Examination of the Relationship Between Land Use/Cover Change with Surface Temperature (Case Study of the City of Maragheh in 2000, 2010 and 2020)

Document Type : Original Article

Authors
1 Professor, Department of Physical Geography, (Geomorphology), University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
2 PhD Student in Departmen of Physical Geography, (Geomorphology), University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran
3 PhD in Geomorphology, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil. Iran
10.22034/eiat.2024.231054
Abstract
In this study, land use and land cover changes in Maragheh County for the years, 2010, and 2020 were investigated using remote sensing and GIS. In, land use and land cover were classified into 7 classes, while in 2010 and 2020, due to the establishment of a glass manufacturing factory and the separation of its wastewater from other water sources, the classes were classified into 8 classes: water, glass factory wastewater, bare land, snow, human-made construction, irrigated agricultural land, and rainfed cultivation. The results indicate an increase or decrease in some of these classes over time. Human-made construction had an area of 31.63 square kilometers in, which increased to 74.75 square kilometers in 2010 and 188.87 square kilometers in 2020, indicating an increase in human construction activities. The glass manufacturing factory, which contains toxic substances, has caused damage to the surrounding farmers in previous years due to the diversion of its channel. In, it did not exist at all, but in 2010, its wastewater area reached 0.94 square kilometers, and in 2020, it expanded to 1.31 square kilometers. The information obtained from detecting land use and land cover changes can provide optimal solutions for selecting, planning, implementing, and monitoring development projects to meet the increasing human demands and effectively manage land resources.

2. Methods and Material
In this study, Landsat 8 OLI sensor images were used for the year 2020, and Landsat 5 TM satellite images were used for the years 2010 and. The images were acquired in the summer season of January (Khordad) and July (Tir) to avoid high cloud and snow cover and to capture the peak growth of vegetation in this region during these months. The supervised classification method and the maximum likelihood algorithm were used for land use and land cover classification for the years, 2010, and 2020. The images were accessed through the powerful Google Earth Engine platform. This platform was chosen because 1) the Landsat 8 and Landsat 5 images in this platform have been atmospherically and radiometrically corrected, 2) instead of downloading an image with approximately 1 GB in size, only the study area image could be downloaded with a smaller size, and 3) it saved time and avoided the difficulties of downloading and the initial corrections of the Landsat images. Additionally, the Pan Sharpening operation for Landsat 8 was also performed using this powerful platform. Then, for pixel-based classification, training samples were collected from various classes, and Google Earth data was also utilized. The maximum likelihood method was employed for classification using ENVI 5.3.1 software. Finally, the output of the classification was transferred to ArcMap 10.8 software to obtain the final results.

3. Results and Discussion
The area of these land uses in square kilometers was plotted on a graph for the study years. The largest class for all three study years was the "bare" class, with areas of 1542.17 square kilometers in 2010, 1577.90 square kilometers in 2010, and 1359.58 square kilometers in 2020. The smallest class was the "wastewater from the glass factory," which did not exist in and had an area of 0.94 square kilometers in 2010 and 1.31 square kilometers in 2020, indicating that as the factory expanded, it occupied more land for wastewater purposes. One of the most important classes in this study was "human settlements." In, the area of this land use was 31.63 square kilometers, accounting for 1.4% of the total area. In 2010, it increased to 74.75 square kilometers, representing 3.49% of the total area, and in 2020, it reached 188.87 square kilometers, equivalent to 8.83% of the total area. This indicates that with population growth and the establishment of factories and industrial estates, the area and percentage of this land use increased from to 2020. Snow coverage in this region also played a role, particularly in the Sofi Chay watershed, where the Alvian Dam is located, as well as in the Mardagh Chay watershed, which flows into Lake Urmia, affecting the region's groundwater and agricultural activities. In, the snow-covered area was 8.69 square kilometers, and in 2010, due to the image being taken in July instead of January, closer to the warm season, it was 37.43 square kilometers, indicating an increase in snowfall in that year. In 2020, the snow-covered area was 26.96 square kilometers. The area of rangelands in was 229.76 square kilometers, as there was no snow cover, and the mountains of Sahand had vegetation. In 2010, the rangeland area decreased to 82.80 square kilometers, as the land use was transformed into snow-covered areas. In 2020, the rangeland area reached 179.91 square kilometers
4. Conclusion
In this study, human-made land use in covered an area of 31.63 square kilometers, equivalent to 1.4% of the total area of Maragheh County. In 2010, this land use expanded to 74.75 square kilometers, accounting for 3.49% of the county's total area. By 2020, the area of human-made land use reached 188.87 square kilometers, representing 8.83% of the total county area. This indicates an upward trend over these 20 years, reflecting population growth and subsequent increase in human construction activities. Another significant change observed in the study area was the glass manufacturing factory. In, the factory itself was present without any wastewater coverage. However, in 2010, the wastewater area accounted for 0.94 square kilometers, equivalent to 0.4% of the study area. By 2020, the wastewater area increased to 1.31 square kilometers, covering 0.06% of the total area. The discharge of this wastewater has caused damage to the agricultural lands surrounding the factory due to its increase and diversion from reservoirs in previous years. The detection of changes through these technologies is made possible with less time, lower costs, and better accuracy. The present study demonstrates that remote sensing and GIS are important technologies for temporal analysis and spatial quantification of phenomena that would not be feasible through traditional mapping techniques.
Keywords: Land use
Keywords
Subjects

اسمعیل‌پور، ف.؛ سرائی، م.؛ رضایی، م. و اسمعیل‌پور، ن. 1398. پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی و تعیین الگوی رشد شهری با استفاده از مدل زنجیره‌‌ای مارکوف و تصاویر ماهواره‌‌ای چندزمانه (مورد پژوهش: شهر اراک). کاوش‌‌‌های جغرافیایی مناطق بیابانی.7(1) 113-147.
اکبری، م. و رضایی، م ر. 1397. ارزیابی تغییرات کاربری اراضی در منطقه سه کلان‌شهر اصفهان. نشریه پژوهش و برنامه‌ریزی شهری. 9 (34) 93-104.
بکائیان، ف.؛ شمسی‌پور، ع ا. و علی خواه‌اصل، م. 1399. پایش روند تغییرات کاربری اراضی با تاکید بر توسعه فیزیکی شهر تهران. علوم و تکنولوژی محیط زیست. 22 (1) 61-78.
جعفری، ف.؛ موذنی، م. و بدلی، ا. 1399. آینده‌پژوهی تغییرات کاربری اراضی شهری در کلان‌شهر تبریز. 10(2): 1-22.
حق‌بین، م. و دریاباری، ج. 1396. بررسی تغییر کاربری اراضی شهری (مطالعه موردی منطقه 1 شهر تهران). نگرش‌‌‌های نو در جغرافیای انسانی.9 (4) 111-119.
رجب‌زاده، ف. 1395. تغییرات کاربری اراضی جنوب غرب تهران با استفاده از تکنیک سنجش از دور و زنجیره مارکوف. نشریه حفاظت منابع آب و خاک. 6 (2) 59-70.
رضایی، م ر. و رحیمی، ا. 1392. بررسی علل تغییر کاربری اراضی در طرح‌‌‌های تفضیلی شهری و تاثیر آن بر خدمات شهری (مطالعه موردی: شهر مرودشت). پژوهش و برنامه‌ریزی شهری.4 (13) 77-96.
سبزقبایی، غ.؛ راز، س.؛ دشتی، س. و یوسفی خانقاه، ش. 1396. مطالعه تغییرات کاربری اراضی به کمک سامانه اطلاعات جغرافیایی و تکنیک‌‌‌های سنجش از دور (مطالعه موردی: شهرستان اندیمشک). جغرافیا و توسعه. 15 (46) 35-42.
سبزقبایی، غ.؛ جعفرزاده، ک.؛ دشتی، س.؛ یوسفی خانقاه، ش. و بزم آرا بلشتی، م. 1396. آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از روش‌‌‌های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی (مطالعه موردی: شهرستان قائم شهر). علوم و تکنولوژی محیط زیست. 19 (3) 143-157.
سلیمانی، ک. 1399. آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی شهر ساری با استفاده از سنجش از دور. مطالعات ساختار و کارکرد شهری.7 (24) 57-72.
سنجری، ص. و برومند، ن. 1392. پایش تغییرات کاربری/ پوشش اراضی در سه دهه گذشته با استفاده از تکنیک سنجش از دور (مطالعه موردی: منطقه زرند استان کرمان). کاربرد سنجش از دور و GIS در علوم منابع طبیعی. 4 (1) 57-67.
فارسی، ج. و یوسفی، م. 1392. آشکارسازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از داده‌‌‌های سنجش از دور (مطالعه موردی: دشت بجنورد). 2 (7) 95-106.
عابدینی، م، بهرامی‌نیا، ف.، مصطفی‌زاده، ر.، و پاسبان، ا.ح (1402). بررسی تاثیر تغییرات کاربری اراضی در یک دوره بیست سال بر میزان فرسایش و رسوب حوضه رضی­چای. فصلنامه جغرافیا و مطالعات محیطی، 12(45) 114- 133.
عابدینی، م.؛ قلعه، ا.؛ آقازاده، ن.؛ و محمدزاده شیشه‌گران، م. (1401). پایش دمای سطح زمین و بررسی رابطه کاربری اراضی با دمای سطح با استفاده از تصاویر سنجنده OLI و TM. نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، 22(67) 393-375.
عابدینی، م.؛ محمدزاده شیشه‌گران، م.، قلعه، ا.(1401). پایش و برآورد وسعت مناطق دچار حریق بخشی از کوهستان زاگرس با استفاده از تصاویر ماهواره لندست. نشریه جغرافیا و برنامه‌ریزی محیطی. 33(4) 62 -49.
کریمی فیروزجایی، م.؛ کیاورز، م. و کلانتری، م. 1397. پایش و پیش‌بینی تغییرات کاربری اراضی و گسترش فیزیکی شهر بابل در دوره زمانی 1364-1419 با استفاده از تصاویر چندزمانه لندست. برنامه‌ریزی توسعه کالبدی.5 (7) 32-52.
مظاهری، م.؛ اسفندیاری، م.؛ مسیح‌آبادی، م. و کمالی، ا. 1392. پایش تغییرات زمانی کاربری اراضی با استفاده از تکنیک‌‌‌های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی (مطالعه موردی: جیرفت، استان کرمان). کاربرد سنجش از دور و GIS در علوم منابع طبیعی. 4 (2) 25-39.
یوسفی، م.؛ میکاییلی، ج.؛ اشرفی، ع. و نیسانی‌سامانی، ن. 1396. آشکارسازی و مدل‌سازی تغییرات کاربری اراضی با استفاده از داده‌‌‌های سنجش از دور، مدل زنجیره مارکوف و سلول‌‌‌های خودکار (مطالعه موردی: شهر بجنورد). آمایش جغرافیایی فضا.7 (27) 1-17.
درویشی، ش.؛ پور، م ر. و سلیمانی، ک. 1397. بررسی ارتباط تغییرات کاربری اراضی با دمای سطح زمین با استفاده از تصاویر ماهوارهای مطالعۀ موردی: شهرستان مریوان. فصلنامه جغرافیا و توسعه. 17(54) 143-162.
کاکه ممی، آ..؛ قربانی، ا.؛ اصغری سراسکانرود، ص.؛ قلعه، ا. و غفاری، س. 1399. بررسی رابطه تغییرات کاربری اراضی و پوشش گیاهی با دمای سطح زمین در شهرستان نمین. سنجش ‌از دور و سامانه اطلاعات جغرافیایی در منابع طبیعی، 11(2) 27-48.‎
ابراهیمی، ع.؛ صفرراد، ط. و جانبازقبادی، غ. 1402. ارزیابی تغییرات کاربری اراضی و تأثیر آن بر آلبیدوی سطحی و دمای سطح زمین مطالعه موردی: شهرهای ساری تا چالوس. جغرافیای طبیعی، 16(1) 1-14.‎
روکی، ز.؛ محمدی، ح. و زندی، ر. 1402. نقش تغییرات کاربری اراضی بر شکل‌گیری دمای سطح زمین در شهرها مطالعه موردی: شهر اصفهان. پژوهش های جغرافیای طبیعی، 55 (3) 1-17.‎
Adeyeri, O. E., Zhou, W., Laux, P., Wang, X., Dieng, D., Widana, L. A., & Usman, M. (2023). Land use and land cover dynamics: Implications for thermal stress and energy demands. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 179, 113274.
Chen, H., Deng, Q., Zhou, Z., Ren, Z., & Shan, X. (2022). Influence of land cover change on spatio-temporal distribution of urban heat island -a case in Wuhan main urban area. Sustainable Cities and Society, 79, 103715.
Erasu, D. 2017. Remote sensing-based urban land use/land cover change detection and monitoring. Journal of Remote Sensing & GIS. 6:1-5.
Hegazy, I. R. & Kaloop, M. R. 2015. Monitoring urban growth and land use change detection with GIS and remote sensing techniques in Daqahlia governorate. International Journal of Sustainable Built Environment. 4:117-124.
Lu, D., Mausel, P., Brondi´zio E. & Moran, E. 2004. Change detection techniques, INT. J. Remote Sensing. 25,
Milton, I N., & Ugur, A. 2016. Application of Open-Source Coding Technologies in the Production of Land Surface Temperature (LST) Maps from Landsat: A PyQGIS Plugin; Remote Sensing. 8, 413.
Pu, R., Gong, P., Michishita, R., & Sasagawa, T. (2006). Assessment of multi-resolution and multi-sensor data for urban surface temperature retrieval. Remote Sensing of Environment, 104(2): 211–225.
Rossi, M. L., Kremer, P., Cravotta, C. A., Scheirer, K. E., & Goldsmith, S. T. (2022). Long-term impacts of impervious surface cover change and roadway deicing agent application on chloride concentrations in exurban and suburban watersheds. Science of the Total Environment, 851, 157933.
Samal, D. R. & Gedam, S. S. 2015. Monitoring land use changes associated with urbanization: An object based image analysis approach. European Journal of Remote Sensing. 48:85-99.
Sankhala, S., & Singh, B. K. 2013. Evaluation of Urban Sprawl and Land use Land cover Change using Remote Sensing and GIS Techniques: A Case Study of Jaipur City, India. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 4:66-72.
Shahfahad, N., Naikoo, M. W., Islam, A. R. M. T., Mallick, J., & Rahman, A. 2022. Land use/land cover change and its impact on surface urban heat island and urban thermal comfort in a metropolitan city. Urban Climate, 41, 101052.
Sinha, S.; Pandey, P.C.; Sharma, L.K.; Nathawat, M.S.; Kumar, P.; & Kanga, S. 2014. Remote estimation of land surface temperature for different lulc features of a moist deciduous tropical forest region. In Remote Sensing Applications in Environmental Research; Springer: Berlin, Germany; Heidelberg, Germany: 57–68.
Tahooni, A., Kakroodi, A., & Kiavarz, M. (2023). Monitoring of land surface albedo and its impact on land surface temperature (LST) using time series of remote sensing data. Ecological Informatics, 75, 102118.
Wang, Q., & Tenhunen, J. D. (2004). Vegetation mapping with multitemporal NDVI in North Eastern China Transect (NECT). International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 6(1): 17–31.