Использование космических снимков для выявления биоклиматических параметров городской среды

Городской климат зависит от размера населенного пункта, его структуры, физико-географических особенностей. Все это в конечном итоге влияет на проживающих в городе людей. Из-за этого в рамках мезомасштабных климатических исследований поднимаются вопросы, связанные с оценкой биоклиматического комфорта городской среды. В рамках таких работ современные специалисты-климатологи прибегают к методам дистанционного зондирования. Информация, извлекаемая с ДДЗ, может использоваться для климатического моделирования и для изучения городского климата в целом. Особенно актуальным является использование снимков высокого пространственного разрешения, так как такие снимки позволяют более детально изучить структуру застройки городской среды.
Цель работы – извлечение с космических снимков некоторых биоклиматических параметров городской застройки а именно: доля урбанизированной территории, доля площади зданий, средняя этажность зданий. Доля урбанизированной территории отражает отношение площади, занятой дорогами, зданиями и растительностью внутри кварталов, ко всей площади ячейки сетки. Доля площади зданий показывает долю территории, занятой всеми зданиями. Средняя этажность рассчитывается как сумма всех этажей, отнесенная к общему количеству зданий. Чем выше пространственное разрешение данных дистанционного зондирования, тем более детальную информацию можно получить, поэтому в работе используются снимки со спутников Sentinel-2. Работа проведена на примере территорий городов Москва, Нижний Новгород, Якутск.
Для оценки достоверности определения доли площади зданий результаты, полученные по космическим снимкам, сопоставлены с результатом, полученным по векторным данным OpenStreetMap. Для этого рассчитан ряд статистических параметров, коэффициенты пространственной корреляции, статистические параметры разниц по модулю для каждой модельной ячейки, а также визуализирована разница по модулю для каждой модельной ячейки между векторными данными и космическими данными. Таким же образом оценена достоверность определения доли урбанизированной территории. В обоих случаях расчёт параметров по космическим снимкам показал хорошие результаты.
Средняя этажность рассчитана двумя способами: с учетом зданий, для которых этажность не указана, и с использованием заранее заданной этажности. Для сравнения результатов, полученных двумя способами, рассчитаны статистические параметры, коэффициенты пространственной корреляции, статистические параметры разниц по модулю для каждой модельной ячейки. По итогам анализа полученных материалов, можно сказать, что способ, в котором использовалась заранее заданная этажность, практически не отличается от способа с учетом зданий, для которых этажность не указана.
Итогом работы являются методические приемы извлечения биоклиматических параметров городской среды, полученных с помощью данных дистанционного зондирования на примере Москвы, Нижнего Новгорода и Якутска за период с 2013 по 2018 гг., а также рассчитанные по открытым векторным данным OpenStreetMap и по открытым данным The Global Man-made Impervious Surface (GMIS) и Copernicus Global Land Cover (CGLC). Полученные результаты могут полезны для мезоклиматических моделей, используемых для изучения городского климата.
Исследование выполнено за счёт средств гранта Российского научного фонда (проект № 17-77-20070 «Оценка и прогноз биоклиматической комфортности городов России в условиях изменения климата в XXI веке»).