DOI: https://doi.org/10.2478/jlecol-2026-0015
تاريخ النشر: 2026-02-14
المؤلف: Kajesh Gadekar وآخرون
الموضوع الرئيسي: تخفيف تأثير الجزر الحرارية الحضرية
نظرة عامة
تجري هذه الدراسة تحليلًا مكانيًا وزمنيًا مفصلًا لدرجة حرارة سطح الأرض في الليل (LST) وشدة جزيرة الحرارة الحضرية (UHII) في كويمباتور من 2001 إلى 2022، كاشفة عن اتجاهات تدفئة ملحوظة وتأثيرات حرارة حضرية متزايدة. زادت درجة حرارة سطح الأرض في المناطق الحضرية في الليل من 21.4 °م في 2001 إلى 23.7 °م في 2019، بينما شهدت المناطق الريفية ارتفاعًا من 20.5 °م إلى 22.5 °م. اتسع الفرق في درجة حرارة سطح الأرض بين المناطق الحضرية والريفية بعد عام 2016، مع تسجيل درجة حرارة قصوى بلغت 26.8 °م. أشار تحليل كيندال إلى اتجاه تدفئة أقوى في المناطق الحضرية (τ = 0.593) مقارنة بالمناطق الريفية (τ = 0.429). أبرز التحليل الموسمي تصاعد شدة UHII، خاصة في فصل الشتاء، مع تجمع ملحوظ لمناطق درجة حرارة سطح الأرض العالية كما يتضح من زيادة قيم مؤشر موران.
تؤكد النتائج على الطبيعة المستمرة والمتطورة لظاهرة UHI في كويمباتور، المدفوعة بالتوسع الحضري وتغيرات استخدام الأراضي. تؤكد الدراسة على الحاجة إلى استراتيجيات حضرية تتكيف مع المناخ، مثل التشجير الحضري والمواد العاكسة، للتخفيف من الإجهاد الحراري وتعزيز المرونة في المدن التي تنمو بسرعة. من خلال تقديم تقييم طويل الأجل وربط التحضر بتعزيز UHI، تملأ هذه الأبحاث فجوة حاسمة في فهم الديناميات الحرارية الحضرية في المدن الهندية المتوسطة الحجم وتقدم رؤى قابلة للتنفيذ للتخطيط الحضري والتدخلات السياسية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على التحدي البيئي الكبير الذي تطرحه ظاهرة جزيرة الحرارة الحضرية (UHI)، خاصة في سياق التحضر السريع. تشير UHI إلى الفروق في درجات الحرارة بين المناطق الحضرية والريفية، والتي يقودها بشكل أساسي الأنشطة البشرية، وتغيرات الغطاء الأرضي، وانخفاض الغطاء النباتي. تفاقم هذه الظاهرة من عدم الراحة الحرارية، وتزيد من الطلب على الطاقة، وتزيد من مخاطر الصحة العامة، خاصة خلال أحداث الحرارة الشديدة. بينما تم إجراء أبحاث واسعة حول UHI في المدن الكبرى العالمية، هناك فجوة ملحوظة في الدراسات التي تركز على المدن الهندية المتوسطة الحجم مثل كويمباتور، التي تواجه ظروف مناخية وجغرافية فريدة.
تؤكد الورقة على الحاجة إلى تقييم شامل لديناميات UHI في كويمباتور، نظرًا لتصنيعها السريع ونمو سكانها. تهدف الدراسة إلى تحليل درجة حرارة سطح الأرض في الليل (LST) وشدة UHI على مدى عقدين (2001-2022) باستخدام اختبارات الاتجاه الإحصائية وتقنيات الارتباط الذاتي المكاني. من خلال معالجة التباين الزمني المكاني طويل الأجل لشدة UHI، تسعى الأبحاث إلى تقديم رؤى حول مرونة المدن وإبلاغ استراتيجيات التكيف المستهدفة. من المتوقع أن تسهم النتائج في التخطيط الحضري المستدام، خاصة في المناطق التي تشهد تحضرًا سريعًا في تاميل نادو، مما يعزز الفهم لتأثيرات UHI بعيدًا عن التركيز على المدن الكبرى.
الطرق
تبحث قسم المنهجية في الدراسة ظاهرة جزيرة الحرارة الحضرية (UHI) في كويمباتور من خلال تحليل تباينها الزمني والمكاني عبر مواسم مختلفة، وخاصة الصيف والشتاء. تحدد الأبحاث المناطق داخل المدينة التي تعاني من عدم الراحة الحرارية، باستخدام نهج منهجي موضح في مخطط انسيابي (الشكل 2). تستخدم الدراسة منتجين رئيسيين من MODIS: MOD11A2 وMCD12Q1، المستمدين من مركز الأرشيف النشط الموزع لعمليات الأراضي التابعة لناسا (LP DAAC).
يوفر منتج MOD11A2 بيانات درجة حرارة سطح الأرض (LST) بدقة مكانية تبلغ 1 كم مع دقة زمنية مركبة مدتها 8 أيام، وهو أمر حاسم لتقدير تباينات LST الموسمية والسنوية وحساب شدة جزيرة الحرارة الحضرية السطحية (SUHI). في حين يقدم منتج MCD12Q1 تصنيف الغطاء الأرضي السنوي بدقة 500 م بناءً على مخطط برنامج الجغرافيا الحيوية الدولية (IGBP)، مما يسمح بالتفريق بين المناطق الحضرية وغير الحضرية. معًا، تسهل هذه البيانات تحليلًا شاملاً للديناميات الزمنية المكانية للبيئات الحرارية الحضرية وعلاقتها بتغيرات استخدام الأراضي والغطاء الأرضي في كويمباتور.
النتائج
تكشف نتائج الدراسة حول درجة حرارة سطح الأرض (LST) في كويمباتور من 2001 إلى 2022 عن تباينات حرارية ملحوظة بين المناطق الحضرية والريفية، حيث تظهر المراكز الحضرية باستمرار درجات حرارة أعلى. تراوحت درجة حرارة سطح الأرض السنوية المتوسطة من 16.7 °م إلى 26.8 °م، مع ذروات ملحوظة في 2016 و2019. تشير التحليلات إلى اتجاه تدفئة، خاصة في أشهر الصيف، حيث وصلت درجة حرارة سطح الأرض المتوسطة القصوى إلى 26.8 °م في 2016. كما تظهر البيانات زيادة تدريجية في درجة حرارة سطح الأرض في الليل، من حوالي 20.5 °م في 2006 إلى 22.6 °م في 2019، مما يشير إلى تعزيز التدفئة الليلية، التي يقودها على الأرجح التوسع الحضري وتأثير جزيرة الحرارة الحضرية (UHI).
توسط الفرق في درجة حرارة سطح الأرض بين المناطق الحضرية والريفية حوالي 1 °م طوال فترة الدراسة، مع تجربة المناطق الحضرية زيادة أكثر وضوحًا في درجات الحرارة مقارنة بالمناطق الريفية. ارتفعت درجة حرارة سطح الأرض الحضرية من 21.4 °م في 2001 إلى 23.7 °م في 2019، بينما شهدت المناطق الريفية زيادة أكثر تواضعًا من 20.5 °م إلى 22.5 °م. تؤكد النتائج على الحاجة إلى تخطيط حضري مستهدف واستراتيجيات تتكيف مع المناخ لمعالجة الإجهاد الحراري المتزايد في كويمباتور، خاصة خلال أشهر الصيف، للتخفيف من آثار تأثير UHI على الصحة العامة وطلب الطاقة.
المناقشة
تناقش الورقة البحثية شدة جزيرة الحرارة الحضرية (UHI) وآثارها في مدينة كويمباتور، تاميل نادو، الهند، وهي مركز صناعي كبير يشهد نموًا سريعًا في السكان. منطقة الدراسة، التي توسعت بشكل كبير منذ إنشائها، تعاني من مناخ السافانا الاستوائية الذي يتميز بمواسم رطبة وجافة متميزة. يتم تحديد شدة UHI كفرق في درجة حرارة سطح الأرض (LST) بين المناطق الحضرية والريفية، مع الإشارة إلى أن شدة UHI السنوية المتوسطة تتراوح من 0.77 °م إلى 1.65 °م على مدى السنوات من 2001 إلى 2022. من الجدير بالذكر أن شدة UHI أعلى في الصيف مقارنة بالشتاء، مع اتجاه عام نحو الزيادة في شدة UHI في الشتاء، بينما تظهر شدة UHI في الصيف والسنوية تباينًا دون اتجاه واضح.
تستخدم التحليلات اختبار مان-كيندال ومقدر ميل ثايل-سين لتقييم الاتجاهات في LST وشدة UHI، كاشفة عن تدفئة ملحوظة في المناطق الحضرية، حيث تظهر درجة حرارة سطح الأرض الحضرية اتجاهًا إيجابيًا قويًا (Kendall’s τ = 0.593، p < 0.0001). بالمقابل، لا تظهر شدة UHI في الصيف اتجاهًا ملحوظًا، مما يشير إلى تقلبات تتأثر بعوامل مناخية وحضرية متنوعة. تؤكد الدراسة على الحاجة الملحة للتخطيط الحضري المستجيب للمناخ في كويمباتور، خاصة لمعالجة الإجهاد الحراري الحضري المتزايد، خاصة خلال أشهر الشتاء. يكشف مؤشر UHI، الذي يقوم بتطبيع LST عبر منطقة الدراسة، عن توزيع مكاني عشوائي لشدة UHI، مع تركيز أعلى القيم في النوى الحضرية، مما يبرز ضرورة استراتيجيات التخفيف المستهدفة لمكافحة تأثير UHI.
القيود
تسلط قسم القيود الضوء على عدة تحديات حاسمة مرتبطة ببيانات درجة حرارة سطح الأرض (LST) المستمدة من الأقمار الصناعية، وخاصة من MODIS. بينما تكون هذه البيانات فعالة في التقاط الأنماط الحرارية الواسعة المكانية والزمنية، قد لا تعكس دقتها المكانية بشكل كافٍ المناخات الدقيقة المعقدة الموجودة في المناطق الحضرية ذات الكثافة السكانية العالية. علاوة على ذلك، يمكن أن تؤدي الافتراضات المتعلقة بالانبعاثية في خوارزمية الاسترجاع إلى تحيزات، خاصة عند التعامل مع أسطح متنوعة مثل الغطاء النباتي والمياه والمواد غير النفاذة.
بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تؤثر العوامل الجوية، بما في ذلك تقلبات بخار الماء وتركيزات الهباء الجوي، سلبًا على دقة قياسات LST، حتى بعد تطبيق تصحيحات جوية قياسية. تؤكد هذه الشكوك على ضرورة التحقق من صحة البيانات في الموقع ودمج مجموعات بيانات عالية الدقة أو متعددة المستشعرات في الأبحاث المستقبلية لتعزيز دقة التقييمات الحرارية الحضرية.
DOI: https://doi.org/10.2478/jlecol-2026-0015
Publication Date: 2026-02-14
Author(s): Kajesh Gadekar et al.
Primary Topic: Urban Heat Island Mitigation
Overview
This study conducts a detailed spatio-temporal analysis of nighttime Land Surface Temperature (LST) and Urban Heat Island Intensity (UHII) in Coimbatore from 2001 to 2022, revealing significant warming trends and intensifying urban heat effects. Urban nighttime LST increased from 21.4 °C in 2001 to 23.7 °C in 2019, while rural areas saw a rise from 20.5 °C to 22.5 °C. The urban-rural LST differential widened post-2016, with a peak LST of 26.8 °C recorded. Kendall’s tau analysis indicated a stronger warming trend in urban areas (τ = 0.593) compared to rural zones (τ = 0.429). Seasonal analysis highlighted a progressive intensification of UHII, particularly in winter, with significant clustering of high LST zones as indicated by increasing Moran’s Index values.
The findings underscore the persistent and evolving nature of UHI in Coimbatore, driven by urban expansion and land use changes. The study emphasizes the need for climate-adaptive urban strategies, such as urban greening and reflective materials, to mitigate thermal stress and enhance resilience in rapidly growing cities. By providing a long-term assessment and linking urbanization to UHI intensification, this research fills a critical gap in understanding urban thermal dynamics in mid-sized Indian cities and offers actionable insights for urban planning and policy interventions.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the significant environmental challenge posed by the Urban Heat Island (UHI) effect, particularly in the context of rapid urbanization. UHI refers to the temperature differences between urban and rural areas, primarily driven by human activities, land cover changes, and reduced vegetation. This phenomenon exacerbates thermal discomfort, increases energy demands, and heightens public health risks, especially during extreme heat events. While extensive research has been conducted on UHI in major global cities, there is a notable gap in studies focusing on mid-sized Indian cities like Coimbatore, which experience unique climatic and geographic conditions.
The paper emphasizes the need for a comprehensive assessment of UHI dynamics in Coimbatore, given its rapid industrialization and population growth. The study aims to analyze nighttime land surface temperature (LST) and UHI intensity over two decades (2001-2022) using statistical trend tests and spatial autocorrelation techniques. By addressing the long-term spatiotemporal variability of UHI intensity, the research seeks to provide insights into urban resilience and inform targeted adaptation strategies. The findings are expected to contribute to sustainable urban planning, particularly in rapidly urbanizing regions of Tamil Nadu, thereby enhancing understanding of UHI effects beyond the focus on megacities.
Methods
The methodology section of the study investigates the Urban Heat Island (UHI) phenomenon in Coimbatore by analyzing its temporal and spatial variations across different seasons, specifically summer and winter. The research identifies zones within the city that experience thermal discomfort, utilizing a systematic approach illustrated in a flowchart (Fig. 2). The study employs two primary MODIS products: MOD11A2 and MCD12Q1, sourced from the NASA Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC).
The MOD11A2 product provides Land Surface Temperature (LST) data at a spatial resolution of 1 km with an 8-day composite temporal resolution, which is crucial for estimating seasonal and annual LST variations and calculating Surface Urban Heat Island (SUHI) intensity. Meanwhile, the MCD12Q1 product offers annual land cover classification at a 500 m resolution based on the International Geosphere-Biosphere Programme (IGBP) scheme, allowing for the differentiation between urban and non-urban areas. Together, these datasets facilitate a comprehensive analysis of the spatiotemporal dynamics of urban thermal environments and their relationship with land use and land cover changes in Coimbatore.
Results
The results of the study on Land Surface Temperature (LST) in Coimbatore from 2001 to 2022 reveal significant thermal variations between urban and rural areas, with urban centers consistently exhibiting higher temperatures. The average annual LST ranged from 16.7 °C to 26.8 °C, with notable peaks in 2016 and 2019. The analysis indicates a warming trend, particularly pronounced in summer months, where maximum mean LST reached 26.8 °C in 2016. The data also show a gradual increase in mean night-time LST, from approximately 20.5 °C in 2006 to 22.6 °C in 2019, suggesting an intensification of nocturnal warming, likely driven by urban expansion and the urban heat island (UHI) effect.
The urban-rural LST differential averaged around 1 °C throughout the study period, with urban areas experiencing a more pronounced increase in temperatures compared to rural regions. Urban LST rose from 21.4 °C in 2001 to 23.7 °C in 2019, while rural areas saw a more modest increase from 20.5 °C to 22.5 °C. The findings underscore the need for targeted urban planning and climate-adaptive strategies to address the escalating thermal stress in Coimbatore, particularly during summer months, to mitigate the impacts of the UHI effect on public health and energy demand.
Discussion
The research paper discusses the Urban Heat Island (UHI) intensity and its implications in Coimbatore City, Tamil Nadu, India, a significant industrial hub with a rapidly growing population. The study area, which has expanded significantly since its establishment, experiences a tropical savanna climate characterized by distinct wet and dry seasons. The UHI intensity is quantified as the difference in land surface temperature (LST) between urban and rural areas, with findings indicating an average annual UHI intensity ranging from 0.77 °C to 1.65 °C over the years 2001 to 2022. Notably, the UHI intensity is higher in summer compared to winter, with a general upward trend observed in winter UHI intensity, while summer and annual UHI intensities exhibit variability without a clear trend.
The analysis employs the Mann-Kendall test and the Theil-Sen slope estimator to assess trends in LST and UHI intensity, revealing significant warming in urban areas, with urban LST showing a strong positive trend (Kendall’s τ = 0.593, p < 0.0001). Conversely, summer UHI intensity shows no significant trend, indicating fluctuations influenced by various climatic and urban factors. The study underscores the critical need for climate-responsive urban planning in Coimbatore, particularly to address the intensifying urban thermal stress, especially during winter months. The UHIindex, which normalizes LST across the study area, reveals a random spatial distribution of UHI intensity, with the highest values concentrated in urban cores, emphasizing the necessity for targeted mitigation strategies to combat the UHI effect.
Limitations
The section on limitations highlights several critical challenges associated with satellite-derived Land Surface Temperature (LST) data, particularly from MODIS. While these data are effective in capturing broad spatial and temporal thermal patterns, their spatial resolution may inadequately reflect the intricate microclimates found in densely populated urban areas. Furthermore, the assumptions regarding emissivity in the retrieval algorithm can lead to biases, especially when dealing with diverse surfaces such as vegetation, water, and impervious materials.
Additionally, atmospheric factors, including fluctuations in water vapor and aerosol concentrations, can adversely affect the accuracy of LST measurements, even after standard atmospheric corrections are applied. These uncertainties underscore the necessity for in-situ validation and the incorporation of high-resolution or multi-sensor datasets in future research to enhance the precision of urban thermal evaluations.