοχή, η ανακλαστικότητα μειώνεται και μαζί η μέγιστη ανακλαστικότητα στην πράσινη περιοχή του ορατού φάσματος,. Από τα παραπάνω, καθίσταται σαφές ότι ο NDVI είναι άρρηκτα συνδεδεμένος με την αύξηση και την ανάπτυξη των φυτών και πρακτικά εφαρμόσιμος, για την παρακολούθηση της επίγειας βλάστησης από το διάστημα. Οι τιμές του NDVI κυμαίνονται τυπικά από -1 έως 1. Οι υψηλότερες τιμές αποτυπώνουν πυκνή και υγιή βλάστηση. Τιμές μεγαλύτερες από 0,2 συνήθως υποδεικνύουν την ύπαρξη ποσοστού βλάστησης, ενώ χαμηλότερες του 0,2 αποτυπώνουν γυμνό έδαφος ή ανθρωπογενή υλικά (Tam et al., 2010). 17

18 Οι Dousset και Gourmelon (2003) παρατήρησαν μέσω δορυφορικών μετρήσεων αρνητική συσχέτιση μεταξύ των θερμοκρασιών επιφανείας και του NDVI, γεγονός που φανερώνει τη σημασία των φυτεύσεων για το διαχωρισμό των ροών αισθητής και λανθάνουσας θερμότητας. Η διαθέσιμη υγρασία από τις φυτεύσεις επιτρέπει σε ένα μεγαλύτερο τμήμα της συνολικής ροής ακτινοβολίας να διοχετευτεί σε ροή λανθάνουσας θερμότητας με εξατμισοδιαπνοή, μειώνοντας έτσι τη ροή αισθητής θερμότητας, και επομένως τις επιφανειακές θερμοκρασίες. Εικόνα 5. Φασματική υπογραφή της βλάστησης ως προς την ανακλαστικότητα (SEOS 2010) Κάλυψη γης και χρήσεις γης στο αστικό περιβάλλον Μία από τις εφαρμογές της δορυφορικής τηλεπισκόπησης αποτελείη συσχέτιση των αλλαγών στο ενεργειακό ισοζύγιο μιας αστικής περιοχής με μεταβολές που σημειώθηκαν στην περιοχή λόγω αστικοποίησης, ουσιαστικάη χωρική διακύμανση της επιφανειακής θερμοκρασίας οι οποίες προκύπτουν από την χωρική διαφοροποίηση των χρήσεων γης (Καρτάλης και Φείδας, 2006). Τα χαρακτηριστικά της κάλυψης και χρήσης γης (Land Use Land Cover - LULC) έχουν άμεση επιρροή στις αστικές θερμικές συνθήκες. Η συσχέτιση εξηγείται από το γεγονός ότι ανάλογα με τις χρήσεις γης διαφοροποιείται η θερμοχωρητικότητα του εδάφους, μιας παραμέτρου με σημαντική συμβολή στην ένταση του θερμικού περιβάλλοντος. Ο Roth et al. (2008) παρατήρησε μεγάλη συσχέτιση ανάμεσα στo LULC και αστικά θερμικά χαρακτηριστικά, καθώς οι βιομηχανικές περιοχές εμφανίζονται θερμότερες και οι φυτεμένες, παράκτιες περιοχές ψυχρότερες. Εφόσον τα διαφορετικά χαρακτηριστικά του LULC τροποποιούν τις θερμικές συνθήκες στην πόλη είναι αναγκαίο να διερευνηθεί περαιτέρω η αλληλοσυσχέτιση μεταξύ των LULC και της LST για τη βελτίωση του αστικού θερμικού περιβάλλοντος. 18

19 2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ 2.1 Περιοχή Μελέτης Η παρούσα έρευνα πραγματοποιήθηκε στο ευρύτερο πολεοδομικό συγκρότημα της Αθήνας (38 Β, 23 7 Αμε πληθυσμό κατοίκων σύμφωνα με την απογραφή του 2011, και έκταση 462 km 2, η οποία περιλαμβάνει συνολικά 35 Δήμους κατανεμημένους σε τέσσερις περιφερειακές ενότητες (Κεντρικού, Βορείου, Νοτίου, Δυτικού Τομέα Αθηνών με συνολικό πληθυσμό κατοίκων) όπως φαίνεται στης εικόνα 6, και άλλοι έξι ανήκουν στην Περιφερειακή Ενότητα Πειραιώς. Ο Δήμος Αθηναίων, που καταλαμβάνει το κέντρο της, έχει πληθυσμό κατοίκους (απογραφή 2011) και έκταση 39 km 2. Είναι ο τρίτος πιο πυκνοκατοικημένος δήμος της Αθήνας με κατοίκους/km 2 μετά τον δήμο Καλλιθέας και Ν. Σμύρνης με και κατοίκους/ km 2 αντίστοιχα. Εικόνα 6. Οι 35 δήμοι της μητροπολιτικής Αθήνας- περιφερειακές ενότητες: Κεντρικού, Βορείου, Νοτίου, Δυτικού Τομέα Αθηνών. Ο κεντρικός τομέας είναι κόκκινος, το νο.1 είναι ο δήμος Αθηναίων που χωρίζεται σε 7 δημοτικές ενότητες. Η Αθήνα έχει ένα υποτροπικό Μεσογειακό κλίμα (σύμφωνα με την κλιματική ταξινόμηση Köppen) και δέχεται την ελάχιστη απαιτούμενη βροχόπτωση ώστε να αποφύγει την κατά Köppen κατάταξη στο ημίξηρο κλίμα. Στον πίνακα 2 φαίνονται οι μέσες μέγιστες, ημερήσιες και ελάχιστες θερμοκρασίες αέρα κατά τους θερινούς μήνες στην Αθήνα από το 1986 έως το Πιο θερμός μήνας του χρόνου θεωρείται ο Ιούλιος ενώ ψυχρότερος είναι ο Ιανουάριος. Το μέσο ετήσιο θερμοκρασιακό εύρος είναι 19,3 C. Ο ξηρότερος μήνας είναι ο Αύγουστος και ο υγρότερος ο Δεκέμβριος. 19

20 Πίνακας 2. Κλιματικά δεδομένα Αθήνας τη θερινή περίοδο (Meteoclub.gr) Κλιματικά δεδομένα Αθήνας τη θερινή περίοδο (Θησείο, ) Μήνας Ιούν Ιούλ Αύγ Σεπτ Tmax T daily T min C C C Βροχόπτωση (mm) Η πυκνότητα δόμησης στο κέντρο της Αθήνας φτάνει τα 5394 κτίρια/km 2 (ΕΛ.ΣΤΑΤ, 2011). Η αύξηση του πληθυσμού είχε σαν αποτέλεσμα την περίοδο , οι αστικές περιοχές της Αθήνας να αυξηθούν κατά 4.6%, και να αναπτυχθούν νέες αστικές περιοχές νότια, ανατολικά και δυτικά της Αθήνας. Παράλληλα, η ραγδαία επέκταση του οικιστικού ιστού της Αθήνας σε όλο το λεκανοπέδιο έγινε χωρίς επιμελή σχεδιασμό και πρόβλεψη για το αστικό πράσινο, με αποτέλεσμα η σημερινή Αθήνα να έχει το μικρότερο ποσοστό πρασίνου από όλες τις Ευρωπαϊκές πόλεις, μόλις 2m 2 ανά κάτοικο. Ο Δήμος Αθηναίων κατά την πιο πρόσφατη απογραφή της Ελληνικής Στατιστικής Αρχής (ΕΛ.ΣΤΑΤ.) του έτους 2011, παρουσιάζει μείωση του πληθυσμού κατά 15,85%, που πλέον ανέρχεται σε άτομα, από άτομα κατά την απογραφή του Θα πρέπει να σημειωθεί ότι ο πληθυσμός του Δήμου κατά την απογραφή του 2001 παρουσίαζε μείωση κατά 3,4% σε σχέση με την απογραφή του Η μείωση αυτή εκτιμάται ότι οφείλεται στην ολοένα και εντονότερη υποβάθμιση μεγάλου μέρους του «ιστορικού κέντρου» της πόλης που παρατηρείται τα τελευταία έτη (Επιχειρησιακό Πρόγραμμα Δήμου Αθηναίων ). Παρ όλα αυτά, η έντονη ανθρωπογενής δραστηριότητα, η κυλοφορία των οχημάτων και η μεγάλη πυκνότητα δόμησης, προκαλούν δυσμενείς θερμικές συνθήκες στην Αθήνα, ειδικά κατά τους θερινούς μήνες. Τα βασικά δομικά υλικά της Αθήνας, το σκυρόδεμα και η άσφαλτος, έχουν χαρακτηριστικές διαφορές ως προς τις θερμικές τους ιδιότητες (θερμοχωρητικότητα-θερμική αδράνεια) και τις ιδιότητες ακτινοβολίας (λευκαύγεια-συντελεστής εκπομπής) σε σύγκριση με το φυσικό έδαφος της υπαίθρου. Έτσι, η Αθήνα χαρακτηρίζεται από έντονη θερμική νησίδα, για την οποία έχουν διεξαχθεί πολλές μελέτες (Cartalis et al. 2001, Santamouris et al. 2001, Livada et al. 2002, Mihalakakou et al. 2004). Επιπλέον, με την έλλειψη βλάστησης μειώνεται ο φυσικός δροσισμός που προσφέρουν τα φυτά με την εξατμισοδιαπνοή. Για τους παραπάνω λόγους η Αθήνα θεωρείται ιδανική επιλογή για να αποτυπωθούν χαρακτηριστικές συμπεριφορές των παραγόντων που ελέγχουν το θερμικό της περιβάλλον. 20

21 2.2 Επεξεργασία Δεδομένων Προκειμένου να μελετηθεί το αστικό θερμικό περιβάλλον σε επιλεγμένες συνοικίες και πάρκα της Αθήνας σε συνάρτηση με τη βλάστηση και την χρήση γης, χρησιμοποιήθηκαν χωρικά δεδομένα από το δορυφόρο Landsat 8 που λήφθηκαν στις 26/ 8/ 2015, 12:05 τοπική ώρα, ενώ τα δεδομένα στις αντίστοιχες περιοχές για την χρήση γης ελήφθησαν από το Copernicus Urban Atlas project του Οι μετεωρολογικές συνθήκες της ημέρας ήταν ευνοϊκές καθώς δεν παρατηρήθηκαν νέφη. Στον πίνακα 3 δίνονται οι τιμές της θερμοκρασίας αέρα, της ταχύτητας και διεύθυνσης του ανέμου και της υγρασίας από τους τοπικούς μετεωρολογικούς σταθμούς σε περιοχές παραπλήσιες των συνοικιών που θα ερευνηθούν παρακάτω. Τα δεδομένα πάρθηκαν από το Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών. Η μέση θερμοκρασία των σταθμών που βρίσκονται κοντά στις περιοχές έρευνας, την ώρα της δορυφορικής λήψης είναι 302.5Κ (29.5 C), η ταχύτητα ανέμου 15,2km/h με διεύθυνση κατά κύριο λόγω βορεινή και η μέση υγρασία 30,3%. Πίνακας 3. Μετεωρολογικές συνθήκες στις 26/ 8/ 2015, 12:10 τοπική ώρα (Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών). Θερμοκρασία αέρα, ταχύτητα & διεύθυνση ανέμου, υγρασία και οι μέσες τιμές αντίστοιχα από τους σταθμούς επιλογής. Περιοχή μετεωρολογικού σταθμού 26 Αυγούστου 2015, ώρα 12:10 LST Θερμοκρασία αέρα (Κ) Ταχύτητα ανέμου (km/h) Διεύθυνση ανέμου Κέντρο (Γκάζι) 303,3 14,5 Ν 31 Ν. Κόσμος 303,1 17,7 ΝW 32 Ν. Σμύρνη ,9 NNW 27 Περιστέρι 302,8 19,3 NE 27 Κορυδαλλός 302,7 14,5 NE 27 Ψυχικό 301,8 14,5 NNE 36 Μαρούσι 301,1 12,9 N 32 Μέσος όρος: 302,5 15,2 Βόρειος 30,3 Υγρασία (%) Δορυφορικά Δεδομένα Ο δορυφόρος Landsat 8 εκτοξεύτηκε τον Φεβρουάριο του Λαμβάνει εικόνες υψηλής ευκρίνειας στο ορατό και υπέρυθρο φάσμα και ολοκληρώνει μια περιφορά κάθε 16 μέρες. Φέρει τους ανιχνευτές OLI (Operational Land Imager) και TIRS (Thermal Infrared Sensor). O OLI συλλέγει δεδομένα σε 9 κανάλια μικρού μήκους κύματος ακτινοβολίας με ζώνη κάλυψης τα 190 km και χωρική διακριτική ικανότητα 30m. Ο TIRS χρησιμοποιεί ειδικούς ανιχνευτές (Quantum Well Infrared Photodetectors) για να υπολογιστεί η μεγάλου μήκους κύματος υπέρυθρη ακτινοβολία, η ένταση της οποίας είναι συνάρτηση της επιφανειακής 21

22 θερμοκρασίας. Ο TIRS συλλέγει δεδομένα σε 2 θερμικά κανάλια (bands 10-11) με χωρική διακριτική ικανότητα 100m και ζώνη κάλυψης τα 190 km. Στην εικόνα 7 απεικονίζεται η φασματική ανάλυση στο ορατό και στο θερμικό υπέρυθρο (TIRS) του LANDSAT-8 και στον πίνακα 4 δίνεται η χωρική ανάλυση για το ορατό και το θερμικό υπέρυθρο. Εικόνα 7. Φασματική διακριτική ικανότητα του OLI και του TIRS στον Landsat-8 (landsat.usgs.gov). Πίνακας 4. Χωρική και φασματική διακριτική ικανότητα για το ορατό και το θερμικό υπέρυθρο (landsat.usgs.gov) Υπολογισμός του δείκτη βλάστησης NDVI Η πυκνότητα της βλάστησης σε μια περιοχή μπορεί να εκτιμηθεί μέσω της ανάκλασης στο ερυθρό και στο εγγύς υπέρυθρο. Οι περιοχές βλάστησης ανακλούν περισσότερη ενέργεια στο εγγύς υπέρυθρο από ότι στο ορατό ενώ απορροφούν περισσότερη ακτινοβολία στο ερυθρό λόγω της φωτοσύνθεσης. Τα φύλα ανακλούν 22

23 λιγότερη ακτινοβολία στο εγγύς υπέρυθρο όταν δεν είναι υγιή ή έχουν ξεραθεί και η διαφορά ανάμεσα στα δύο κανάλια είναι σχεδόν μηδενική για την πέτρα και το χώμα. Έτσι ορίζεται ο δείκτης βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) που είναι λόγος της διαφοράς των καναλιών 5 (near IR) και 4 (red) προς το άθροισμά τους: NDVI ( NIR RED) / ( NIR RED) (1) Για να υπολογιστεί ο NDVI στη παρούσα εργασία τα δεδομένα του δορυφόρου εισήχθησαν στο λογισμικό Sentinel-3 toolbox, το οποίο μετατρέπει αυτόματα τα ψηφιακά δεδομένα του Landsat-8 σε τιμές ακτινοβολίας L στην κορυφή της ατμόσφαιρας (Top Of the Atmosphere - TOA). H επίδραση της ατμόσφαιρας στην ηλιακή ακτινοβολία που ανακλάται σε μια επιφάνεια έχει ως αποτέλεσμα μέρος της ακτινοβολίας να σκεδαστεί, να απορροφηθεί ένα άλλο και το υπόλοιπο να φτάσει στο δορυφορικό αισθητήρα. Η επιφάνεια του εδάφους δεν δέχεται όμως μόνο την άμεση ακτινοβολία του ήλιου αλλά και τη διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία η οποία προέρχεται από τη σκέδαση της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα πριν αυτή φτάσει στο έδαφος. Η διάχυτη ακτινοβολία που φτάνει στον δορυφορικό αισθητήρα είτε κατευθείαν από την ατμόσφαιρα είτε ανακλώμενη στην επιφάνεια του εδάφους και σε νέφη ορίζεται ως ακτινοβολία διαδρομής. H ακτινοβολία που φτάνει στο δορυφορικό αισθητήρα, αποτελεί το άθροισμα όλων των παραπάνω συνιστωσών (εικόνα 8). Συνεπώς η ακτινοβολία στην ΤΟΑ είναι το μεικτό αποτέλεσμα: 1. της ανακλώμενης ακτινοβολίας από την επιφάνεια της γης, 2. της σκεδασμένης ακτινοβολίας από την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια. Έτσι η διορθωμένη τιμή της ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης είναι: L L L T p Εικόνα 8. Η ακτινοβολία που λαμβάνει ο ανιχνευτής είναι αποτέλεσμα της ανακλώμενης ηλιακής ακτινοβολίας από την επιφάνεια LT και της ακτινοβολίας διαδρομής LP. (nature.berkeley.edu) 23

24 όπου, L L P d : φασματική ακτινοβολία στην ΤΟΑ : ακτινοβολία διαδρομής LP L ESUN d (2) 2 min [0.01 cos s / ( )] 2 ESUN d rad _ max/ refl : απόσταση γης-ήλιου σε αστρονομικές μονάδες ESUN s _ max (3) : μέση ηλιακή έξω-ατμοσφαιρική ροή ακτινοβολίας : ζενιθιακή γωνία του ήλιου σε μοίρες Στη συνέχεια έγινε μετατροπή της ακτινοβολίας σε ανακλαστικότητα της επιφάνειας της γης και για τα δύο κανάλια με τη χρήση του τύπου (4), ώστε να υπολογιστεί ο NDVI με τον τύπο (5). Τα δεδομένα του NDVI που εξήγαγε το sentinel απεικονίζονται στην εικόνα 9. (4) 2 [ ( L LP) d / ( ESUN cos s) NDVI ( ) / ( ) (5) Εικόνα 9. Δορυφορική εικόνα του δείκτη βλάστησης NDVI από το sentinel, Αθήνα 26/8/2015, τοπική ώρα μμ. 24

25 2.2.3 Υπολογισμός της επιφανειακής θερμοκρασίας LST Για να υπολογιστεί η LST είναι σημαντικό να εκτιμηθεί η εκπεμπόμενη ακτινοβολία της γης (Land Surface Emissivity- LSE), η οποία διαφέρει ανάλογα με την κάλυψη γης. Η LSE είναι ο λόγος της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας ενός σώματος προς την ακτινοβολία που θα εξέπεμπε αν ήταν μέλαν σώμα στην ίδια θερμοκρασία. (Artis and Carnahan, 1982). Καθορίζεται κυρίως από την χημική σύσταση της επιφάνειας, την τραχύτητά της και την υγρασία της. Η LSE παίρνει τιμές από 0 έως 1, όμως για τα περισσότερα υλικά έχει παρατηρηθεί ότι είναι κοντά στο 1 (Stathopoulou et al., 2007). Στην παρούσα εργασία θα υπολογιστεί η LSE με την βοήθεια του NDVI για τρεις περιπτώσεις, και εν συνεχεία θα εξαχθούν οι τιμές της LST με τις κατάλληλες εξισώσεις. Η διαδικασία αυτή λέγεται παραμετροποίηση του συντελεστή εκπομπής. α. NDVI < 0.2 Τα εικονοστοιχεία (pixel) με τιμές NDVI μικρότερες του 0.2 θεωρούνται ότι αντιστοιχούν σε καθαρό χώμα ή χώμα με αραιή βλάστηση. Έτσι η εκπεμπόμενη ακτινοβολία (ε) καθορίζεται από τις τιμές της ανακλαστικότητας στο κανάλι 4 (red), όπως υπολογίζονται από την εξίσωση (4): β. NDVI > 0.5 s (6) Τα εικονοστοιχεία με τιμές NDVI μεγαλύτερες του 0.5 θεωρείται πως αντιστοιχούν σε έδαφος με καθαρή βλάστηση και το LSE παίρνει την τυπική τιμή: v 0.99 γ. 0.2 NDVI 0.5 Τα εικονοστοιχεία μέσα σε αυτή την περιοχή τιμών αντιστοιχούν σε ανθρωπογενείς επιφάνειες, αναμειγμένες με βλάστηση και ακολουθούν την εξίσωση: P (1 P ) C (7) v s v 4 όπου η εκπεμπόμενη ακτινοβολία LSE; και s οι ακτινοβολίες από τη βλάστηση και το χώμα αντίστοιχα; P v η αναλογία της βλάστησης; και C παράγοντας που σχετίζεται με την τραχύτητα της επιφάνειας (C=0 για λεία επιφάνεια). Η αναλογία βλάστησης ορίζεται από την εξίσωση όπου NDVI s = 0.2 και P NDVI NDVI NDVI NDVI 2 v [( s) / ( v s)] (8) NDVI v = 0.5. Για τον υπολογισμό της LST εφαρμόστηκε μονοκαναλικός αλγόριθμος σύμφωνα με τους Jimenez-Munoz et al. (2009) στο θερμικό υπέρυθρο (Thermal Infrared Sensor- κανάλι 10) με την γενική εξίσωση: LST {[( L ) / ] } (9) όπου γ και δ παράμετροι που δίνονται από τους τύπους : 1 sen

26 T / b L (10) 2 sen (11) 2 Tsen ( Tsen / b ) όπου: b c / 2, (b = 1324 για το κανάλι 10) Η T sen ορίζεται ως μια θερμοκρασία κοντά στην τιμή της LST. Αν η περιεκτικότητα σε υδρατμούς της ατμόσφαιρας είναι χαμηλή τότε η T sen προσεγγίζεται από την θερμοκρασία λαμπρότητας του αισθητήρα στο θερμικό κανάλι (εξ.12) (Jiménez-Munõz and Sobrino, 2003). T k / ln( k / L 1) (12) sen 2 1 Tsen : θερμοκρασία λαμπρότητας δορυφόρου (K) Lλ : TOA φασματική ακτινοβολία (Watts/( m * srad * μm)) 2 K1 : ειδική σταθερά βαθμονόμησης κάθε καναλιού K2 : ειδική σταθερά βαθμονόμησης κάθε καναλιού 1, 2, 3 1/ είναι οι ατμοσφαιρικές συναρτήσεις: L 1 2 L 3 d d Lu / (13) Όπου τ είναι η ατμοσφαιρική διαπερατότητα, Lu είναι η ατμοσφαιρική ακτινοβολία διαδρομής (upwelling), Ld είναι η ακτινοβολία του ουρανού (downwelling sky radiance). Οι παραπάνω παράμετροι μπορούν να υπολογιστούν με το Atmospheric Correction Parameter Calculator (C. Cartalis, A. Polydoros, 2015). Στον πίνακα 5 δίνονται οι τιμές τ, Lu, Ld, Ψ1 Ψ2, Ψ3 την 26/8/2015 για την Αθήνα. Πίνακας 5. Τιμές ψ1, ψ2 και ψ3 για 26/8/2015. Αθήνα τ 0.82 L u 1.47 L d 2.44 Ψ Ψ Ψ Με την χρήση των παραπάνω δεδομένων το λογισμικό Sentinel-3 toolbox εξήγαγε την εικόνα της επιφανειακής θερμοκρασίας LST για την Αθήνα στις 26/8/2015, 12:05 τοπική ώρα (εικόνα 10). 26

27 Εικόνα 10. Δορυφορική εικόνα της επιφανειακής θερμοκρασίας LST από το sentinel, Αθήνα 26/8/2015, τοπική ώρα μμ Δεδομένα χρήσης - κάλυψης γης Προκειμένου να συγκριθούν οι διαφορετικές συνοικίες της Αθήνας μεταξύ τους, ως προς την θερμική τους συμπεριφορά χρησιμοποιήθηκε χάρτης χρήσης - κάλυψης γης (Land Use Land Cover - LULC ) ώστε να ταξινομηθούν οι περιοχές ως προς τα χαρακτηριστικά των υλικών της επιφανείας τους. Ο χάρτης LULC που χρησιμοποιήθηκε είναι του Copernicus Urban Atlas project 2012 ( European Commission, European Space Agency (ESA)). Η βάση δεδομένων του Urban Atlas προσφέρει LULC δεδομένα υψηλής ευκρίνειας σε διανυσματική μορφή για μεγάλες αστικές περιοχές της Ευρώπης. Το σύνολο των δεδομένων για την περιοχή της Αθήνας χωρίζεται σε 17 τάξεις όσων αφορά τις ανθρωπογενείς επιφάνειες και άλλες δύο τάξεις για τα ευρύτερα προάστια (αγροτική χρήση, δάσος). Ανθρωπογενείς επιφάνειες θεωρούνται αυτές που είναι καλυμμένες με τεχνητά υλικά και προς ανθρωπογενή χρήση, εξαιρουμένης της αγροτικής χρήσης. Στις περιοχές αυτές συμπεριλαμβάνονται διαπερατές και φυτεμένες περιοχές που σχετίζονται με την ανθρώπινη δραστηριότητα. Οι τεχνητές επιφάνειες διαχωρίζονται μεταξύ τους σε σχέση με το ποσοστό μη διαπερατότητάς τους (Imperviousness Degree- IMD ή Soil Sealing- S.L. = 1-100%), το οποίο υπολογίζεται με αυτόματο αλγόριθμο βασισμένο σε βαθμονομημένες τιμές του NDVI. 27

28 Στη παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν οι 4 βασικές τάξεις σύμφωνα με τον πίνακα 6: Συνεχής αστική δομή, Ασυνεχής αστική δομή ( IMD 50-80%, IMD 30-50%, IMD 10-30%), Βιομηχανικά-Εμπορικά-Δημόσια Κτίρια, Περιοχές αστικού πρασίνου Τα χαρακτηριστικά των τάξεων δίνονται στον πίνακα 7. Πίνακας 6. Κυκλωμένες είναι οι 4 βασικές τάξεις που χρησιμοποιήθηκαν για την ταξινόμηση των περιοχών έρευνας (Urban Atlas 2012, mapping guide). Πίνακας 7. Χαρακτηριστικά της χρήσης και κάλυψης γης για κάθε τάξη (Urban Atlas 2012, mapping guide). Χρήση γης Συνεχής αστική δομή Κυριαρχεί η οικιστική χρήση (πολυκατοικίες, μονοκατοικίες, κέντρο πόλης ή κέντρα προαστίων και επαγγελματικές χρήσεις με μερική οικιστική χρήση) Κάλυψη γης Μέση τιμή μη διαπερατότητας SL> 80%. Κτίρια, δρόμοι και φραγμένες επιφάνειες; διάσπαρτη ελάχιστη βλάστηση και γυμνό έδαφος Ασυνεχής αστική δομή Βιομηχανικά- Εμπορικά-Δημόσια Κτίρια Περιοχές αστικού πρασίνου Κυριαρχεί η οικιστική χρήση. Περιέχει πάνω από 20% ελεύθερο έδαφος ανεξαρτήτως του είδους των σπιτιών. Οι ελεύθερες επιφάνειες είναι ιδιωτικοί κήποι ή διάσπαρτη βλάστηση σε δημόσιες περιοχές (δρόμοι, πλατείες, νησίδες). Βιομηχανικές μονάδες, εμπορικά και δημόσια κτίρια, στρατιωτικές ή ιδιωτικές μονάδες. Δημόσιο πράσινο κυρίως για ψυχαγωγική χρήση όπως κήποι, πάρκα, άλση, προαστιακές περιοχές που διατήρησαν το πράσινο τους και έγιναν πάρκα, ζωολογικοί κήποι και νεκροταφεία. Πρέπει τουλάχιστον δύο πλευρές του να συνορεύουν με αστική δομή της πόλης. Μέση τιμή μη διαπερατότητας SL: 0-80%. Χτισμένες περιοχές, μικροί δρόμοι, κήποι, μικρά πάρκα, φυτεμένες επιφάνειες. Τεχνητές δομές, κτίρια, τεχνητές επιφάνειες (τσιμέντο, άσφαλτος, σκυρόδεμα, ασφαλτοτάπητας) που στερούνται βλάστησης επικρατούν. Συμπεριλαμβάνεται βλάστηση αν δεν μπορεί να χαρτογραφηθεί ξεχωριστά. Δέντρα, θάμνοι. 28

29 Στην εικόνα 11 απεικονίζεται η ευρύτερη περιοχή της Αθήνας σύμφωνα με την ταξινόμηση του Urban Atlas. Η μπλε γραμμή στο κέντρο ορίζει τον δήμο Αθηναίων. Οι καφέ περιοχές αντιστοιχούν σε πυκνή δόμηση, ενώ οι κόκκινες και ροζ σε περιοχές αραιής δόμησης με βλάστηση. Το ανοιχτό πράσινο αντιστοιχεί στο αστικό πράσινο και το μωβ στις εμπορικές-βιομηχανικές περιοχές. Εικόνα 11. Ταξινόμηση LULC της Αθήνας σύμφωνα με τον Urban Atlas

30 2.3 Επιλογή των περιοχών έρευνας Τα χωρικά δεδομένα του δείκτη βλάστησης NDVI, της επιφανειακής θερμοκρασίας LST και του χάρτη LULC που υπολογίστηκαν στα προηγούμενα κεφάλαια, εισήχθησαν στη συνέχεια στο πρόγραμμα γεωγραφικών πληροφοριών QGIS. Το συγκεκριμένο πρόγραμμα προσφέρει τη δυνατότητα δημιουργίας χαρτών που αποτελούνται από πολλά στρώματα, τοποθετώντας κάθε στρώμα στο ίδιο γεωγραφικό σύστημα αναφοράς (εικόνα 12). Επίσης, επεξεργάζεται χωρικά δεδομένα με διανυσματική (vector) δομή (LULC χάρτης) καθώς και με ψηφιδωτή (raster) δομή, όπως είναι τα δεδομένα των δορυφόρων (NDVI, LST). Μαζί με τα τρία βασικά στρώματα εισήχθη στο πρόγραμμα και μια εικόνα εναέρια (aerial) από το Bing, ώστε να διακρίνονται με ακρίβεια οι περιοχές που επελέγησαν προς μελέτη. Οι νέες περιοχές σημειώνονται στην εικόνα με μορφή πολυγώνων και τα δεδομένα τους αποθηκεύονται σε διανυσματική μορφή. Για κάθε νέο πολύγωνο υπολογίστηκε η μέση τιμή του δείκτη βλάστησης NDVI και η μέση τιμή της επιφανειακής θερμοκρασίας LST, με σκοπό να ερευνηθεί η συσχέτιση των δύο μεγεθών ανάλογα με την τάξη LULC στην οποία ανήκει η κάθε περιοχή έρευνας. Εικόνα 12. Οι χάρτες που εισήχθησαν στο QGIS είναι η αεροφωτογραφία της Αθήνας και οι εικόνες του NDVI, LST και LULC. Το νέο στρώμα που δημιουργήθηκε είναι τα πολύγωνα που αντιστοιχούν στις περιοχές έρευνας (research units). Η εικόνα 13 απεικονίζει τα νέα πολύγωνα των περιοχών έρευνας πάνω από την ημιδιάφανη εικόνα της επιφανειακής θερμοκρασίας LST και την αεροφωτογραφία της Αθήνας. Οι περιοχές χωρίζονται σε τέσσερις ομάδες σύμφωνα με τις τέσσερις βασικές τάξεις του Urban Atlas: 1. Συνεχής αστική δομή (κόκκινο). 2. Ασυνεχής αστική δομή (ροζ). 3. Βιομηχανικά-Εμπορικά-Δημόσια Κτίρια (πορτοκαλί). 4. Περιοχές αστικών πάρκων (πράσινο). Οι δομημένες περιοχές καταμετρούνται με αριθμούς και τα πάρκα με γράμματα. 30

31 Εικόνα 13. Οι περιοχές έρευνας πάνω από την ημιδιάφανη εικόνα της επιφανειακής θερμοκρασίας LST και της αεροφωτογραφίας της Αθήνας (QGIS). 1.Συνεχής αστική δομή (κόκκινο), 2. Ασυνεχής αστική δομή (ροζ), 3. Βιομηχανικά- Εμπορικά-Δημόσια Κτίρια (πορτοκαλί), 4. Περιοχές αστικού πρασίνου (πράσινο). 5. Ακτίνα 500μ. γύρω από κάθε πάρκο για τον υπολογισμό του SPCI (κεφ )(μωβ) Δομημένες περιοχές Η κλίμακα των δομημένων περιοχών μελέτης (τάξεις 1,2,3) κυμαίνεται στα 3-10 ha, με δεδομένο ότι η χωρική ευκρίνεια των δεδομένων είναι 1ha (1ha=100x100m=10.000m 2 ), που αντιστοιχούν κατά προσέγγιση σε οικοδομικά τετράγωνα. Στόχος είναι να επιτευχθεί η κλίμακα της συνοικίας-γειτονιάς. Τα κριτήρια επιλογής είναι: Να μελετηθούν περιοχές και από τις 3 τάξεις του Urban Atlas. Οι περιοχές κάθε τάξης να διαφέρουν μεταξύ τους ως προς την πυκνότητα πληθυσμού (κάτοικοι/ha), την πυκνότητα δόμησης (κτίρια/ha) και το μέσο ύψος κτιρίων. Για την 3 η τάξη, βιομηχανικά-εμπορικά-δημόσια κτίρια, αντίστοιχα να επιλεχθούν κτίρια με διαφορετικές χρήσεις (εμπορικά καταστήματα-πολυσύχναστοι δρόμοι, πολιτιστικοί χώροι, σταθμοί τρένων με μεγάλα οδικά δίκτυα κτλ.). Οι περιοχές να απέχουν τουλάχιστον 2km από την θάλασσα, ώστε να αποφευχθεί ο δροσισμός της επιφάνειας από την θαλάσσια αύρα και από τις διαφορετικές συνθήκες υγρασίας. 31

32 Να υπάρχουν δείγματα σε μεγάλο εύρος του πολεοδομικού συγκροτήματος της Αθήνας. Οι δομημένες περιοχές έρευνας είναι πέντε για κάθε τάξη, δηλαδή δεκαπέντε στο σύνολο. Δίνονται αναλυτικές πληροφορίες για κάθε περιοχή στον πίνακα 8, όπως σε ποια LULC τάξη ανήκουν, τα είδη των κτιρίων που περιέχουν, η έκταση της περιοχής, τον δήμο στον οποίο ανήκουν και τα στοιχεία των δήμων: πυκνότητα πληθυσμού, μέσο αριθμό ορόφων και πυκνότητα δόμησης. 32

33 Πίνακας 8. Οι 15 δομημένες περιοχές έρευνας ως προς: LULC τάξη, είδη κτιρίων, έκταση της περιοχής, τον δήμο στον οποίο ανήκουν και τα στοιχεία των δήμων: πυκνότητα πληθυσμού, μέσο αριθμό ορόφων και πυκνότητα δόμησης. Περιοχή Χρήση/Κάλυψη Περιγραφή Εμβαδόν Δήμος Πυκν. Μέσος Πυκν. Μελέτης γης περιοχής/τύποι (ha) πληθυσμού αριθμός δόμησης (urban atlas κτιρίων (κάτοικοι/ ορόφων (κτίρια/ha) classes) ha) 1 Α. Πετράλωνα Συνεχής αστική δομή (S.L.>80%) 2 Κορυδαλλός Συνεχής αστική δομή (S.L.>80%) 3 Μπουρνάζι Συνεχής αστική δομή (S.L.>80%) 4 Εξάρχεια Συνεχής αστική δομή (S.L.>80%) 5 Ν. Κόσμος Συνεχής αστική δομή (S.L.>80%) 6 Μαρούσι Ασυνεχής αστική δομή (S.L %) 7 Ψυχικό Ασυνεχής αστική δομή (S.L %) 8 Παπάγου Ασυνεχής αστική δομή (S.L %) 9 Τερψιθέα Ασυνεχής αστική δομή (S.L %) 10 Χαλάνδρι Ασυνεχής αστική δομή (S.L %) 11 Εμπορικό Τρίγωνο (Αιόλου-Ερμού- Πραξιτέλους) 12 The Mall Μαρούσι 13 Αγ. Δημήτριος (περιοχή μετρό) Βιομηχανικά- Εμπορικά- Δημόσια Κτίρια Βιομηχανικά- Εμπορικά- Δημόσια Κτίρια Βιομηχανικά- Εμπορικά- Δημόσια Κτίρια 15 Γκάζι (Τεχνόπολη) 14 Κτελ Κηφισού Βιομηχανικά- Εμπορικά- Δημόσια Κτίρια Βιομηχανικά- Εμπορικά- Δημόσια Κτίρια Χαμηλές πολυκατοικίες Χαμηλές πολυκατοικίες Χαμηλές πολυκατοικίες Πολυκατοικίες, καταστήματα στο ισόγειο Ψηλές Πολυκατοικίες Πολυκατοικίες με βλάστηση Μονοκατοικίες με βλάστηση Πολυκατοικίες με βλάστηση Πολυκατοικίες με βλάστηση Πολυκατοικίες με βλάστηση Κέντρο πόλης, εμπορικά καταστήματα, καφετέριες. Μεγάλο εμπορικό κατάστημα, σταθμός προαστιακούηλεκτρικού σιδηροδρόμου. Σταθμός μετρό, μεγάλα εμπορικά καταστήματα. Σταθμός Υπεραστικών λεωφορείων. Βιομηχανικό Πάρκο, υπαίθριος χώρος εκδηλώσεων. 3,2 Αθηναίων (δ.ε. 3) 10 Κορυδαλλ ού 77 2, ,8 22 4,3 Ιλίου 92 2,4 17 8,6 Αθηναίων (δ.ε. 1) 3,7 Αθηναίων (δ.ε. 2) 8,6 Αμαρουσί ου 111 4, , ,4 11,3 Ψυχικού 44 2, Παπάγου 61 2,9 7,6 14 Γλυφάδας 34 3,2 5,2 11 Χαλανδρί ου 9,3 Αθηναίων (δ.ε. 1) 8,2 Αμαρουσί ου 8 Αγ. Δημητρίο υ 8,7 Αθηναίων (δ.ε. 4) 4,2 Αθηναίων (δ.ε. 3) 69 2, , , , , ,

34 2.3.2 Περιοχές αστικών πάρκων Οι περιοχές αστικού πρασίνου (πάρκα) που επελέγησαν να μελετηθούν είναι δεκατέσσερειςκαι έχουν μέγεθος από 1-40 ha. Τα κριτήρια επιλογής των πάρκων είναι: Να ανήκουν στην τάξη αστικό πράσινο (green urban area) σύμφωνα με τον Urban Atlas. Η κάλυψη να αποτελείται αποκλειστικά από βλάστηση. Υπάρχουν πάρκα με εγκαταστάσεις για διάφορες χρήσεις όπως γήπεδα μπάσκετ, τένις κτλ, αναψυκτήρια, υπαίθρια θέατρα και άλλα δημόσια κτίρια, έτσι η κάλυψη των πάρκων είναι μεικτή. Εάν αυτό συμβαίνει σε μεγάλο βαθμό, με δεδομένο ότι η χωρική ανάλυση του δορυφόρου είναι 100m, θα υπάρξουν pixel που ενώ αντιστοιχούν σε περιοχή με βλάστηση, θα περιέχουν πληροφορίες από γειτονική χρήση γης, π.χ. ένα γήπεδο μπάσκετ από τσιμεντόπλακα. Κάτι τέτοιο αυξάνει την μέση τιμή της επιφανειακής θερμοκρασίας LST του πάρκου, και αντί να δίνει πληροφορίες για την θερμική κατάσταση της βλάστησης μας δίνει πληροφορίες μεικτών υλικών. Παράδειγμα: 1. Το πάρκο A. Τρίτση, το οποίο περιέχει βλάστηση, υπαίθρια θέατρα, εκκλησίες κ.ά. και το οποίο δεν συμπεριελήφθη στη παρούσα εργασία (εικόνα 14). 2. Το πεδίο του Άρεως έχει επίσης μεικτή χρήση (Δικαστήρια). Παρόλα αυτά έχει ενιαία επιφάνεια βλάστησης η οποία μπορεί να διαχωριστεί από τις υπόλοιπες χρήσεις γης και η οποία χρησιμοποιήθηκε ως περιοχή έρευνας στην παρούσα εργασία (εικόνα 13, πάρκο Η). Η κάλυψη από βλάστηση να είναι πυκνή. Αραιή βλάστηση συνεπάγεται εκτεθειμένο χώμα στην ηλιακή ακτινοβολία. Την ώρα της λήψης το χώμα έχει θερμανθεί περισσότερο από τα δομικά υλικά της πόλης και είναι σαφώς θερμότερο από την βλάστηση. Συνεπώς σε ένα χάρτη επιφανειακής θερμοκρασίας, μια εκτεταμένη έκταση με χώμα φαίνεται θερμότερη από τη βλάστηση και από τα κύρια δομικά υλικά, και όταν αυτό συμβαίνει το πάρκο χάνει την ιδιότητα του να παρουσιάζεται στον χάρτη LST ως μια ψυχρή νησίδα (Park Cool Island). Παράδειγμα: Το άλσος Ν. Φιλαδέλφειας, όπου το βόρειο τμήμα του παρουσιάζει αυξημένες επιφανειακές θερμοκρασίας και όπως φαίνεται στην αεροφωτογραφία υπάρχει πολύ μεγάλο ποσοστό γυμνού εδάφους στις αντίστοιχες περιοχές (εικόνα 14). Το νότιο τμήμα που έχει πιο ομοιογενή βλάστηση παρουσιάζει καλύτερα την μορφή της ψυχρής νησίδας στον χάρτη LST. Το συγκεκριμένο άλσος συμπεριελήφθη στην παρούσα εργασία γιατί θεωρήθηκε αναγκαίο ως δείγμα μεγάλου πάρκου στην Αθήνα (εικόνα 13, πάρκο Ν). επίσης, χρησιμοποιήθηκε και το νότιο τμήμα ως αυτόνομο πάρκο (αφού χωρίζεται από δρόμο) το οποίο παρουσιάζει πιο έντονα την μορφή της νησίδας δροσισμού (εικόνα 13, πάρκο Κ). Στη νότια άκρη του άλσους υπήρχε το γήπεδο ποδοσφαίρου της ΑΕΚ. Στο παρόν όπου δεν έχει συγκεκριμένη χρήση, παρουσιάζει έντονα αυξημένες τιμές LST όπως φαίνεται στην εικόνα 15 και συμπεριελήφθη στην περιβάλλουσα περιοχή του πάρκου. 34

35 Να βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο/υψόμετρο με την περιβάλλουσα δομημένη περιοχή. Εικόνα 14. Η αεροφωτογραφία του πάρκου Α. Τρίτση (αριστερά) και η αντίστοιχη εικόνα LST πάνω στον LULC χάρτη (δεξιά). Οι διαφορετικές χρήσεις γης δημιουργούν έντονη χωρική μεταβλητότητα στις τιμές της LST και δεν μπορούν να αποτυπωθούν τα όρια της βλάστησης. Εικόνα 15. Η αεροφωτογραφία του άλσους Ν. Φιλαδέλφειας (αριστερά) και η αντίστοιχη εικόνα LST πάνω στον LULC χάρτη (δεξιά). Το άλσος χωρίζεται σε δύο τμήματα από δρόμο. Το βόρειο έχει εκτεθειμένο έδαφος που αυξάνει την επιφανειακή του θερμοκρασία. Το νότιο έχει πιο ενιαία βλάστηση, με εξαίρεση τη νότια άκρη που βρίσκεται το γκρεμισμένο γήπεδο της ΑΕΚ. Ο πίνακας 9 περιέχει πληροφορίες για τα πάρκα που επελέγησαν όπως: το μέγεθος του πάρκου, το LULC της περιβάλλουσας περιοχής κάθε πάρκου, το Δήμο στον οποίον ανήκουν και την πυκνότητα δόμησης, μέσο αριθμό ορόφων και πυκνότητα πληθυσμού των Δήμων αυτών. 35

36 Πίνακας 9. Τα 14 πάρκα έρευνας ως προς: LULC τάξη περιβάλλουσας περιοχής, είδη, τον δήμο στον οποίο ανήκουν και τα στοιχεία των δήμων: πυκνότητα πληθυσμού, μέσο αριθμό ορόφων και πυκνότητα δόμησης. Πάρκο έρευνας Χρήση/Κάλυψη της περιβάλλουσας περιοχής (urban atlas classes) Εμβαδόν (ha) Δήμος Πυκνότητα πληθυσμού (κάτοικοι/ ha) Μέσος αριθμός ορόφων Πυκνότητα δόμησης (κτίρια/ha) A B Λαμπηδόνας (Βύρωνας) Βόκου (Χαλκηδόνα) Συνεχής αστική δομή (S.L.>80%) Συνεχής αστική δομή (S.L.>80%) C Παγκρατίου Συνεχής αστική δομή (S.L.>80%) D Υμηττού Συνεχής αστική δομή (S.L.>80%) E Χολαργού Ασυνεχής αστική δομή (S.L %) F Πεύκης Ασυνεχής αστική δομή (S.L %) G Ν. Σμύρνης Συνεχής & ασυνεχής αστική δομή (S.L.>80% & 50-80%) H Π. Άρεως Συνεχής αστική (νότιο τμήμα) δομή (S.L.>80%) I Μπαρουτάδικο (Αιγάλεω) Συνεχής αστική δομή (S.L.>80%) J Ιλισίων Συνεχής αστική δομή (S.L.>80%) K Ν. Συνεχής αστική Φιλαδέλφεια δομή (S.L.>80%) (νότιο τμήμα) L Εθνικός Κήπος Βιομηχανικά- Εμπορικά- Δημόσια Κτίρια M Συγγρού Ασυνεχής αστική δομή (S.L %) N Ν. Συνεχής αστική Φιλαδέλφειας δομή (S.L.>80%) 1 Βύρωνα 138 2,3 13 1,6 Νίκαιας 94 2,8 15 3,1 Αθηναίων (δ.ε. 2) 211 4,1 16 3,6 Υμηττού ,1 Χολαργού 61 3,5 8 4,9 Πεύκης 75 3,9 5 5,3 Ν. Σμύρνη 212 4,5 18 7,5 Αθηναίων (δ.ε. 7) 160 4,1 16 9,1 Αιγάλεω 108 2, Αθηναίων (δ.ε. 1) 15,8 Ν. Φιλαδέλφειας 15,9 Αθηναίων (δ.ε. 2) 111 4, , , Αμαρουσίου ,4 40,4 Ν.Ιωνίας- Ν.Φιλαδελφειας 191 2,

37 2.3.3 Ορισμός της έντασης SPCI Ο όρος PCI (Park Cool Island) θα μπορούσε να αποδοθεί ως «φαινόμενο όασης πάρκου» ή «νησίδα δροσισμού πάρκου». Η έννοια PCI περιγράφει το φαινόμενο όπου οι θερμοκρασίες ενός πάρκου είναι ψυχρότερες σε σχέση με το θερμότερο αστικό περιβάλλον γύρω του. Κύριες αιτίες είναι η σκίαση και η εξατμισοδιαπνοή που προκαλούν τα δέντρα (θάμνοι κτλ.) μέσα σε αυτό. Η έννοια PCI αναφέρεται στη θερμοκρασία του αέρα, καθώς οι σκιασμένες επιφάνειες διατηρούν πιο χαμηλές θερμοκρασίες και δεν θερμαίνουν τον υπερκείμενο αέρα και η εξατμισοδιαπνοή επίσης ψύχει το περιβάλλοντα αέρα. Η μείωση της θερμοκρασίας αέρα εντός του πάρκου επιδρά στον αέρα και έξω από το πάρκο μέσω φαινομένων μεταφοράς. Στην παρούσα εργασία το PCI προσαρμόσθηκε ως προς την επιφανειακή θερμοκρασία LST, σε μια αντιστοιχία με τον όρο Surface Urban Heat Island (SUHI), δημιουργώντας ουσιαστικά το SPCI (Surface Park Cool Island). Τις απογευματινές ώρες τα δομικά υλικά της πόλης είναι θερμότερα (λόγω της μεγαλύτερης θερμοχωρητικότητάς τους) από τις περιαστικές περιοχές και στο χάρτη επιφανειακής θερμοκρασίας η πόλη φαίνεται ως μία θερμή νησίδα. Αντίστοιχα λοιπόν η SPCI απεικονίζεται στον χάρτη LST ως μια ψυχρή νησίδα, λόγω της διαφοράς θερμοκρασίας των δομικών υλικών και της βλάστησης (εικόνα 16, β). Η εικόνα αυτή είναι διακριτή ακόμα την ώρα λήψης του δορυφόρου, στις 12:05, παρόλο που τα δομικά υλικά δεν έχουν φτάσει ακόμα στη μέγιστη θερμοκρασία τους. Η ένταση του SPCI (Κ ή C) ορίζεται ως η διαφορά LST μέσα και έξω από το πάρκο: SPCI= ΔΤ= T u - T p (14) όπου Tp είναι η μέση θερμοκρασία LST μέσα στο πάρκο, Tu είναι η μέση θερμοκρασία LST της αστικής δομής γύρω από το πάρκο σε ακτίνα 500m (αποκλείοντας άλλα πάρκα ή νερό). Η ακτίνα των 500m είναι αρκετά μεγάλη ώστε να περιέχει αρκετές από τις γειτονικές στο πάρκο αστικές θερμικές πληροφορίες, όσον αφορά δρόμους, οικιστικά ή επαγγελματικά κτίρια, χώρους στάθμευσης κτλ. (εικόνα 16, γ) (Cao et al., 2010). Οι ζώνες που περιβάλλουν τα πάρκα φαίνονται με μωβ σε όλα τα πάρκα έρευνας στην εικόνα

38 α. β. γ. Εικόνα 16. α. Αεροφωτογραφία όπου διακρίνονται ο Εθνικός Κήπος (αριστερά), το άλσος Ιλισίων (δεξιά) και το άλσος Παγκρατίου (κέντρο), β. Οι ίδιες περιοχές ως προς τις τιμές της LST και με τον χάρτη LULC. Και τα τρία πάρκα έχουν έντονη την μορφή της νησίδας ψύξης. γ. Τα πάρκα σχεδιασμένα με την μορφή πολυγώνου (πράσινο) για τον υπολογισμό των μέσων τιμών LST & NDVI και οι περιβάλλουσες περιοχές σε ακτίνα 500μ. σε μορφή πολυγώνων (μωβ) για τον υπολογισμό των μέσων τιμών LST, του NDVI και του SPCI. 38

39 2.3.4 Μελέτη της σχέσης του SPCI με τα χαρακτηριστικά του αστικού πάρκου Στην παρούσα εργασία υπολογίστηκε η ένταση του SPCI για όλα τα πάρκα του πίνακα 9, ώστε να συσχετιστεί με το μέγεθος του πάρκου και το σχήμα του, το δείκτη βλάστησης NDVI, και τη διαφορά NDVIp- NDVIu. Για να μελετηθεί η ένταση του SPCI ως προς το μέγεθος του πάρκου χρησιμοποιήθηκε το εμβαδόν και η περίμετρος καθενός από αυτά, τα οποία υπολογίστηκαν από το QGIS. Για να μελετηθεί η ένταση του SPCI ως προς το σχήμα του πάρκου χρησιμοποιήθηκε ο λόγος της περιμέτρου προς το εμβαδόν του πάρκου. Ο λόγος περίμετρος/εμβαδόν (Perimeter-area ratio - PARA) περιγράφει την σχηματική πολυπλοκότητα του πάρκου. Όσο μεγαλύτερος είναι ο λόγος περίμετρος/εμβαδόν, τόσο πιο πολύπλοκο θα είναι το σχήμα του πάρκου και με περισσότερες ακμές. Για παράδειγμα, έστω δύο πάρκα με ίδιο εμβαδόν Ε και διαφορετική περίμετρο Π1 > Π2. Για να διατηρηθεί ίδιο το εμβαδόν και να μεγαλώσει η περίμετρος θα πρέπει το σχήμα να γίνει πιο πολύπλοκο, με εσοχές και προεξοχές. Τότε θα ισχύει Π1/Ε > Π2/Ε, δηλαδή αυτό με την μεγαλύτερη περίμετρο και το πιο πολύπλοκο σχήμα θα έχει και μεγαλύτερο λόγο περιμέτρου/εμβαδού. Στην εικόνα 17 απεικονίζονται δύο ζευγάρια πάρκων με παρόμοιο εμβαδόν και διαφορετική περίμετρο. Το άλσος της Ν. Σμύρνης είναι ελαφρώς μεγαλύτερο από το άλσος Πεύκης. Παρ όλα αυτά λόγω του μακρόστενου σχήματος το άλσος Πεύκης έχει μεγαλύτερη περίμετρο. Για αυτό, ο λόγος Π/Ε του άλσους Πεύκης είναι μεγαλύτερος από του άλσους Ν.Σμύρνης. Μία αντίστοιχη σχέση υπάρχει ανάμεσα στον Εθνικό Κήπο και το άλσος Ιλισίων. Στην περίπτωση αυτή είναι το άλσος Ιλισίων που έχει μεγαλύτερη περίμετρο και αυτό αποτυπώνεται στο σχήμα του καθώς εμφανίζει πολλές ακμές, και κατά συνεπεια έχει μεγαλύτερο λόγο από Π/Ε από τον Εθν. Κήπο. Ένας άλλος παράγοντας που θα εξετασθεί το κατά πόσο επηρεάζει την ένταση του SPCI είναι ο δείκτης βλάστησης NDVI μέσα σε κάθε πάρκο. Για την μελέτη αυτή χρησιμοποιήθηκε επίσης και η διαφορά του NDVI μέσα και έξω από το πάρκο: NDVIp - NDVIu (15) όπου NDVIp είναι η μέση τιμή του δείκτη μέσα στο πάρκο και NDVIu η μέση τιμή του δείκτη στη ζώνη των 500m της δομημένης περιοχής που περιβάλλει το πάρκο (χρησιμοποιήθηκαν οι ίδιες περιοχές όπως οριστήκαν για την εκτίμηση του SPCI, εικόνα 13). Ο δείκτης βλάστησης έξω από το πάρκο σχετίζεται με την LULC τάξη στην οποία ανήκει η εκάστοτε περιοχή. Επομένως, ο όρος NDVIp - NDVIu πιθανόν να παρουσιάζει πληροφορίες σε σχέση με την ένταση του SPCI και την LULC της ευρύτερης περιοχής στην οποία βρίσκεται το πάρκο. 39

40 Εικόνα 17. Οι τιμές του εμβαδού, της περιμέτρου και του λόγου περίμετρος/εμβαδόν, για τα άλση της Ν.Σμύρνης- Πεύκης και του Εθν. Κήπου- Ιλισίων. 40

41 2.4 Χρήση δεύτερης δορυφορικής λήψης για έλεγχο εγκυρότητας Προκειμένου να εξεταστεί η εγκυρότητα των αποτελεσμάτων χρησιμοποιήθηκε μία ακόμη θερινή δορυφορική λήψη του Landsat-8 στις 25 Ιουλίου 2015, τοπική ώρα, ίδια ώρα με την 26η Αυγούστου. Ακολουθώντας την ίδια διαδικασία επεξεργασίας των δεδομένων όπως περιεγράφηκε παραπάνω, εξήχθη η δορυφορική απεικόνιση των τιμών του δείκτη βλάστησης NDVI και των τιμών της LST. Συνεπώς, η πρώτη εικόνα παρατήρησης είναι του Αυγούστου και η δεύτερη είναι νωρίτερα το καλοκαίρι, τον Ιούλιο. Με αυτό τον τρόπο θα εξετασθεί κατά πόσο θερμικές αστικές συμπεριφορές επαναλαμβάνονται μέσα σε δύο καλοκαιρινούς μήνες του ίδιου έτους, ενώ παράλληλα θα παρατηρηθούν και ενδεχόμενες αλλαγές ανάμεσα στους δύο μήνες. Παρακάτω, στις εικόνες 18 και 19 απεικονίζονται οι τιμές NDVI και LST αντίστοιχα, για την 26 η Αυγούστου και την 25 η Ιουλίου. Παρατηρείται ότι η επιφάνεια την ημέρα του Ιουλίου είναι γενικά θερμότερη σε όλη την έκταση της μητροπολιτικής Αθήνας σε σχέση με την ημέρα του Αυγούστου. Οι μετεωρολογικές συνθήκες της ημέρας φαίνονται στον πίνακα 10. Η μέση θερμοκρασία των σταθμών που βρίσκονται κοντά στις περιοχές έρευνας, την ώρα της δορυφορικής λήψης του Ιουλίου είναι 304.6Κ (31.6 C), η ταχύτητα ανέμου 5.1km/h με διεύθυνση κατά κύριο λόγω νότια και η μέση υγρασία 48%. Πίνακας 10. Μετεωρολογικές συνθήκες στις 25/ 7/ 2015, 12:10 τοπική ώρα (Εθνικό Αστεροσκοπείο Αθηνών), Θερμοκρασία αέρα, ταχύτητα & διεύθυνση ανέμου, υγρασία και οι μέσες τιμές αντίστοιχα από τους σταθμούς επιλογής. Μετεωρολογικός σταθμός 25 Ιουλίου 2015, ώρα 12:10 LST Θερμοκρασία αέρα (Κ) Ταχύτητα ανέμου (km/h) Διεύθυνση ανέμου Κέντρο (Γκάζι) 304,2 3,2 SW 50 Ν. Κόσμος 306, Ν. Σμύρνη 304,2 1,6 SW 51 Περιστέρι 302,8 12,9 WSW 49 Κορυδαλλός 304 4,8 S 47 Ψυχικό 305,1 4,8 SSW 48 Μαρούσι 305,1 3,2 SSE 42 Μέσος όρος: 304,6 5,1 Νότιος 48 Υγρασία (%) 41

42 Εικόνα 18. Δορυφορική απεικόνιση του δείκτη βλάστησης NDVI για την 26 η Αυγούστου (αριστερά ) και την 25 η Ιουλίου (δεξιά). Εικόνα 19. Δορυφορική απεικόνιση των τιμών της θερμοκρασίας LST για την 26 η Αυγούστου (αριστερά) και την 25 η Ιουλίου (δεξιά). 42