Termal Uydu Görüntülerinden Üretilen Yer Yüzeyi Sıcaklığı ile Hava Sıcaklığı İlişkisinin Değerlendirilmesi
Evaluation of the Relationship between Land Surface Temperature Derived from Thermal Satellite Images and Air Temperature
Yazar: Türkyılmaz, Murat; Özelkan, Emre; Karaman, Muhittin
Dergi: Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi No. 20, 2020
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Remote Sensing,Land Surface Temperature,Air Temperature ; Uzaktan Algılama,Yer Yüzey Sıcaklığı,Hava Sıcaklığı

Yer Yüzeyi Sıcaklığı (YYS) yerelden küresele yeryüzündeki arazi örtüsü ve kullanımı değişimlerinin incelenmesinde anahtar parametrelerden biridir. Çalışmada Çanakkale ilinin 1984 ile 2019 yılları arasındaki her bir yıl için Temmuz ayında temin edilen 66 adet (2002, 2006, 2012, 2017 yılları haricinde) Landsat uydu görüntüsünün termal bantları kullanılarak YYS değişimi incelenmiştir. Bu çalışmada atmosferik su buharı içeriği ve hava sıcaklığı gibi girdi parametrelerine ihtiyaç duymadan çalışan Artis & Carnahan Denklemi ve tek kanal yöntemlerinden Radyatif Transfer Denklemi, Tek kanal Denklemi, Tek Pencere Denklemi olacak şekilde dört farklı yöntem ile YYS değeri hesaplanmıştır. Denklemlerin hesaplanması için Landsat uydularının termal uydu bantları, saatlik hava sıcaklık değerlerine, Normalize Edilmiş Bitki Örtüsü İndeksi (NDVI) ve atmosferik etkenler (yükselen ışınım, alçalan ışınım ve atmosferik geçirgenlik) kullanılmıştır. Çalışmadaki YYS değerleri 12 farklı yersel meteoroloji istasyonundan temin edilen eş zamanlı saatlik veriler ile kıyaslanmıştır. Çalışmayı üç basamakta olarak nitelendirerek; 1) YYS değerlerinin dört farklı yöntem ile hesaplanması, 2) Oluşturulan YYS değerlerinin doğruluğunu belirlemek için yersel meteoroloji istasyonlarının eş zamanlı hava sıcaklık verileri ile karşılaştırılması ve en başarılı olanın regresyon – korelasyon analizi ve kök ortalama karesel hata (RMSE) değerleri ile belirlenmesi ve 3) Arazi örtüsü ve arazi kullanımı ile YYS değerlerinin ilişkisinin incelenmesi. Yöntemlerin başarı sıralaması RMSE’nin minimum (RMSEmin), maksimum (RMSEmak) ve ortalama (RMSEort) değerleri dikkate alınarak Artis & Carnahan Denklemi (RMSEmin=0.83 °C, RMSEmak=12.63°C ve RMSEort=5.22°C) > Tek Pencere Denklemi (RMSEmin=1.97°C, RMSEmak=16.76°C ve RMSEort=8.16°C) > Tek Kanal Denklemi (RMSEmin=3.35°C, RMSEmak=17.67°C ve RMSEort=9.61°C) > Radyatif Transfer Denklemi (RMSEmin=3.83°C, RMSEmak=18.22°C ve RMSEort=10.08°C) şeklindedir. Benzer şekilde regresyon - korelasyon katsayısı ( R2) değerleri dikkate alınarak yöntemlerin başarı sıralaması Tek Kanal Denklemi (R2min=0, R2max=0.98 ve R2ort=0.67) > Radyatif Transfer Denklemi (R2min=0.01, R2max=0.98 ve R2ort=0.65) > Artis & Carnahan Denklemi (R2min=0.04, R2max=0.96 ve R2ort=0.62) > Tek Pencere Denklemi (R2min=0.01, R2max=0.98 ve R2ort=0.59) şeklindedir. Korelasyon değerlerinin yakın çıkması en iyi başarılı belirlemede RMSE’yi daha belirleyici yapmıştır. YYS değerleri orman araziler, park alanları ve yeşil alanlarda en düşük sıcaklık değerlerine ulaşmıştır. Betonarme yapıların ve asfalt alanların bulunduğu kent alanları ve boş arazilerin bulunduğu alanlar en yüksek sıcaklık değerlerine ulaşmıştır. NDVI ile YYS arasında negatif bir korelasyon belirlenmiştir. Elde edilen bulgular termal görüntülerden üretilen YYS verisinin arazi örtüsünün ve arazi kullanımının yorumlanmasında önemli bir kaynak olduğunu göstermektedir.

Yer Yüzeyi Sıcaklığı (YYS) yerelden küresele yeryüzündeki arazi örtüsü ve kullanımı değişimlerinin incelenmesinde anahtar parametrelerden biridir. Çalışmada Çanakkale ilinin 1984 ile 2019 yılları arasındaki her bir yıl için Temmuz ayında temin edilen 66 adet (2002, 2006, 2012, 2017 yılları haricinde) Landsat uydu görüntüsünün termal bantları kullanılarak YYS değişimi incelenmiştir. Bu çalışmada atmosferik su buharı içeriği ve hava sıcaklığı gibi girdi parametrelerine ihtiyaç duymadan çalışan Artis & Carnahan Denklemi ve tek kanal yöntemlerinden Radyatif Transfer Denklemi, Tek kanal Denklemi, Tek Pencere Denklemi olacak şekilde dört farklı yöntem ile YYS değeri hesaplanmıştır. Denklemlerin hesaplanması için Landsat uydularının termal uydu bantları, saatlik hava sıcaklık değerlerine, Normalize Edilmiş Bitki Örtüsü İndeksi (NDVI) ve atmosferik etkenler (yükselen ışınım, alçalan ışınım ve atmosferik geçirgenlik) kullanılmıştır. Çalışmadaki YYS değerleri 12 farklı yersel meteoroloji istasyonundan temin edilen eş zamanlı saatlik veriler ile kıyaslanmıştır. Çalışmayı üç basamakta olarak nitelendirerek; 1) YYS değerlerinin dört farklı yöntem ile hesaplanması, 2) Oluşturulan YYS değerlerinin doğruluğunu belirlemek için yersel meteoroloji istasyonlarının eş zamanlı hava sıcaklık verileri ile karşılaştırılması ve en başarılı olanın regresyon – korelasyon analizi ve kök ortalama karesel hata (RMSE) değerleri ile belirlenmesi ve 3) Arazi örtüsü ve arazi kullanımı ile YYS değerlerinin ilişkisinin incelenmesi. Yöntemlerin başarı sıralaması RMSE’nin minimum (RMSEmin), maksimum (RMSEmak) ve ortalama (RMSEort) değerleri dikkate alınarak Artis & Carnahan Denklemi (RMSEmin=0.83 °C, RMSEmak=12.63°C ve RMSEort=5.22°C) > Tek Pencere Denklemi (RMSEmin=1.97°C, RMSEmak=16.76°C ve RMSEort=8.16°C) > Tek Kanal Denklemi (RMSEmin=3.35°C, RMSEmak=17.67°C ve RMSEort=9.61°C) > Radyatif Transfer Denklemi (RMSEmin=3.83°C, RMSEmak=18.22°C ve RMSEort=10.08°C) şeklindedir. Benzer şekilde regresyon - korelasyon katsayısı ( R2) değerleri dikkate alınarak yöntemlerin başarı sıralaması Tek Kanal Denklemi (R2min=0, R2max=0.98 ve R2ort=0.67) > Radyatif Transfer Denklemi (R2min=0.01, R2max=0.98 ve R2ort=0.65) > Artis & Carnahan Denklemi (R2min=0.04, R2max=0.96 ve R2ort=0.62) > Tek Pencere Denklemi (R2min=0.01, R2max=0.98 ve R2ort=0.59) şeklindedir. Korelasyon değerlerinin yakın çıkması en iyi başarılı belirlemede RMSE’yi daha belirleyici yapmıştır. YYS değerleri orman araziler, park alanları ve yeşil alanlarda en düşük sıcaklık değerlerine ulaşmıştır. Betonarme yapıların ve asfalt alanların bulunduğu kent alanları ve boş arazilerin bulunduğu alanlar en yüksek sıcaklık değerlerine ulaşmıştır. NDVI ile YYS arasında negatif bir korelasyon belirlenmiştir. Elde edilen bulgular termal görüntülerden üretilen YYS verisinin arazi örtüsünün ve arazi kullanımının yorumlanmasında önemli bir kaynak olduğunu göstermektedir.