نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 استاد آب‌وهواشناسی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
2 دانشجوی دکتری آب‌وهواشناسی، گروه جغرافیای طبیعی، دانشگاه اصفهان، اصفهان، ایران
چکیده
کلیدواژه‌ها
عنوان مقاله [English]
نویسندگان [English]
Human activities control the microclimate of the city and one of the most important effects of it is the urban heat island phenomenon. The heat island affects the quality of urban life, including energy consumption, air and water quality, as well as human health. Ahwaz, on the other hand, is one of the hottest cities in Iran. Therefore, the study of the heat island of Ahwaz and the knowledge of urban microclimate is worthy of consideration.e. For this purpose, in this study, the heat island of Ahwaz metropolitan area was investigated in terms of temporal and spatial variations by using the data of temporal temperature data of the MODIS-Terra and MODIS-Aqua observations from 2002 to 2017. The intensity of the heat island was measured based on the background climate. To this end, after the city boundary was determined by the latest Google Earth imagery. Then, a range, of the size of the city, was determined around the city and was called the non-urban. The temperature that was most common among all the non-urban cells was considered as the temperature of the non-urban. The temperature difference of all the non-urban cells of the city was obtained from the non-urban temperature. The average temperature difference of all cells from the temperature of non-urban was obtained and called the average intensity of the heat/cold island. The results showed that Ahwaz, during the day has a cold island (-2 degrees Centigrade), and at night was a heat island (2.2 degrees Centigrade). Due to the fact that the Karun river passes through the city, heat island is divided into two parts. The eastern and western parts of the city have more procedural temperatures than the city average. Also, the core of the nightly heat island and the weak parts of the daily cold island are in line with the industrial zone of Ahwaz.
کلیدواژه‌ها [English]
مقدمه
جزیرة گرمایی از آشکارترین نمودهای تغییرات آب‌وهوایی مردم‌زاد است که در نتیجة گسترش شهرنشینی پدید می‌آید. با گسترش شهرها رویه‌های طبیعی مانند درختزارها و علفزارها با ساختمان‌ها و مصالح ساختمانی دارای بازتابندگی کمتر جایگزین می‌شوند؛ بنابراین اثر خنک‌سازی با فرایند تبخیر و تعرق کاهش و جذب و به‌دام‌افتادن تابش خورشیدی افزایش می‌یابد (Anniballe at al, 2014: 163). در این صورت جزیرة گرمایی شهری، تفاوت میانگین مکانی دمای پهنه‌های شهری و پهنه‌های پیرامون شهری یا پهنه‌های روستایی (Rizwan et al, 2008: 122) است. هنگام شب ویژگی‌های رویه (ماندگرمایی و رطوبت) و شار گرمای محسوس و هنگام روز ویژگی‌های رویه، شار گرمای محسوس و شار گرمای نهان در پیدایش جزیرة گرمایی نقش دارند (Hafner and Kidder, 1999: 463).
بسته به نوع آب‌وهوا و فصل، آثار اجتماعی‌اقتصادی جزیرة گرمایی و آثار آن بر تندرستی مثبت یا منفی است؛ برای نمونه در آبوهوای سرد در فصل زمستان، جزیرة گرمایی بر آسایش، کاهش مرگ‌ومیر و مصرف انرژی اثر مثبت دارد؛ اما در تابستان اثری منفی به جا می‌گذارد؛ از سوی دیگر در آبوهوای گرم اثر آن در همة فصول منفی است. از این گذشته جزیرة گرمایی بر چگونگی پخش آلاینده‌ها در شهرها، مصرف آب و شرایط زیست‌اقلیمی اثر می‌گذارد (Szymanowski and Kryza, 2012: 53). گرمای شدید در طول ماههای تابستان ممکن است تهدیدی برای بهداشت عمومی باشد؛ به‌ویژه برای افراد سالخورده که در شهرها زندگی می‌کنند (Dousset et al, 2011: 314). از سوی دیگر در شهرهای واقع در زیبوم گرم و خشک، مناطق شهری دمای کمتری نسبت به مناطق پیرامونی خود دارند و به بیانی جزیرة سرمایی[1] روی شهر تشکیل می‌شود (Imhoff et al, 2010: 509).
پیشرفت‌هایی که در دو دهة گذشته به دست آمده است نشان می‌دهد جزیرة گرمایی شهری بسیار پیچیده‌تر از آن است که پیش از این تصور می‌شد. بسته به اینکه دمای کجا را (هوا یا رویة زمین) و با چه ابزاری (سنجنده یا ایستگاه زمینی) اندازه بگیریم، جزیرة گرمایی به‌دست‌آمده ویژگی‌های متفاوتی را نشان خواهد داد (Arnfield, 2003: 6).
مطالعات زیادی برای بررسی جزیرة گرمایی شهری در سطح جهان انجام گرفته است (Fung et al, 2009; Lazzarini et al, 2013 and Bokaie et al, 2016). در مقایسه با سنجندة ماهوارة آستر و لندست (TM و ETM+)، دمای رویة مودیس تفکیک مکانی درشت‌تری دارد (حدود یک کیلومتر)؛ اما تفکیک زمانی بیشتر (دو بار در روز برای هر ماهواره)، مودیس را برای مطالعة جزیرة گرمایی مناسب می‌سازد (Tomlinson et al, 2012: 215). پژوهشگران به کمک داده‌های سنجندة مودیس دریافتند جزیرة گرمایی شهری ویژگی‌های جالب توجهی را در مقیاس روزانه، ماهیانه و فصلی نشان می‌دهد (Anniballe et al, 2014; Cui and De Foy, 2012; Keramitsoglou et al, 2011 and Wang et al, 2007).
بررسی جزیرة گرمایی 263 شهر اروپا با شاخص‌های سنجشی متفاوت (11 شاخص) نشان داد در همة شاخص‌ها، جزیرة گرمایی تابستانه از جزیرة گرمایی زمستانه نیرومندتر است. فقط شاخص تباین شهر - آب، جزیرة گرمایی نیرومندتری در زمستان داشت (Schwarz et al, 2011: 3178).
بررسی جزیرة گرمایی روی میلان نشان می‌دهد جزیرة گرمایی رویة پایه در روز نسبت به شب شدت بیشتری دارد و بیشترین مقدار آن 9-10 درجة کلوین است. در این زمان جزیرة گرمایی هواپایه وجود ندارد. جزیرة گرمایی هواپایه پس از غروب آفتاب ظاهر می‌شود و میانگین آن حدود 3-4 درجة کلوین است. جزیرة گرمایی هواپایه و رویة پایة شبانه ویژگی مشابهی دارند (Anniballe et al, 2014: 170).
جزیرة گرمایی بعضی کلان‌شهرهای ایران را نیز پژوهشگران ارزیابی کرده‌اند. بررسی جزیرة گرمایی تهران نشان می‌دهد این شهر طی روز، جزیرة سرمایی و در شب، جزیرة گرمایی دارد. کمترین میزان جزیرة سرمایی، 4- درجة کلوین در ماه مارس و بیشترین مقدار جزیرة گرمایی، 9/3 درجة کلوین در ماه می است (Hashemi et al, 2016: 1).
بررسی جزیرة گرمایی شهر مشهد با استفاده از داده‌های مودیس نشان می‌دهد شهر مشهد طی شب جزیرة گرمایی دارد که منطبق بر بافت قدیم شهر است و به‌صورت میانگین 5/3 درجة سلسیوس از ناشهر گرم‌تر است (منتظری، 1397: 1542).
بررسی جزیرة گرمایی شهر کرمانشاه با استفاده از تصاویر مودیس نشان داد این شهر طی روز به‌ویژه در دورة گرم سال نسبت به مناطق غیرشهری دمای رویة کمتری دارد و در آن جزیرة سرمایی سطحی تشکیل می‌شود. در شب به‌ویژه در بهار روی مناطق شهری جزیرة گرمایی تشکیل می‌شود و شدت این جزیرة گرمایی 1 تا 2 درجة سلسیوس است. از طرفی به دلیل افزایش بازتاب مناطق شهری و کاهش پوشش گیاهی در مناطق غیرشهری، شدت جزیرة سرمایی روزانه در طول دوره افزایش و جزیرة گرمایی شبانه کاهش داشته است (مجرد و همکاران، 1397: 479).
بررسی تأثیرپذیری جزیرة گرمایی شهر تهران از الگوهای همدید با استفاده از داده‌های 14 ایستگاه هواشناسی در داخل و خارج شهر نشان داد در زمان حاکمیت شرایط پرفشاری به علت سکون هوا، شدت جزیرة گرمایی افزایش می‌یابد؛ در حالی که در شرایط کم‌فشاری عکس این حالت رخ می‌دهد. همچنین ناهماهنگی سامانه‌های فشاری با زمان رخداد بیشینه و کمینة جزیرة گرمایی در فصل سرد سال در بعضی روزها به‌خوبی دیده می‌شود؛ این در حالی است که در دوره‌های گرم بین زمان بیشینه و کمینة این پدیده و حاکمیت مراکز فشار سطحی هماهنگی منظمی وجود دارد (عزیزی و همکاران، 1392: 55).
بررسی جزیرة گرمایی شهر تهران با استفاده از داده‌های ایستگاههای داخل شهر و ریزمقیاس‌نمایی داده‌های WRF[2] نشان داد احتمال رخداد جزیرة گرمایی در فصل‌های سرد سال بیشتر است؛ هرچند به‌طور طبیعی بیشینة جزیرة گرمایی در فصل‌های گرم اتفاق می‌افتد. همچنین شدت جزیرة گرمایی در دو منطقة شهری در مرکز و منطقة پرتراکم و قدیمی شهر در فصل‌های گرم و سرد بیشتر از مناطق دیگر است. در منطقة 1 شهری که ارتفاع بیشتری نسبت به سایر مناطق دارد، احتمال رخداد جزیرة گرمایی کم است (Jahangir and Moghim, 2019: 144).
شهر اهواز در منطقة آب‌وهوایی گرم و خشک قرار گرفته است. از سوی دیگر عبور رودخانة کارون از درون شهر، آن را به دو بخش تقسیم کرده است. همچنین وجود کشتزارهای متنوع از یک سو و زمین‌های لخت و عریان از سوی دیگر و پهنة شهری، کاربری اراضی متنوعی در شهر و اطراف آن ایجاد کرده است. آگاهی از رفتار زمانی و مکانی جزیرة گرمایی شهر، شناخت جامعی از عوامل پدیدآورنده و تغییرات زمانی و مکانی آن ارائه می‌دهد؛ بر این اساس تصمیم‌گیرندگان شهری راهبردهای لازم را برای کاهش شدت جزیرة گرمایی و اصلاح ساخت‌وسازهای شهری انجام می‌دهند.
روش‌شناسی پژوهش
در این پژوهش برای بررسی جزیرة گرمایی اهواز داده‌های دمای رویة زمین سنجندة مودیس تررا (MOD11A1) و مودیس آکوا (MYD11A1) از درگاه http://modis.gsfc.nasa.gov در بازة زمانی 1 فروردین‌ماه 1381 تا 29 اسفندماه 1396 به‌صورت روزانه به دست آمد. تفکیک مکانی اسمی این فرآورده، 11 کیلومتر و تفکیک واقعی آن، 8829/926 متر است. سیستم تصویر این فرآورده سینوسی هم مساحت است. این داده‌ها کاشی‌هایی به ابعاد 10 درجة قوسی (12001200 یاخته) با فرمت HDF[3] هستند. برای تحلیل داده‌ها از نرم‌افزار متلب استفاده شد. بدین منظور شش کاشی (h21v05, h22v05, h23v05, h21v06, h22v06, h23v06) انتخاب شدند که سراسر ایران را می‌پوشانند. در مرحلة بعد این کاشی‌ها با موزائیک‌کردن در کنار هم قرار داده شدند تا داده‌ای یکپارچه روی ایران تشکیل شود؛ سپس محدوده‌ای به ابعاد 4945 یاخته که کلان‌شهر اهواز را دربرمی‌گیرد، برای بررسی برگزیده شد. دقت اندازه‌گیری دمای رویة مودیس را کول و همکاران در مکانی مشخص با اندازه‌گیری‌های زمینی سنجیدند. نتایج نشان داد مودیس دمای رویة زمین را با دقت بهتر از 1 درجة سلسیوس برآورد می‌کند (Coll et al, 2005: 298). همچنین ون و همکاران نشان دادند دقت دمای رویة اندازه‌گیری‌شده با مودیس در بازة 10- تا 50 درجة سلسیوس بهتر از 1 درجة سلسیوس است (Wan et al, 2004: 261).
پژوهشگران سه رویکرد عمده را در بررسی جزیرة گرمایی در پیش گرفته‌اند؛ نخست، رویکرد چندمقیاسی؛ انجام این رویکرد نیازمند فراهم‌آوردن یک پایگاه دادة جامع برای شهر است؛ دوم، رویکرد دیده‌بانی؛ این رویکرد بر اندازه‌گیری میدانی یا بهره‌گیری از داده‌های دورسنجی و مدل‌سازی در مقیاس خُرد استوار است؛ سوم، رویکرد همانندسازی؛ در این رویکرد همانندسازی در مقیاس میانه و خرد انجام می‌گیرد (Aflaki et al, 2016: 5). همچنین بسته به داده‌هایی که برای تعریف جزیرة گرمایی به کار می‌رود، دو رویکرد متفاوت معرفی می‌شود؛ رویکرد مبتنی بر اندازه‌گیری دمای هوا (رویکرد هواپایه) و رویکرد استوار بر اندازه‌گیری دمای رویه (رویکرد رویه‌پایه). در این بررسی از رویکرد دیده‌بانی براساس داده‌های ماهواره‌ای (رویکرد رویه‌پایه) برای سنجش جزیرة گرمایی شهر اهواز استفاده شد.
تمیز شهر و ناشهر
پیچیدگی‌های فراوانی بر سر راه اندازه‌گیری شدت جزیرة گرمایی وجود دارد؛ اینکه مرز شهر کجاست؟ دمای محدودة شهری را با دمای کجا (محدودة مرجع) باید مقایسه کرد؟ به چه روشی باید اختلاف دمای محدودة شهری و محدودة مرجع را محاسبه کرد؟ همین پیچیدگی‌ها نمایه‌های جزیرة گرمایی را متنوع و غیرقابل مقایسه و اصطلاحات زیادی را وارد این شاخة علمی کرده است.
اصطلاحات شهر، پیراشهر[4] و ناشهر[5] که در نوشته‌های علمی دیده می‌شوند، عموماً تعریف یکسانی ندارند؛ از این رو تعریف جزیرة گرمایی و محاسبة شدت و بررسی تغییرات فصلی آن به‌شدت وابسته به این است که چه پهنه‌هایی را به‌منزلة شهر، پیراشهر یا ناشهر منظور کرده باشیم (Wang et al, 2007: 1). در این پژوهش منظور از ناشهر، رویه‌های ساخته‌نشده در اطراف شهر است. روش‌های گوناگونی برای تمیز شهر از ناشهر پیشنهاد شده است؛ برخی پژوهشگران رویه‌های بسیار ناتراوا[6] را ملاک تمیز شهر از ناشهر گرفته‌اند؛ عده‌ای نیز پهنه‌هایی را ملاک دانسته‌اند که دمای رویة زمین آنها در مقایسه با پهنه‌های روستایی بیشتر است (Schwarz et al, 2011: 3176). نور شبانة شهرها، یکی از راههایی بوده که به یاری داده‌های دورسنجی برای جانمایی شهرها به کار رفته است (Jin et al, 2005: 1558).
در این پژوهش برای تمیز شهر از ناشهر، رویه‌های شهری به کمک تصاویر گوگل‌ارث مشخص شد (شکل 1)؛ سپس از هر طرف محدودة شهر را تا آنجا گسترش دادیم که مساحت محدودة پیرامونی از هر طرف با مساحت شهر برابر شود. این محدودة پیرامونی را «ناشهر» نامیدیم؛ بنابراین از کل پایگاه داده، محدوده‌ای به ابعاد 4945 یاخته برگزیده و داده‌های دمای رویة زمین آن استخراج شد.
انتخاب یاخته‌های شهر و ناشهر
شدت جزیرة گرمایی و تغییرات فصلی آن به این بستگی دارد که برای محاسبة جزیرة گرمایی چه پهنه‌هایی را به‌مثابة پیراشهر منظور کرده باشیم (Wang et al, 2007: 1). انتخاب یاختة مربوط به پیراشهر بسته به ویژگی‌های رویة آن بر شدت جزیرة گرمایی شهری تأثیرگذار است (Kataoka et al, 2009: 408).
پژوهشگران نمایه‌های مختلفی را برای تعیین محدودة شهری و روستایی به کار برده‌اند. بعضی از این نمایه‌ها عبارت‌اند از: محدودة مرکزی شهر درمقابل محدودة روستایی، دمای هوای ایستگاه هواشناسی شهری درمقابل ایستگاه محدودة روستایی، یاخته‌هایی با رویة بسیار ناتراوا درمقابل محدودة 15 تا 20کیلومتری اطراف با رویة کمتر ناتراوا، منطقه‌ای با بیشترین دمای رویه درمقابل منطقه‌ای با پوشش زمین روستایی (Schwarz et al, 2011: 3176).
لی و همکاران (2017) برای اندازه‌گیری شدت جزیرة گرمایی شهرهای آمریکا، جزیرة گرمایی را اختلاف بین میانگین دمای رویة یاخته‌های شهر و پیراشهر تعریف کردند. در این پژوهش مناطق شهری را به‌وسیلة نور شبانة سنجش‌شده با ماهواره‌های دفاعی انتخاب و مناطق پیراشهر را محدوده‌ای به وسعت شهر در اطراف آن تعیین کردند (Li et al, 2017: 428).
محدودة اطراف شهر اهواز کاربری اراضی متنوعی دارد. این کاربری‌ها شامل زمین‌های کشت‌شده، پوشش طبیعی و زمین‌های بایر است (شکل 2 و جدول 1)؛ بنابراین انتخاب نقطه‌ای به‌مثابة نمایندة ناشهر مشکل است؛ از این رو در این پژوهش برای انتخاب دمای ناشهر از شگرد بیشترین تکرار دما در منطقة پژوهش استفاده شد؛ برای این منظور نخست محدودة ناشهر انتخاب و دمایی که بیشترین تکرار را در میان یاخته‌های ناشهر داشت به‌مثابة نمایندة دمای ناشهر در نظر گرفته شد.
شکل 1. یاخته‌های مودیس درون مرز شهر اهواز (منبع: نویسندگان، 1397)
شکل 2. کاربری اراضی منطقة پژوهش (منبع: نویسندگان، 1397)
جدول 1. مساحت کاربری اراضی در منطقة پژوهش (منبع: نویسندگان، 1397)
|
بایر |
کشتزار با پوشش طبیعی |
ساخته‌شده |
کشتزار |
علفزار |
بوته‌زار پرپشت |
بوته‌زار تنک |
پوشش زمین |
|
2167 |
28 |
581 |
1289 |
278 |
4009 |
27 |
مساحت (کیلومترمربع) |
محاسبة جزیرة گرمایی
برای محاسبة شدت جزیرة گرمایی، اختلاف نمایندة ناشهر از یاخته‌های درون شهر از رابطة زیر به دست آمد:
|
رابطة 1 |
در این رابطه، شدت جزیرة گرمایی/ سرمایی رویة پایه برای هر یاخته، دمای رویة زمین برای هر یاختة درون شهر و دمای رویة نمایندة ناشهر است. همچنین برای آنکه داده‌های دمای روزانه در روزهای مختلف قابل قیاس با یکدیگر باشند، دمای بهنجارشدة رویة زمین برای تمام یاخته‌های منطقة پژوهش با استفاده از رابطة زیر محاسبه شد (Hashemi et al, 2016: 5):
|
رابطة 2 |
|
در این رابطه، دمای بهنجارشدة رویة زمین، LST دمای رویة زمین برای هر یاخته، دمای کمینه و دمای بیشینه در محدودة انتخابی است.
منطقة پژوهش
کلان‌شهر اهواز، مرکز استان خوزستان، در جنوب غرب ایران در ارتفاع 5/22متری تراز دریا واقع شده است. آبوهوای این شهر براساس طبقه‌بندی لیتین اسکی در ناحیة حاره‌ای گرم و خشک با ضریب بری معتدل قرار دارد (عزیزی، 1380: 49). همچنین براساس طبقه‌بندی آب‌وهوایی چندمتغیره، شهر اهواز در ناحیة بیابانی گرم ساحلی قرار دارد (حیدری و علیجانی، 1378: 72).
براساس اطلاعات ایستگاه هواشناسی اهواز دو ماه تیر و مرداد با میانگین دمای 38 درجة سلسیوس، گرم‌ترین ماههای سال و ماههای دی و بهمن با میانگین دمای 4/12 درجة سلسیوس، سردترین ماه‌ها هستند. در طول 50 سال گذشته، کمترین و بیشترین دمای شهر اهواز به ترتیب 7- و 54 درجة سلسیوس و میانگین دمای شهر در همین دوره 3/25 درجة سلسیوس بوده است. میانگین دمای هوا در تابستان، 48 درجة سلسیوس و در زمستان، 4 درجة سلسیوس و میزان بارندگی سالیانه به‌طور متوسط 213 میلی‌متر بوده است. همچنین براساس مطالعات انجام‌شده براساس دمای رویة زمین، شهر اهواز در طبقة آب‌وهوایی گرم تا بسیار گرم قرار دارد (مرادی و همکاران، 1395: 106) و بیشترین میزان بارندگی در ماه دی روی می‌دهد. جمعیت این شهر براساس سرشماری سال 1395 حدود 1300000 نفر بوده است (درگاه مرکز ملی آمار ایران، 1396).
یافته‌های پژوهش
آبوهوای پس‌زمینه
شکل (3) میانگین بلندمدت دمای رویة زمین استان خوزستان را در روز و شب نشان می‌دهد. میانگین دمای رویة زمین استان خوزستان براساس داده‌های روزهنگام آکوا 6/43 درجة سلسیوس است. فقط در بخشی از شمال و شمال شرق استان، دمای رویه کم است. هنگام روز رودخانة کارون و کشتزارهای گستردة اطراف آن، تالاب‌ها و دریاچة پشت سدها اثر چشمگیری بر دمای رویة زمین دارند و به‌سبب ظرفیت گرمایی زیاد آب و نیز تبدیل بخشی از انرژی تابشی به گرمای نهان دمای کمتری را نشان می‌دهند (شکل 3- الف). براساس داده‌های شب‌هنگام آکوا، میانگین دمای رویة زمین استان خوزستان 4/19 درجة سلسیوس است. کشتزارها هم در روز و هم در شب دمای کمتری نسبت به مناطق اطراف خود دارند، ولی تالاب‌ها، دریاچة پشت سدها و رودخانة کارون در روز محل انباشت انرژی و در شب محل رهاسازی انرژی‌اند. اهمیت مطالعة آبوهوای پس‌زمینه در این است که به ما نشان می‌دهد احداث شهر چه تغییراتی را در آبوهوای محیط ایجاد کرده است.
نکتة دیگر اینکه آیا طول دورة اندازه‌گیری دما برای مطالعة دقیق جزیرة گرمایی شهر اهواز بسنده است یا خیر؛ زیرا هر عنصر آب‌وهوایی تغییرپذیری متفاوتی دارد و این تغییرپذیری در نقاط مختلف جغرافیایی متفاوت است. میانگین شناور پیش‌روندة داده‌های دمای رویه نشان داد 4 سال داده‌های روزانة آکوا و 2 سال داده‌های روزانة تررا برای برآورد دما کفایت می‌کند. برای دمای شبانه نیز می‌توان حتی از داده‌هایی با دورة آماری کمتر، ولی با دقت زیاد استفاده کرد.
شکل 3. میانگین دمای رویة زمین طی سال‌های 1396-1381؛ الف- آکوا، روز؛ ب- آکوا، شب
(منبع: نویسندگان، 1397)
رفتار زمانی جزیرة گرمایی
دمای رویة زمین شهر اهواز طی سال‌های 1396-1381 بررسی و رفتار جزیرة گرمایی/ سرمایی در بازة روزانه، فصلی و سالیانه طی روزهای بدون ابر مطالعه شد. بررسی جزیرة گرمایی/ سرمایی در بازة روزانه نشان داد در شهر اهواز هنگام روز با استفاده از داده‌های هر دو ماهوارة آکوا و تررا، دمای شهر کمتر از دمای ناشهر (شکل 4) و هنگام شب، دمای شهر بیشتر از دمای ناشهر است (شکل 5). میانگین شدت جزیرة سرمایی شهر اهواز هنگام روز با داده‌های آکوا 4/2 و با داده‌های تررا 9/1 درجة سلسیوس است. درحقیقت به علت گرمایش شدید رویه‌های بدون پوشش گیاهی پیرامون شهر اهواز، دمای رویه‌های شهری نسبت به رویه‌های ناشهر کمتر است. همچنین به‌سبب اینکه هنگام گذر روز تررا (ساعت 12-10) رویه‌های ناشهر نسبت به گذر روز آکوا (14-12) گرمای کمتری دریافت کرده‌اند، شدت جزیرة سرمایی روزانه در زمان گذر روزهنگام تررا کمتر است. اگر از روزهایی صرف‌نظر کنیم که به‌سبب ابرناکی تعداد کمی از یاخته‌های شهر سنجیده شده‌اند، بیشترین مقدار جزیرة سرمایی روزانة شهر اهواز با ماهوارة آکوا در تاریخ 1 اسفندماه 1396 به میزان 7/12- درجة سلسیوس و با ماهوارة تررا در تاریخ 25 اردیبهشت‌ماه 1386 به میزان 4/12- درجة سلسیوس روی داده است؛ همچنین بیشترین مقدار جزیرة گرمایی شبانه با ماهوارة آکوا در 15 بهمن‌ماه 1383 به میزان 1/9 درجة سلسیوس و با ماهوارة تررا در 14 مهرماه 1383 به میزان 5/6 درجة سلسیوس رخ داده است. درحقیقت افزایش پهنه‌های تراوا به معنای افزایش شار گرمای نهان است و از شدت جزیرة گرمایی می‌کاهد. افزایش شار گرمای نهان بر دمای روز نسبت به دمای شب اثرگذارتر است؛ از این رو بر بیشینة جزیرة گرمایی هنگام روز اثر می‌گذارد. از سوی دیگر با هر دو ماهوارة آکوا و تررا در ماههای تیر، مرداد، شهریور و مهر، جزیرة سرمایی روزانه با شدت بیش از 4- درجة سلسیوس، رخداد بیشتر داشته است و ماههای آذر، دی، بهمن، اسفند، فروردین و اردیبهشت کمترین میزان را داشته‌اند. ماههای خرداد و آبان، ماههای گذار از رخداد کم به زیاد هستند. همچنین شدیدترین جزیره‌های گرمایی شبانه در ماههای خرداد، تیر، مرداد، شهریور و مهر رخداد بیشتری داشته‌اند و در ماههای آذر، دی، بهمن، اسفند و فروردین کمترین رخداد را داشته‌اند. درحقیقت در فصل‌های گرم سال به دلیل گرمای محسوس ناشهر، تباین دما بین شهر و ناشهر نسبت به فصول سرد سال بیشتر است و این ماندگرمایی تا ساعاتی از شب نیز ادامه می‌یابد.
شکل 4. شدت جزیرة گرمایی/ سرمایی شهر اهواز، آکوا، گذر روز (منبع: نویسندگان، 1397)
شکل 5. شدت جزیرة گرمایی/ سرمایی شهر اهواز، آکوا گذر شب (منبع: نویسندگان، 1397)
بعضی از ویژگی‌های آماری جزیرة گرمایی/ سرمایی اهواز در جدول (1) آورده شده است. توزیع فراوانی نمایة گرمایی شبانه و روزانة شهر اهواز بهنجار است. دامنة نمایه در روز بین 10- تا 4 و در شب بین 4- تا 6 درجة سلسیوس قرار دارد. نمای توزیع در روز 7/1- و میانگین آن 2- و در شب 7/1 و میانگین آن 2/2 درجة سلسیوس است (جدول 2). از طرفی همان‌طور که شکل 6 انباشتة جزیرة گرمایی/ سرمایی مشهد نشان می‌دهد، طی روز نمودار در سمت چپ و در شب در سمت راست دمای صفر درجه قرار می‌گیرد؛ به بیان دیگر دماهای منفی در روز و دماهای مثبت در شب روی می‌دهد و در بیشتر روزها، جزیرة سرمایی و در شب جزیرة گرمایی روی شهر شکل می‌گیرد (شکل 6). با اینکه در 16درصد گذر روزهنگام هر دو ماهوارة آکوا و تررا شهر از ناشهر گرم‌تر است (شکل 6)، دمای شهر اهواز به‌طور میانگین 2 درجة سلسیوس از پیرامون خود خنک‌تر است (جدول 2). در شب‌هنگام وضعیت دمایی شهر با روز تفاوت زیادی دارد. در 13درصد گذر شب‌هنگام ماهوارة تررا و 15درصد گذر ماهوارة آکوا، دمای شهر از پیرامون خود خنک‌تر است و در حدود 85درصد گذر ماهواره، دمای شهر از پیرامون خود گرم‌تر است؛ اما دمای کلان‌شهر اهواز غالباً 2/2 درجة سلسیوس از ناشهر گرم‌تر است (شکل 6).
بررسی زمانی جزیرة گرمایی شهر اهواز نشان می‌دهد طی روز در این شهر شاهد جزیرة سرمایی هستیم؛ به‌طوری که با شروع روز جزیرة گرمایی شبانه ضعیف می‌شود و جای خود را به جزیرة سرمایی می‌دهد و هرچه دمای رویه‌های ناشهر (به دلیل وجود رویه‌های لخت با ظرفیت گرمایی کم) گرم‌تر می‌شود، شدت جزیرة سرمایی نیز شدیدتر می‌شود؛ به‌طوری که شدت جزیرة سرمایی در گذر روزهنگام آکوا بیشتر از ترراست. با زاویه‌گرفتن خورشید، جزیرة سرمایی نیز ضعیف‌تر و در طول شب جزیرة گرمایی بر شهر حاکم می‌شود. به دلیل اینکه تغییرات دمایی ناشهر در طول شب کمتر است، تغییر جزیرة گرمایی شبانه کمتر از جزیرة سرمایی روزانه است؛ همچنین به دلیل گرمایش زیاد رویه‌های ناشهر در فصل تابستان شدت جزیرة سرمایی در دورة گرم سال نسبت به دورة سرد سال بیشتر است. درحقیقت این ویژگی‌ها حاکی است بعضی عوامل پس‌زمینه مانند ظرفیت گرمایی رویة زمین و شدت تابش در سراسر سال بر شدت جزیرة گرمایی/ سرمایی به‌ویژه در طول روز اثرگذارند. مطالعات در سایر نقاط جهان نیز نتایج مشابهی را برای شهرهای با زیبوم خشک نشان می‌دهد؛ به‌طوری که مطالعة انجام‌شده دربارة شهرهای ایالات متحدة آمریکا نشان می‌دهد به‌جز شهرهایی که در زیبوم‌های خشک و نیمه‌خشک بودند، میانگین سالیانة دمای دیگر شهرهای ایالات متحده 9/2 درجة سلسیوس از پیراشهر بیشتر بوده است (Imhoff et al, 2010: 504).
بونوا و همکاران (2009) نیز نشان دادند برخلاف آبوهوای معتدل که شهرسازی جزیرة گرمایی چشمگیری را ایجاد می‌کند، در مناطق نیمه‌خشک این اثر زیاد قوی نیست (Bounoua et al, 2009: 217). این موضوع نشان می‌دهد پس‌زمینة بوم‌شناختی شهر نیز در بررسی جزیرة گرمایی اهمیت دارد.
جدول 2. نتایج آماری جزیرة گرمایی اهواز (منبع: نویسندگان، 1397)
|
مساحت جزیرة سرمایی (کیلومترمربع) |
مساحت جزیرة گرمایی (کیلومترمربع) |
نمای توزیع |
میانگین جزیرة گرمایی/ سرمایی (درجة سلسیوس) |
انحراف معیار |
بیشینة جزیرة گرمایی (درجة سلسیوس) |
کمینة جزیرة گرمایی (درجة سلسیوس) |
ماهواره |
|
97 |
37 |
3/1- |
9/1- |
48/2 |
0/6 |
4/12- |
تررا روز |
|
99 |
35 |
7/1- |
2- |
38/2 |
4/6 |
7/12- |
آکوا روز |
|
18 |
119 |
4/2 |
2/2 |
5/1 |
8/9 |
2/8- |
تررا شب |
|
17 |
118 |
7/1 |
2/2 |
57/1 |
1/9 |
3/10- |
آکوا شب |
شکل 6. توزیع فراوانی انباشتة نمایة جزیرة گرمایی اهواز؛ الف- آکوا روز؛ ب- آکوا شب (منبع: نویسندگان، 1397)
شهر اهواز در همة فصل‌ها هنگام روز دمایی کمتر از پیرامون خود دارد. در فصل تابستان و شروع پاییز (دورة گرم سال) شدت جزیرة سرمایی نسبت به فصل‌های زمستان و بهار (دورة خنک‌تر) بیشتر است. در تمامی فصل‌ها طی شب دمای شهر از پیرامون شهر بیشتر بوده است. بیشترین جزیرة گرمایی شبانه مربوط به فصل تابستان است و فصل زمستان کمترین جزیرة گرمایی شبانه را دارد؛ به بیان دیگر فصل زمستان کمترین جزیرة گرمایی و سرمایی را دارد (جدول 3). درحقیقت به دلیل گرم‌شدن زیاد رویه‌های لخت ناشهر در همة فصل‌ها به‌ویژه در دورة گرم سال دمای ناشهر نسبت به شهر بیشتر است و باعث شده شهر جزیرة سرمایی داشته باشد. کشتزارهای زیادی در حاشیة رود کارون وجود دارد، ولی گونة بیشتر رویه‌های ناشهر را خاک لخت تشکیل می‌دهد. در شب به دلیل اینکه ناشهر گرمای خود را از دست می‌دهد و علاوه بر آن به دلیل تردد وسایل نقلیه و گرمای مردم‌زاد، دمای شهر از ناشهر بیشتر است.
جدول 3. میانگین شدت جزیرة گرمایی برحسب درجة سلسیوس در فصل‌های مختلف سال
|
زمستان |
پاییز |
تابستان |
بهار |
ماهواره |
|
1/0- |
6/2- |
0/3- |
2/1- |
تررا روز |
|
4/0- |
4/2- |
2/3- |
2/1- |
آکوا روز |
|
3/1 |
3/2 |
5/2 |
3/2 |
تررا شب |
|
2/1 |
4/2 |
7/2 |
4/2 |
آکوا شب |
رفتار مکانی جزیرة گرمایی
میانگین بلندمدت جزیرة سرمایی شهر اهواز طی روز نشان می‌دهد هنگام روز جزیرة سرمایی بر شهر حاکم و میانگین آن 2- درجة سلسیوس است؛ در عین حال قسمت‌هایی از شهر همچنان دمای بیشتری نسبت به پیرامون خود دارند. درحقیقت عبور رودخانة کارون از میان شهر، آن را به دو بخش تقسیم کرده است. در سمت شرق و غرب رودخانه همچنان شاهد جزیرة سرمایی ضعیف و در اطراف رودخانه شاهد جزیرة سرمایی نیرومند هستیم که اثر تعدیلی رودخانه در این شهر به‌خوبی مشخص می‌شود. این اثر تعدیلی رودخانه به قدری قدرتمند است که توانسته شهر را ازلحاظ دمایی به دو بخش تقسیم کند. انتظار می‌رود دمای مرکز شهر نسبت به حاشیة شهر بیشتر باشد، ولی عبور رودخانه از مرکز شهر باعث شده است حاشیة شهر (در شرق و غرب) دمای بیشتری نسبت به مرکز داشته باشد. بزرگراه آیت‌الله مدرس، مرز بین این دو ناحیه در شرق رودخانه است؛ به‌طوری که محدودة بین بزرگراه آیت‌الله بهبهانی و مدرس که ناحیة صنعتی کارون نیز در این منطقه واقع شده است، جزیرة سرمایی ضعیفی دارد. مساحت این منطقه 30 کیلومترمربع است؛ در حالی که اطراف رودخانة کارون جزیرة سرمایی نیرومندی دارد (شکل 7). در شرق رودخانه از بزرگراه گلستان تا میدان انقلاب جزیرة سرمایی ضعیفی وجود دارد. طی روز از مساحت 139 کیلومترمربعی اهواز به‌طور میانگین با هر دو ماهوارة تررا و آکوا حدود 98 کیلومترمربع آن جزیرة سرمایی و حدود 36 کیلومترمربع آنجزیرة گرمایی است (جدول 2). طی شب به‌طور میانگین تمامی نقاط شهر گرم‌تر از ناشهر هستند و شدت جزیرة گرمایی در نواحی شرقی شهر حاکم است. اثر سرمایشی رودخانه از بین رفته است و تمامی نقاط گرم‌تر از ناشهر هستند (شکل 7). با وجود این در بعضی روزهای سال تعدادی از نقاط شهر سردتر از ناشهر بودند که میانگین مساحت آنها 17 کیلومترمربع و 118 کیلومترمربع از مساحت شهر گرم‌تر از ناشهر است (جدول 2).
طی شب هستة جزیرة گرمایی مانند روز در محدودة بین بزرگراه آیت‌الله بهبهانی و مدرس قرار دارد که ناحیة صنعتی کارون نیز در این منطقه واقع شده است. شدت این جزیرة گرمایی نیرومند تا 5/3 درجة سلسیوس است و زبانه‌های آن با عبور از روی رودخانه تا لشکرآباد، میدان توپ و میدان کارگر هم می‌رسد. طی شب کیان‌آباد، میدان انقلاب، پردیس، محدودة دانشگاه اهواز و کوت‌عبدالله جزیرة گرمایی ضعیفی دارند (شکل 8). کانون جزیرة گرمایی شبانه منطبق بر نواحی صنعتی شرق اهواز، مناطقی همچون ناحیة صنعتی کارون، شرکت لوله‌سازی و فولاد خوزستان است (دو شکل 8 و 10). جزیرة سرمایی ضعیف روزانه منطبق بر ناحیة صنعتی در سمت غرب و شرق اهواز است (دو شکل 7 و 10). دمای بهنجارشدة رویة زمین نیز نشان می‌دهد دمای شهر در روز نسبت به ناشهر خنک‌تر و در شب گرم‌تر است (شکل 9).
شکل 7. میانگین بلندمدت جزیرة گرمایی اهواز؛ آکوا، روز (منبع: نویسندگان، 1397)
شکل 8. میانگین بلندمدت جزیرة گرمایی اهواز؛ آکوا، شب (منبع: نویسندگان، 1397)
شکل 9. میانگین دمای بهنجارشدة رویة زمین طی سال‌های 1396-1381؛ الف- آکوا، روز؛ ب- آکوا، شب
(منبع: نویسندگان، 1397)
شکل 10. کاربری اراضی کلان‌شهر اهواز (منبع ادارة کل مسکن و شهرسازی استان خوزستان)
نتیجه‌گیری
در این مطالعه برای ارزیابی جزیرة گرمایی کلان‌شهر اهواز از داده‌های سنجندة مودیس ماهواره‌های تررا و آکوا استفاده شد. بر این اساس جزیرة گرمایی اهواز چهار بار در شبانه‌روز بررسی شد. برای انتخاب یاختة مربوط به ناشهر، شگرد جدیدی را در این مطالعه معرفی کردیم؛ در این روش دمایی که بیشترین تکرار را در میان تمامی یاخته‌های ناشهر داشت به‌منزلة نمایندة ناشهر انتخاب و جزیرة گرمایی شهر برمبنای آن سنجیده شد.
یکی از مهم‌ترین نتایج این مطالعه این است که شهر اهواز طی روز جزیرة سرمایی و در شب جزیرة گرمایی دارد. برای مقایسة یافته‌های این پژوهش با دیگر مطالعات باید به زیبومی توجه کرد که شهر در آن ساخته شده است؛ چون شدت جزیرة گرمایی طی شبانه‌روز در زیبوم‌های مختلف با هم متفاوت است. یافته‌های جداگانة ارزیابی جزیرة گرمایی با شاخص‌های متفاوت در زیبوم‌های گرم و خشک با نتایج این پژوهش همسویی دارند؛ برای نمونه پنگ و همکاران (2011) نشان دادند شهرهایی مانند جده در عربستان و موصل در عراق که در دل بیابان جا دارند، هنگام روز از پیراشهر خنک‌تر بوده‌اند و جزیرة سرمایی روی شهر شکل می‌گیرد (Peng et al, 2011: 698). ایمهوف و همکاران (2010) نشان دادند برخلاف شهرهای واقع در زیبوم جنگل و چمنزار، شهرهای واقع در زیبوم خشک هیچ‌گونه جزیرة گرمایی را نشان نمی‌دهند و حتی گاهی نیز جزیرة سرمایی داشته‌اند (Imhoff et al, 2010: 509). درحقیقت به دلیل اینکه بیشتر زمین‌های اطراف شهر رویه‌های لخت هستند، طی روز به دلیل ظرفیت گرمایی کم به‌سرعت گرم می‌شوند و دمای بیشتری نسبت به رویه‌های شهری به دست می‌آورند؛ اما در طول شب به دلایل مختلف جزیرة گرمایی بر شهر حاکم است؛ نخست اینکه ظرفیت گرمایی رویه‌های بیرون شهر کم است؛ همچنان که در روز به‌سرعت گرم می‌شوند، در شب نیز به‌سرعت گرمای خود را از دست می‌دهند؛ دوم اینکه ساختمان‌های بلند باعث به‌دام‌افتادن گرما در شهر می‌شوند؛ به بیان دیگر فرایندهای متفاوتی بر پیدایش جزیرة گرمایی در شب و روز فرمان می‌رانند و اثر فرایندهای فعال در روز تا شب دوام نمی‌آورد.
در شهر اهواز جزیرة سرمایی روزهنگام تغییر فصلی آشکاری نشان می‌دهد؛ این شهر در فصل تابستان، بیشترین مقدار و در زمستان، کمترین مقدار جزیرة سرمایی را دارد. درمقابل بیشینة جزیرة گرمایی شبانة اهواز در فصل تابستان و کمترین میزان آن در فصل زمستان روی می‌دهد و تغییرات فصلی جزیرة گرمایی شبانه، بسیار کمتر از جزیرة سرمایی روزانه است؛ زیرا دمای رویة ناشهر طی روز به‌ویژه روزهای گرم سال به‌شدت افزایش می‌یابد و جزیرة سرمایی نیرومندی روی شهر به وجود می‌آید؛ اما در شب به دلیل قطع تابش خورشیدی تغییرپذیری دمای رویة ناشهر درمقیاس روزانه و فصلی کم است.
پیشنهادها
روش‌های مختلفی برای کاستن از شدت جزیرة گرمایی یا کاهش گرما در رویه‌های شهری به‌ویژه در شهرهای گرمی مانند اهواز وجود دارد که با شناخت ویژگی‌های جزیرة گرمایی شهری می‌توان از آنها برای کاهش گرما استفاده کرد. بعضی از این روش‌ها عبارت‌اند از: استفاده از فضاهای سبز شهری یا بام سبز در مناطقی که جزیرة گرمایی حاکم است، استفاده از مصالح ساختمانی با سپیدایی و ظرفیت گرمایی زیاد و طراحی مناطق شهری به گونه‌ای که تخلیة حرارتی به سبب وزش باد انجام گیرد.
)
