V rámci projektu UrbanAdapt proběhlo opakované letecké snímkování pomocí letecké laboratoře provozované Oddělením dálkového průzkumu Země (DPZ), Ústavu výzkumu globální změny AV ČR, v. v. i. Pro město Brno byl zpracován: (i) digitální 3D model území; (ii) klasifikace typů pokryvu; a (iii) teplotní mapa.

Digitální 3D model území

Vstupní data pro tvorbu digitálního 3D modelu území byla pořízena 22. 9. 2015 s využitím leteckého laserového skenování s prostorovým rozlišením 5 bodů na 1 m². Tato data byla následně zpracována v pěti krocích: 1) odstranění šumových bodů, 2) filtrace bodů terénu, 3) klasifikace bodového mračna, 4) interpolace modelu terénu, 5) interpolace modelu povrchu.

Model terénu (DTM) mapuje nadmořskou výšku holého terénu. Lze v něm tedy studovat výškové rozdíly v katastru města Brna (viz Obr. 1). Průměrná nadmořská výška dle našich dat je 330 m.n.m., minimální a maximální hodnoty jsou 190 a 551 m.n.m. Z modelu terénu jsou odvozeny i další veličiny, například sklon svahů a jejich orientace. Orientace svahů k jihu či severu má svůj vliv na radiační bilanci a teplotní režim. Pomocí modelu povrchu lze analyzovat tvar, velikost a rozmístění střech jednotlivých domů. Neméně důležitým produktem jsou osvitové poměry - pro každý pixel jsme schopni určit, kolik přímého slunečních záření na něj dopadá v průběhu dne, což je opět veličina s přímou vazbou na teplotní režim.

Při studiu faktorů ovlivňujících teplotní režim města v rámci projektu UrbanAdapt bylo pracováno s klasifikací pokryvu v zájmovém území, která je sestavena na základě všech letecky pořízených dat (viz níže). Klíčovou roli zde přitom hraje právě digitální 3D model. Informace o výšce objektů, v něm obsažená, napomáhá rozlišit jednotlivé umělé i přírodní povrchy jako jsou budovy a silnice, trávníky a vyšší vegetace, a podobně. Digitální 3D model je využit při mapování vegetace, která je důležitým prvkem městského ekosystému s kladným efektem při adaptaci na zvyšující se teplotní výkyvy. Lze tedy říci, že digitální 3D model území města Brna hraje nezastupitelnou roli při analýzách teplotního režimu a chodu urbánního ekosystému obecně.

Obr. 1: Stínovaný model reliéfu holého terénu (oblast jižně od Pisáreckého tunelu).

Klasifikace typů pokryvu

Na základě hyperspektrálních leteckých snímků a vytvořeného 3D modelu území byly klasifikovány typy pokryvu v katastrálním území města Brna, a to v šesti kategoriích: (i) budovy; (ii) nízká vegetace (trávník); (iii) vysoká vegetace (stromy); (iv) cestní síť; (v) vodní plochy; a (vi) stíny. Výsledná mapa ilustruje rozdílné zastoupení jednotlivých tříd v městských částech (1-28; viz Obr. 2). Zatímco v MČ situovaných v severní a severozápadní části KÚ Brna je hojně zastoupen les (např. MČ 5, 21, 28), v jihovýchodní části převládá nízká vegetace (např. MČ 19, 27). MČ 25 má nejvyšší zastoupení umělých povrchů (viz Obr. 2).

Obr. 2: Klasifikace typů pokryvu území katastru Brna a procentuální zastoupení tříd v jednotlivých městských částech. Třída stíny není z důvodu měřítka mapy rozlišitelná.

Tepelný ostrov a teplotní mapa

Teplotní mapa byla získána z hyperspektrálního snímkování území města Brna 7. února 2015 a 7. července 2015. Vstupní data byla během následného zpracování podrobena: (i) radiometrické korekci; (ii) atmosferické korekci a výpočtu teplotních charakteristik; (iii) georeferencování. Mapa teploty povrchů v létě (viz Obr. 3) ukazuje, že během vln horka může teplota umělých povrchů přesáhnout až 70°C. Rozdíl teploty mezi umělými a přírodními povrchy dokumentuje rovněž Obr. 3C, který zachycuje teplotu hřiště s umělou a přírodní trávou. Rozdíl teplot zde přesahuje 25°C.

Obr. 3A: Teplota povrchů v Brně 7. července 2015.

Obr. 3B: Chod teploty v průřezu městem (viz Obr. 3A) dokumentuje zvýšenou teplotu v oblastech husté zástavby.

Obr. 3C: Teplota hřiště s umělou a přírodní trávou.

Tepelný ostrov města

Efekt klimatické změny je umocněn ve městech fenoménem, který se jmenuje „tepelný ostrov města“, který je převážně pozorován ve velkých městech a aglomeracích. Základním rysem jsou výrazně vyšší teploty vzduchu v centru města než na jeho okraji, či ve venkovské okolní krajině. Hlavní příčinou je změna aktivního povrchu, kdy ve městě povrchy tvoří hlavně beton či asfalt. Teploty vzduchu zde dále zvedá odpadní teplo z klimatizací, topení a z fungování průmyslu. Vlastní geometrie města, které vytváří tzv. kaňony, zeslabuje vítr a tím pádem zmenšuje ochlazování města.

Obr. 4. Schéma tepelného ostrova města – průběh teplot během dne a noci (upraveno podle EPA: www.epa.gov).