Detection of urban expansion and its impact on land surface temperatures in kirkuk, Iraq, using remote sensing and GIS

Abstract

This research applied Landsat 5 TM and Landsat 8 OLI for evaluating land use/land cover change of urban expansion in the city of Kirkuk north of Iraq and its impact on land surface temperature. Estimation of the land surface temperature distribution and its relation to existing land use types are very significant to the investigation of the urban microclimate, spatial Mono-window algorithm model was used for determining land surface temperature with GIS techniques to study and for three year periods. Two Landsat 5 TM images were obtained in August 1992, July 2006 and one Landsat 8 OLI image was obtained in July 2016. In this study supervised classification techniques was applied to classify different land cover types and the land surface temperature was obtained by computing the brightness temperature from the satellite sensor. The results displayed that between 1992 and 2016, there was a great change occurred in the between land cover types such as open land is decreased from 64.92% in 1992 to 32.13% in 2016 and while the built up increased from 14.61% in 1992 to 35.06% 2016, and vegetation land increased to 24.18% in the period of study, While many people have returned to Kirkuk after 2003 Saddam Hussein regime fell, urban expansion recent in this study area related to the factors of change political and economic. The lowest LST readings were taken from the water and vegetation lands with values of 35oC, 37oC in 1992, 32oC, 33oC in 2006, 35oC, 36oC in 2016. The barren lands recorded the highest temperature of 44oC, 38oC and 46oC, for the three years 1992, 2006 and 2016, respectively. An important note in this study is the fact that urban surface fraction was found to be cooler than the surrounding areas such as barren and open lands. In this study, this is detected by the LST analysis conducted. On the other hand, there is a significant negative correlation between LST and NDVI and them having derived correlation of the values of -0.78, -0.69 and 0.55 for 1992, 2006 and 2016 respectively. Conclusively, remote sensing data and GIS proved to be very effective in studying and observing the relationship between urban development and land surface temperature. Recommendations were made to encourage the expansion of urban surfaces into the barren and open lands.

Bu araştırma, Irak'ın kuzeyinde Kerkük kentinde kentsel genişlemenin arazi kullanım / arazi örtüsünün değişimini ve arazi sıcaklığı üzerindeki etkisini değerlendirmek için Landsat 5 TM ve Landsat 8 OLI'yi kullanılarak yürtülmüştür. Arazi yüzey sıcaklığı dağılımının tahmini ve mevcut arazi kullanım tipleri ile olan ilişkisi, kentsel mikro iklimin araştırılması için çok önemlidir; arazi yüzey sıcaklığını belirlemek için CBS teknikleri ile üç yıl boyunca mekansal dağılım algoritması modeli kullanılmıştır. Ağustos 1992, Temmuz 2006'da iki Landsat 5 TM görüntüsü elde edilmiş ve Temmuz 2016'da bir Landsat 8 OLI görüntüsü elde edilmiştir. Bu çalışmada, farklı arazi örtü tiplerini sınıflandırmak için farklı sınıflandırma teknikleri uygulanmış ve uydu sensörü aracılığıyla yansıma sıcaklığı hesaplanarak arazi yüzey sıcaklığı elde edilmiştir. Sonuçlar, 1992 ile 2016 yılları arasında, açık ve kapalı alanlar arasında %64,92 den %32,13' e bir düşüşle büyük bir değişimin olduğunu gösterirken, yapılaşma oranında 1992 den 2016 yılına %14,61 den %35,06'a bir artış olduğunu göstermiştir. Diğer yandan vejetasyon altındaki alanlarda %24.18 artış olmuştur. En düşük LST değerleri, su ve vejetasyon bölgelerinden 1992'de 35oC, 37oC , 32oC, 33oC 2006'da 35oC, 36oC 2016'da alınmıştır. Çorak topraklarda 1992, 2006 ve 2016 yıllarına ait üç yıllık sürede en yüksek sıcaklık değerleri sırasıyla 44oC, 38oC ve 46oC olarak gerçekleştiği saptanmıştır. Bu çalışmada önemli bir husus, kentsel yüzey fraksiyonunun kısır ve açık araziler gibi çevreden daha serin olduğu bulunmasıdır. Bu bulgu LST analizi ile tespit edilmiştir. Öte yandan, LST ve NDVI arasında anlamlı bir negatif korelasyon bulunmuş ve bunların sırasıyla 1992, 2006 ve 2016 için -0,78, -0,69 ve -0,55 değerlerinin türetilmiş korelasyon değerlerine sahip oldukları tespit edilmiştir. Sonuç olarak, uzaktan algılama verileri ve CBS, kentsel gelişme ile arazi sıcaklığı arasındaki ilişkiyi incelemek ve gözlemlemede çok etkili olduğu kanıtlamıştır. Bu çalışma ile kentsel alanların kısır ve açık arazilere genişlemesini teşvik etmek için öneriler yapılmıştır.