DOI: https://doi.org/10.1007/s10661-026-15153-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41840098
تاريخ النشر: 2026-03-16
المؤلف: Shahid Mirza وآخرون
الموضوع الرئيسي: تخفيف تأثير الجزر الحرارية الحضرية
نظرة عامة
تستكشف هذه الورقة البحثية الاتجاهات الزمانية والمكانية لدرجات حرارة سطح الأرض اليومية (LST) وشدة جزر الحرارة الحضرية (SUHI) في الهند على مدار الـ 25 عامًا الماضية، مع التركيز على آثار التحضر السريع وتغير المناخ. تستخدم الدراسة اختبار مان-كيندال للدلالة الإحصائية وتحليل التباين (ANOVA) لتحليل التباين الإقليمي، حيث يتم تصنيف البيانات إلى فترتين: ما قبل COVID-19 (2000-2019) وما بعد COVID-19 (2020-2024). تكشف النتائج عن اتساع كبير في تباين متوسط LST بمقدار 7.8 °C (نهارًا) و2.3 °C (ليلًا) من 2000 إلى 2019، مع تأثير تبريد ملحوظ خلال فترة COVID-19، حيث تم تسجيل تغييرات في LST النهارية والليلية بمقدار -1.24 °C و-0.2 °C، على التوالي.
تسلط الدراسة الضوء على التباينات الإقليمية الكبيرة في اتجاهات LST، حيث تظهر منطقة الصحراء (DES) أعلى زيادة نهارية (+0.15 °C سنويًا) وتظهر غات الغربية (WG) أكبر ارتفاع ليلي (+0.07 °C سنويًا). على العكس من ذلك، تظهر مناطق الهيمالايا وترانس-هيمالايا (HTH) معدلات نمو سلبية. تتجلى زيادة SUHI بشكل خاص في المدن الواقعة ضمن سهل الهندو-غانجيتي (IGP) والمنطقة شبه الجافة (SAR) وهضبة الدكن (DP) والمنطقة الساحلية الغربية (WCR)، حيث تزداد قيم SUHI النهارية والليلية بمقدار 2-5 °C و4-7 °C، على التوالي. تؤكد الدراسة على الحاجة الملحة للتدخلات السياسية واستراتيجيات التخطيط الحضري المستدام، بما في ذلك تعزيز الغطاء الأخضر والمواد العاكسة، للتخفيف من زيادة حرارة المدن وتحسين كفاءة التبريد الليلي. يمكن أن تمتد الأبحاث المستقبلية إلى هذه المنهجيات في سياقات عالمية أخرى، مع التأكيد على أهمية استراتيجيات التكيف المناخي الخاصة بالبيوجغرافيا.
مقدمة
تسلط مقدمة الورقة البحثية الضوء على الارتفاع الكبير في درجات الحرارة العالمية، الذي تجاوز 1.2 °C منذ الثورة الصناعية، مع تعرض الهند لزيادة ملحوظة تبلغ حوالي 0.7 °C. بالمقابل، شهدت أوروبا زيادة أكثر وضوحًا في درجة حرارة سطح الأرض (LST) بمعدلات تتراوح بين 0.64-0.66 °C لكل عقد، مقارنةً بالمتوسط العالمي الذي يتراوح بين 0.26-0.34 °C لكل عقد. يُعزى التباين في تغييرات LST عبر المناطق المختلفة إلى عوامل مثل التحضر، والتصنيع، وإزالة الغابات، وتقليل الغطاء النباتي، خاصة في المناطق النامية بسرعة. من المتوقع أن تنمو نسبة السكان الحضريين في الهند من 35% إلى 40% بحلول عام 2030، مما يزيد من توليد الحرارة في البيئات الحضرية بسبب الأنشطة الصناعية وانبعاثات المركبات.
تؤكد الورقة على ظهور جزر الحرارة الحضرية (UHI)، التي تتميز بارتفاع درجات الحرارة في المناطق الحضرية مقارنةً بمحيطها الريفي، ويرجع ذلك أساسًا إلى الأسطح غير المنفذة والحرارة الناتجة عن استهلاك الطاقة. تشير الدراسة إلى تزايد تكرار موجات الحرارة وآثارها السلبية على صحة الإنسان والأنظمة البيئية. كما تشير إلى أنه على الرغم من وجود مجموعة متزايدة من الأبحاث حول ديناميات الحرارة عالميًا، إلا أن الدراسات التي تركز على المدن الهندية لا تزال محدودة. يدعو المؤلفون إلى إجراء تحليل زمني مكاني شامل لـ LST وUHI عبر الهند، خاصة في ضوء الخصائص البيوجغرافية والفيزيائية الفريدة للبلاد. تهدف الدراسة إلى تقييم الشذوذات طويلة الأجل في LST، وقياس شدة UHI في 50 مدينة رئيسية، واستكشاف تأثير العوامل البيوجغرافية على هذه الاتجاهات، بما في ذلك تأثير جائحة COVID-19 على السلوك الحراري.
طرق البحث
توضح قسم “طرق البحث” نهج الدراسة في تحليل اتجاهات درجة حرارة سطح الأرض (LST) من 2000 إلى 2024، باستخدام تقنيات الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية (GIS). يتم تقديم مخطط انسيابي لتوضيح المنهجية، التي تركز على التباينات الوطنية والإقليمية في LST وتفحص آثار التحضر وتغير المناخ على هذه الاتجاهات.
لضمان الصلاحية الإحصائية، تستخدم الدراسة عدة تقنيات تحليلية، بما في ذلك اختبار اتجاه مان-كيندال (مان، 1945) لاكتشاف الاتجاهات، ومقدّر ميل سين (غوكيتش وترايكوفيتش، 2013) لقياس حجم هذه الاتجاهات، وتحليل التباين (ANOVA) (هاويل، 1997) لتقييم الدلالة والتباين في تغييرات درجات الحرارة. تسهل هذه الأساليب مجتمعة تقييمًا قويًا للعوامل المؤثرة في تباينات LST على مدار الفترة المحددة.
النتائج
في هذا القسم، يحلل المؤلفون اتجاهات درجة حرارة سطح الأرض (LST) على مستوى الدولة والمناطق، مع التركيز على الفروق الشهرية في LST بين عامي 2000 و2019. تعتبر سنة 2019 نقطة مرجعية لتخفيف أي انحرافات محتملة ناجمة عن جائحة COVID-19. بعد هذا التحليل، يقدم المؤلفون اتجاهات LST السنوية على مدار فترة 25 عامًا، جنبًا إلى جنب مع تقييم شدة جزر الحرارة الحضرية (SUHI) لـ 50 مدينة رئيسية عبر تسع مناطق بيوجغرافية متميزة في الهند. توفر هذه النتائج نظرة شاملة على تباينات درجات الحرارة وديناميات الحرارة الحضرية في المنطقة.
المناقشة
تسلط قسم المناقشة في الورقة البحثية الضوء على نتائج مهمة تتعلق بدرجة حرارة سطح الأرض (LST) وشدة جزر الحرارة الحضرية (SUHI) عبر الهند، مع التأكيد على الارتفاع المقلق في LST بمعدل 1.8 °C لكل عقد، وهو أعلى بكثير من المتوسطات العالمية. تصنف الدراسة الهند إلى تسع مناطق بيوجغرافية، وتحلل 50 مدينة وظروفها المناخية الخاصة. تكشف أن المناطق الحضرية تشهد تسخينًا متزايدًا، خاصة في سهل الهندو-غانجيتي (IGP) وهضبة الدكن (DP)، بينما تظهر المناطق الهيمالية والشمالية الشرقية اتجاهات تبريد، ربما بسبب إعادة نمو الغطاء النباتي وعوامل مناخية فريدة.
تشير التحليلات أيضًا إلى أن جائحة COVID-19 أدت إلى تغييرات ملحوظة في أنماط LST، مع انخفاضات مؤقتة في درجات الحرارة النهارية تُعزى إلى انخفاض النشاط الصناعي وزيادة الغطاء السحابي، مما قد يكون قد خفف من بعض الحمل الحراري. تؤكد النتائج على التفاعلات المعقدة بين التحضر، وتغيرات الغطاء الأرضي، والظروف المناخية، كاشفة أنه بينما يكون التسخين النهاري شائعًا، فإن درجات الحرارة الليلية ترتفع بشكل كبير، مما يشكل مخاطر صحية ويزيد من الطلب على الطاقة. تدعو الدراسة إلى استراتيجيات تخطيط حضري عاجلة ومحددة للسياق لمعالجة آثار SUHI وتعزيز القدرة على التحمل ضد أحداث الحرارة الشديدة، خاصة في المناطق الحضرية الضعيفة.
القيود
تقدم الدراسة فحصًا شاملاً لاتجاهات درجة حرارة سطح الأرض (LST) عبر الهند، بما في ذلك التباينات البيوجغرافية الإقليمية وتأثير جزر الحرارة الحضرية (SUHI) في 50 مدينة رئيسية. ومع ذلك، تعترف بعدة قيود. أولاً، يعتمد التحليل على مجموعات بيانات MODIS بدقة مكانية تبلغ 1 كم، مما يحد من القدرة على التقاط التباين الحراري داخل المدن بدقة. وبالتالي، يتم تقديم النتائج رقميًا بدلاً من الخرائط المكانية التفصيلية.
بالإضافة إلى ذلك، على الرغم من أن منتجات LST من MODIS تخضع لعملية تحقق من دقة البيانات، إلا أنها قد تتأثر أيضًا بعدم اليقين في الاسترجاع الناجم عن الظروف الجوية أو تداخل الهباء الجوي، كما أشار فيرموت وفيرميولين (1999). لتحسين دقة قياسات LST، يُوصى بإدراج التحقق من خلال الملاحظات الأرضية أو بيانات المحطات.
DOI: https://doi.org/10.1007/s10661-026-15153-z
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41840098
Publication Date: 2026-03-16
Author(s): Shahid Mirza et al.
Primary Topic: Urban Heat Island Mitigation
Overview
This research paper investigates the spatiotemporal trends of diurnal Land Surface Temperature (LST) and Surface Urban Heat Island (SUHI) intensities in India over the past 25 years, focusing on the impacts of rapid urbanization and climate change. The study employs the Mann-Kendall test for statistical significance and ANOVA for zonal heterogeneity analysis, categorizing the data into two periods: pre-COVID-19 (2000-2019) and post-COVID-19 (2020-2024). Findings reveal a substantial widening of the mean LST variability by 7.8 °C (day-time) and 2.3 °C (night-time) from 2000 to 2019, with a notable cooling effect during the COVID-19 period, where day-time and night-time LST changes were recorded at -1.24 °C and -0.2 °C, respectively.
The study highlights significant regional variations in LST trends, with the Desert (DES) zone exhibiting the highest day-time increase (+0.15 °C year⁻¹) and the Western Ghats (WG) showing the most substantial night-time rise (+0.07 °C year⁻¹). Conversely, the Himalaya and Trans-Himalaya (HTH) zones display negative growth rates. SUHI intensification is particularly pronounced in cities within the Indo-Gangetic Plain (IGP), Semi-Arid Region (SAR), Deccan Plateau (DP), and Western Coastal Region (WCR), with day-time and night-time SUHI values increasing by 2-5 °C and 4-7 °C, respectively. The study emphasizes the urgent need for policy interventions and sustainable urban planning strategies, including enhancing green cover and reflective materials, to mitigate urban heat intensification and improve nocturnal cooling efficiency. Future research could extend these methodologies to other global contexts, emphasizing the importance of biogeography-specific climate adaptation strategies.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant rise in global temperatures, exceeding 1.2 °C since the industrial revolution, with India experiencing a notable increase of approximately 0.7 °C. In contrast, Europe has seen a more pronounced increase in land surface temperature (LST) at rates of 0.64-0.66 °C per decade, compared to the global average of 0.26-0.34 °C per decade. The variability in LST changes across different regions is attributed to factors such as urbanization, industrialization, deforestation, and reduced vegetation cover, particularly in rapidly developing areas. India’s urban population is projected to grow from 35% to 40% by 2030, exacerbating heat generation in urban environments due to industrial activities and vehicular emissions.
The paper emphasizes the emergence of Urban Heat Islands (UHI), characterized by elevated temperatures in urban areas compared to their rural surroundings, primarily due to impervious surfaces and heat generated from energy consumption. The study notes the increasing frequency of heatwaves and their adverse effects on human health and ecosystems. It also points out that while there is a growing body of research on heat dynamics globally, studies focusing on Indian cities remain limited. The authors advocate for a comprehensive spatiotemporal analysis of LST and UHI across India, particularly in light of the unique biogeographic and physiographic characteristics of the country. The study aims to assess long-term LST anomalies, quantify UHI intensities in 50 major cities, and explore the influence of biogeographic factors on these trends, including the impact of the COVID-19 pandemic on thermal behavior.
Methods
The “Methods” section outlines the study’s approach to analyzing Land Surface Temperature (LST) trends from 2000 to 2024, utilizing remote sensing and Geographic Information System (GIS) technologies. A flowchart is provided to illustrate the methodology, which emphasizes national and zonal variations in LST and examines the impacts of urbanization and climate change on these trends.
To ensure statistical validity, the study employs several analytical techniques, including the Mann-Kendall trend test (Mann, 1945) for detecting trends, Sen’s slope estimator (Gocic & Trajkovic, 2013) for quantifying the magnitude of these trends, and Analysis of Variance (ANOVA) (Howell, 1997) to evaluate the significance and variability of temperature changes. These methods collectively facilitate a robust assessment of the factors influencing LST variations over the specified period.
Results
In this section, the authors analyze land surface temperature (LST) trends at both country and zone levels, focusing on month-wise LST differences between the years 2000 and 2019. The year 2019 serves as a reference point to mitigate any potential deviations caused by the COVID-19 pandemic. Following this analysis, the authors present annual LST trends over a 25-year period, alongside the assessment of urban heat island (SUHI) intensities for 50 major cities across nine distinct biogeographic zones in India. These findings provide a comprehensive overview of temperature variations and urban heat dynamics in the region.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights significant findings regarding land surface temperature (LST) and surface urban heat island (SUHI) intensities across India, emphasizing the alarming rise in LST at a rate of 1.8 °C per decade, which is markedly higher than global averages. The study categorizes India into nine biogeographic zones, analyzing 50 cities and their respective climatic conditions. It reveals that urban areas are experiencing intensified warming, particularly in the densely populated Indo-Gangetic Plain (IGP) and Deccan Plateau (DP) zones, while the Himalayan and northeastern regions show cooling trends, likely due to vegetation regrowth and unique climatic factors.
The analysis also indicates that the COVID-19 pandemic has introduced notable changes in LST patterns, with temporary reductions in daytime temperatures attributed to decreased industrial activity and increased cloud cover, which may have mitigated some heat load. The findings underscore the complex interactions between urbanization, land cover changes, and climatic conditions, revealing that while daytime warming is prevalent, nighttime temperatures are rising significantly, posing health risks and exacerbating energy demands. The study calls for urgent, context-specific urban planning strategies to address SUHI effects and enhance resilience against extreme heat events, particularly in vulnerable urban areas.
Limitations
The study provides a thorough examination of land surface temperature (LST) trends across India, including biogeographic zonal variations and the urban heat island effect (SUHI) in 50 major cities. However, it acknowledges several limitations. Primarily, the analysis is based on MODIS datasets with a spatial resolution of 1 km, which restricts the ability to accurately capture intra-urban thermal variability. Consequently, the findings are presented numerically rather than through detailed spatial maps.
Additionally, while MODIS LST products undergo a data accuracy validation process, they may still be affected by retrieval uncertainties stemming from atmospheric conditions or aerosol interference, as noted by Vermote and Vermeulen (1999). To improve the accuracy of LST measurements, incorporating validation through ground-based observations or station data is recommended.