Городской остров тепла Москвы на снимках различного пространственного разрешения
Распределение относительных температур в пределах города и его
окрестностей рассмотрим на примере снимков, полученных системами MODIS
и ASTER (спутник Terra), TM и ETM+ (Landsat 5, 7) различного
пространственного разрешения (1000, 90, 120, и 60 метров соответственно).
Изображения, полученные спектрометром MODIS (Рис. 1) с
разрешением 1 км в тепловом канале интересны тем, что они дают наиболее
общую картину распределения теплового излучения на территории Москвы и ее окрестностей.
Снимок отчетливо показывает, что город на тепловом снимке выглядит как
остров тепла, то есть он выделяется повышенной яркостью
по сравнению с окружающей территорией. Темная область в северо-западной части
изображения - облачность. Из-за низкого разрешения снимка в пределах
города проблематично выделить конкретные объекты, к которым приурочены
тепловые аномалии. Однако по снимку можно проследить
радиально-кольцевую структуру города. По несколько более темному тону на
северо-востоке города можно выделить территорию национального парка
"Лосиный остров". За чертой города на территории Московской области по
тону изображения можно выделить крупные населенные пункты, отличающиеся
по своим тепловым свойствам от окружающей территории.
Рис. 1 Фрагмент теплового изображения на территорию
Москвы и
Московской области, полученного системой MODIS
18 марта 2009 г., пространственное разрешение 1000 м,
31 канал (10.780-11.280 мкм) |
Рис. 2 Фрагмент общегеографической карты
на территорию Москвы и Московской области |
Несмотря на недостаточное для детального изучения городских территорий пространственное
разрешение, тепловые изображения MODIS имеют важное достоинство: по ним
представляется возможным получение абсолютных значений термодинамических
температур поверхности несколько раз в сутки (периодичность съемки, с учетом перекрытия трасс съемки в средних
широтах и работы MODIS на двух спутниках, составляет 4-6 раз в сутки).
На снимке TM/Landsat-5 (см. Рис.
3), характеризующемся
пространственным разрешением почти в 8 раз более высоким, чем
Terra/MODIS (120 м), можно идентифицировать городские объекты, ориентируясь на хорошо заметные характерные
излучины р. Москвы и лесопарковые массивы.
Рис. 3 Фрагмент теплового изображения на территорию
Москвы TM/Landsat-5 за 8 октября 1991 г.,
пространственное разрешение 120 м.
Разрешение этого снимка позволяет
выделить тепловые аномалии города и связать их с конкретными городскими
объектами. По сравнению со снимком MODIS/Terra, на снимке TM/Landsat-5 хорошо
дешифрируются: река и ее тепловые контрасты, лесная растительность,
крупнейшие промышленные предприятия.
Рассмотрим далее снимок ASTER/Terra (Рис.4) с пространственным разрешением 90 м.
Рис. 4 Фрагмент теплового изображения ASTER/Terra на территорию
Москвы 4 мая 2001 г., пространственное разрешение 90 м.
С повышением разрешения на 30 м по сравнению с выше рассмотренным
снимком TM/Landsat-5 на изображении Москвы ASTER/Terra значительно более отчетливо
выделяются как положительные (промышленные зоны), так и отрицательные
(лесные массивы и крупные водоемы) тепловые аномалии города, хорошо
прослеживаются геометрические параметры объектов (форма, размер).
Достаточно хорошо выделяются основные магистрали города. Благодаря
более четкому выделению геометрических особенностей тепловых аномалий,
расширяются возможности по их идентификации с конкретными объектами
земной поверхности. С повышением пространственного разрешения
становится возможным дешифрирование типов структуры городской
застройки. Становятся различимыми взлетно-посадочные
полосы аэродромов (см. Рис. 5,
6).
Пример изображения испытательного аэродрома ЛИИ им. Громова на
тепловых космических снимках:
Рис. 5 TM/Landsat-5, 8 октября 1991 г.,
пространственное разрешение 120 м. |
Рис. 6 ASTER/Terra, 4 мая 2001 г.,
пространственное разрешение 90 м. |
Резко выраженные различия в тоне
изображения Москвы-реки на этих фрагментах обусловлены разницей в
интенсивности теплового излучения, обсловленной сезонным состоянием
местности.
Самое высокое разрешение
доступных тепловых космических снимков на сегодняшний день составляет
60 метров. Снимки такого разрешения получают с КА Landsat-7 сканером ETM+, но, к
сожалению, в мае 2003 года произошел сбой в работе съемочной
аппаратуры, вызванный отказом корректора линии сканирования (scan line corrector),
поэтому съемка в настоящее время продолжается в режиме отключенного
корректора линий сканирования "SLC-off". На Рис. 7
представлен снимок съемочной системы ETM+ 2001 года.
Снимок ETM+ позволяет получить значительно более детальную
характеристику температурного поля города. Благодаря более высокому
пространственному разрешению снимков можно дешифрировать не
только крупные тепловые аномалии, но и особенности структуры жилой
застройки в городе.
Рис. 7 Фрагмент теплового изображения ETM+/Lаndsat-7 на территорию
Москвы, 4 мая 2001 г., пространственное разрешение 60 м.
Хорошо проявляется структура
застройки некоторых промышленных объектов (характеризующихся повышенной
по сравнению с окружающим фоном интенсивностью теплового излучения).
Четко дешифрируются транспортные магистрали, водные объекты (не
только крупные реки, но и небольшие водоемы).
Проведенное сравнение показывает:
- космические тепловые снимки разного пространственного разрешения позволяют
выделять тепловые аномалии разного территориального уровня - от регионального (MODIS/Terra), когда
мегаполис выделяется на фоне окружающих территорий, до локального (ETM+/Lаndsat-7), когда становится возможным дешифрирование тепловых характеристик
промышленных зон города и разных видов застройки жилых кварталов;
- при повышении разрешения снимка увеличивается детальность отображенных
на нем объектов и температурных контрастов - при более низком
разрешении теряется четкость выделения тепловых аномалий многих объектов, т.к.
пиксел большего размера может включать в себя не только "теплые", но и
"холодные" объекты, что снижает контрастность снимка и уменьшает число
выделяемых степеней интенсивности тепловых аномалий.
При необходимости тепловой съемки более высокого разрешения в настоящее
время существует возможность аэросъемки, в результате которой получают
снимки с разрешением до 0,25 м с высоты 500 м (http://www.teploscan.ru).
