Landsat uydu görüntülerinden kentsel ısı adalarının belirlenmesi: Batı Akdeniz Bölgesi Örneği
Detection of urban heat islands from landsat imageries: A case study of West Mediterranean Region
Yazar: NAGİHAN ASLAN
Danışman: DOÇ. DR. DİLEK KOÇ SAN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uzay Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Astronomi ve Uzay Bilimleri = Astronomy and Space Sciences

Özet:
Geçtiğimiz 60 yılda, dünya hızlı bir kentleşme süreci içine girmiştir. 1950 yılında dünya nüfusunun %70'inden fazlası kırsal alanda ve %30'undan daha azı kentte yaşamaktayken, bu oran kent lehine kaymış ve 2007 yılında ilk defa kentte yaşayan nüfus kırsalda yaşayan nüfustan fazla olmuştur. Dünya nüfusunun hızla artması ve kentleşme ile beraber sanayileşme ve teknolojik gelişmeler hızlanmıştır. Bu durum dünya iklimini olumsuz yönde etkilemektedir. Küresel ortalama yüzey sıcaklığı 19. yüzyıl'dan bu yana sürekli olarak artmaktadır. İklimin küresel ölçekte değişimi ve kentleşme, kent iklimlerini etkilemekte ve kentlerin çevrelerindeki kırsal alandan daha sıcak olmasına neden olmaktadır. Kent iklimindeki bu değişim kentte yaşayan insan nüfusunu birçok açıdan olumsuz yönde etkilemektedir. Bu nedenle kent iklimi çalışmaları günümüzde önem kazanmıştır.

Türkiye'de de nüfusun hızla arttığı görülmektedir. Batı Akdeniz Bölgesi (TR61), Türkiye yüz ölçümünün yaklaşık olarak %4'ünü oluşturmaktadır ve bu bölgede de kent nüfusu hızla artmaktadır. Bölgede bulunan Antalya kenti Türkiye'nin en büyük 5. ili olmakla birlikte 2015 yılında nüfus artış hızı en yüksek olan ildir. Antalya ili her sene çok sayıda turiste ev sahipliği yapmaktadır ve Türkiye'nin turizm açısından da en önemli illerinden biridir. Bununla birlikte tarım ve seracılık faaliyetleri ilin diğer geçim kaynaklarındandır ve Türkiye'nin diğer bölgelerine bu ilden meyve ve sebze gitmektedir. Ayrıca, Antalya kenti Akdeniz iklimine sahiptir ve yazları çok sıcak geçmektedir. Zaten sıcak olan havanın Kentsel Isı Adası (UHI) etkisi nedeniyle daha da ısınması ise istenen bir durum değildir. Bu nedenle kenti etkileyen UHI etkisinin araştırılması önemlidir. Aynı bölgede bulunan Isparta ve Burdur kentleri gelişmekte olan illerdir ve iklimsel olarak Antalya ilinin iklimi ve arazisiyle benzer ve farklı özellikleri bir arada bulundurmaktadırlar. Bu bölgede yapılacak incelemenin, farklı büyüklükte ve farklı karakteristiklere sahip illerin karşılaştırılmasına olanak sağlayacağı düşünülerek bu bölgeler çalışma alanı olarak seçilmiştir.

Bu çalışmada, Batı Akdeniz Bölgesi'nde bulunan Antalya, Isparta ve Burdur kentleri merkez ilçelerinin 2001 - 2014 yılları arasındaki, arazi kullanımı/örtüsü sınıflarının, arazi yüzey sıcaklıklarının ve UHI etkilerinin değişimlerinin incelenmesi ve Arazi Yüzey Sıcaklık (LST) değerleri ile arazi kullanımı/örtüsü arasındaki ilişkinin ortaya koyulması amaçlanmıştır. Bu amaçla, öncelikle Landsat görüntülerinin termal bantları kullanılarak LST değerleri hesaplanmıştır. Diğer taraftan, Landsat görüntüleri, NDVI, DMSP_OLS gece ışıkları ve ASTER SYM görüntülerinden Rastgele Orman (RF) sınıflandırma tekniği kullanılarak arazi kullanımı/örtüsü sınıfları belirlenmiştir. Son olarak, arazi yüzey sıcaklıkları ile arazi kullanımı/örtüsü sınıfları birlikte analiz edilerek aralarındaki ilişkiler ortaya koyulmuş ve UHI etkileri belirlenmiştir. Ayrıca, Akdeniz bölgesinin mevsimsel özellikleri ve yaz nüfusu ile kış nüfusu arasındaki farklılıklar da dikkate alındığında bu bölgede UHI etkisinin mevsimsel değişiminin analizi önemlidir. Bu amaçla, DMSP_OLS gece ışıkları verisi, emissivite görüntüsü ve ASTER SYM kullanılarak kent ve bitki alanları belirlenmiş ve farklı mevsimlere (aralık, mart, haziran ve ekim ayları) ait Landsat 8 OLI/TIRS görüntülerinden UHI etkileri mevsimsel olarak da incelenmiştir.

Elde edilen sonuçlar, her üç çalışma alanında da RF sınıflandırma tekniği kullanılarak arazi kullanımı/örtüsü haritalarının başarılı bir şekilde elde edildiğini ortaya koymaktadır. Sınıflandırma sırasında ek bantların kullanılması RF sınıflandırma doğruluğunu %11'e kadar arttırmaktadır. LST değerleri ile arazi kullanımı/örtüsü sınıfları arasındaki ilişki incelendiğinde, en düşük LST değerleri su ve bitki alanlarında, en yüksek LST değerleri ise boş-alan, kent, sanayi, kuru tarım alanlarında gözlenmiştir. UHI etkisinin 2001 - 2014 yılları arasındaki değişimi incelendiğinde ise, Antalya'da UHI etkisinin yaklaşık olarak 1,2°C arttığı, en fazla etkili olduğu zamanın yaz mevsimi olduğu, en az etkili olduğu zamanın ise kış mevsimi olduğu gözlenmiştir. Bu dönem içerisinde, Isparta için UHI etkisinin 0,6°C düştüğü ve Burdur için ise değişmediği gözlenmiştir. Mevsimsel inceleme sonuçlarına göre, UHI etkisi Isparta ve Burdur çalışma bölgelerinde de en fazla yaz mevsiminde etkilidir, kış mevsiminde ise negatiftir. Bu durum bize bitki alanlarının kent iklimi üzerindeki olumlu etkisini açık bir şekilde göstermektedir. Yaz aylarında bitkisel alanlar sıcaklık artışını yavaşlatırken, kış aylarında ise sıcaklığın şiddetli düşüşünü engellemeye yardımcı olmaktadır. Genel olarak belirlenen UHI etkisi ile kent büyüklüğü ilişkisi incelendiğinde, kent büyüdükçe UHI etkisinin büyüklüğünün arttığı söylenebilir. Bu çalışmada elde edilen sonuçların Türkiye'nin en hızlı kentleşen illerinden olan Antalya başta olmak üzere Batı Akdeniz Bölgesi'nin gelişimi planlanırken kullanılabileceği ve her üç kent için de en uygun koşulların oluşturulmasına katkı sağlayabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
The world has entered into a rapid urbanization process in the past 60 years. In 1950, more than 70% of the world population lived in rural areas and less than 30% in urban areas. This ratio shifted in favor of the urban and population living in urban areas was more than the rural in 2007. Technological developments have accelerated with the rapid increase in world population and urbanization. This situation negatively affects the global climate. The global average surface temperature has increased continuously since the 19th century. Urbanization and climate change on a global scale affects the urban climate and this leads to warmer urban areas than surrounding rural areas. This change in the urban climate has negatively affects the human population living in urban areas in many aspects. Therefore, studies of urban climate have become more important nowadays.

Population has been increasing rapidly in Turkey too. The West Mediterranean Region (TR61) constitutes approximately 4% of Turkey's surface area and the urban population increases rapidly. Antalya, which is located in this region, is the Turkey's 5th largest city and it has the highest population growth rate in 2015. Antalya province is one of the most famous tourism cities of Turkey and a large number of tourists visit this city every year. Besides, greenhouse and agriculture activities are the other mainstay of the Antalya providing fruits and vegetables to other regions of Turkey. In addition, Antalya has a Mediterranean climate and the summers are very hot in this city. The increase in the air temperature that is already hot due to the Urban Heat Island (UHI) effect is not desirable. Therefore, it is important to investigate the UHI effect that has impact on the city. Isparta and Burdurthat are developing cities are also located in the same region and they have similar and different climatic and terrain features with Antalya. The analyzing of this area allows the comparison of the provinces that have different sizes and different characteristics and therefore these regions are selected as study areas. 

The objectives of this study are to examine land use/cover (LU/LC) classes, to analyze changes of Land Surface Temperatures (LST) and UHI effects and to determine the relationship between LST and LU/LC in the central districts of Antalya, Isparta and Burdur cities that are located in the West Mediterranean Region from 2001 to 2014. For this purpose, primarily LST values were calculated using thermal band of Landsat imagery. On the other hand, land use/cover classes are defined using Random Forest (RF) classification technique from Landsat imagery, NDVI, DMSP_OLS nighttime lights data and ASTER GDEM. Finally, LST and LU/LC classes are analyzed together and UHI effects are determined. In addition, analyzing the seasonal variation of the UHI effect is important in this region when the seasonal characteristics of the Mediterranean region and the population differences between the summer and winter were considered. For this purpose, urban and vegetation areas are identified using the DMSP_OLS nighttime lights data, emissivity image, and ASTER GDEM and UHI effects are investigated by using Landsat 8 OLI/TIRS satellite imagery that belongs to different seasons (December, March, June and October). 

The obtained results indicate that the LU/LC maps were generated successfully using RF classification technique, using additional bands during the classification had been shown to improve RF classification accuracy up to 11%. When the relationship between the LST values and LU/LC classes were observed, it can be stated that the lowest LST values are analyzed in water and vegetation areas, the highest LST values are observed in bare-land, urban, industry and dry agriculture areas. When the UHI effect between the years 2001 and 2014 is examined, it was detected that in Antalya the UHI effect was increased about1.2°C and it was most effective in summer and least effective in winter seasons. In the same period, the UHI effect decreased 0.6°C in Isparta and it was not changed in Burdur. According to seasonally examination, the UHI effect was most effective in summer season while it was negative in winter season in the selected study areas of Isparta and Burdur. This situation shows the positive impact of the vegetation areas on the urban climate clearly. Vegetation areas slow the growth temperature during the summer months and it helps prevent the severe temperature decline during the winter months. In general, when the relationship between the determined UHI effects and urban size were analyzed, it can be stated that the UHI effect increases with urban growth. The results obtained in this study can be used when planning the West Mediterranean Region development particularly the city of Antalya, which is one of the most rapidly urbanized cities of Turkey and this study, can make a contribution to generate most proper conditions for three urban areas.