Spatial and temporal analysis of the LST-NDVI relationship for the study of land cover changes and their contribution to urban planning in Monte Hermoso, Argentina

Abstract

El objetivo de esta investigación fue estudiar la distribución espacial de la temperatura de superficie terrestre (TST), su relación con distintas coberturas del suelo urbano y el índice normalizado de vegetación (NDVI). El área de estudio seleccionada fue la ciudad costera de Monte Hermoso, localizada en el sudoeste de la provincia de Buenos Aires (Argentina). Para llevarlo a cabo, se procesaron imágenes satelitales LANDSAT 5 TM y 7 ETM + para el período 2008-2012 de forma estacional. Con ellas, se calculó la TST y el NDVI. Posteriormente, se realizó un reconocimiento del terreno y se aplicaron técnicas de interpretación visual para diseñar un mapa de coberturas del suelo urbano. Sobre estas, se analizó la variación de la TST y el NDVI a través del trazado de cuatro transectos orientados en sentido latitudinal y longitudinal. Cada una de las coberturas identificadas presentaron un comportamiento particular de los parámetros calculados. Por otro lado, se observaron resultados significativos de la relación TST-NDVI (con α de 0,1 y 0,05), con valores de R2, índices de Pearson y Spearman mayores que 0,7. Las modificaciones en los valores estacionales de la TST evidenciaron un cambio en las coberturas del suelo, producto del crecimiento urbano. Los mismos fueron generados como consecuencia de la alteración de la cobertura vegetal. Por lo tanto, se concluyó que las variaciones espacio-temporales de la TST podrían indicar cambios en el uso del suelo propios de la expansión urbana. Por el análisis realizado, se considera que la información obtenida en este estudio será útil para orientar políticas de ordenamiento del territorio.

The aim of this work was to study the spatial distribution of Land Surface Temperature (LST) and its relationship with diverse urban land covers and the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI). The study area was Monte Hermoso city, which is located in the southwest of Buenos Aires province, Argentina. To obtain the LST and NDVI parameters, satellite images from LANDSAT 5 TM and LANDSAT 7 ETM+ sensors were seasonally processed for the period 2008-2012. Visual interpretation techniques and empirical intervention were applied to design an urban land cover map on which LST and NDVI were analyzed by tracing four transects oriented in latitudinal and longitudinal directions. Each urban cover presented a particular behavior of these parameters. Furthermore, significant results for the relationship between LST and NDVI were observed (with α 0.1 and 0.05) with R 2 , Pearson, and Spearman indices values higher than 0.7. Finally, LST variation in diverse land covers was observed as a consequence of urban growth and the alteration of the vegetation coverage. Therefore, it was concluded that the spatial and temporal variation of LST values may indicate modifications in urban land covers. The information obtained in this study would be a useful tool to guide future urban management studies and policies.

L’objectiu d’aquesta investigació va ser estudiar la distribució espacial de la temperatura de superfície terrestre (TST), la seva relació amb diferents cobertures del sòl urbà i l’índex de vegetació de diferència (NDVI). L’àrea d’estudi seleccionada va ser la ciutat costanera de Monte Hermoso, localitzada al sud-oest de la província de Buenos Aires (Argentina). Per fer-ho, es van processar imatges satel·litàries LANDSAT 5 TM i 7 ETM + per al període 2008-2012 de manera estacional. Amb aquestes imatges es va calcular la TST i l’NDVI. Posteriorment, es van aplicar tècniques d’interpretació visual i es van fer sortides al camp per dissenyar un mapa de cobertures del sòl urbà. Sobre aquestes, es va analitzar la variació de la TST i l’NDVI mitjançant el traçat de quatre transsectes orientats en sentit latitudinal i longitudinal. Cadascuna d’aquestes cobertures va presentar un comportament particular dels paràmetres calculats. D’altra banda, es van observar resultats significatius de la relació TST-NDVI (amb α de 0,1 i 0,05), amb valors de R2, índexs de Pearson i Spearman més grans de 0,7. Finalment, es va evidenciar que el canvi en les cobertures del sòl, producte del creixement urbà, va modificar els valors estacionals de la TST. Aquests van ser generats com a conseqüència de l’alteració de la coberta vegetal. Per tant, es va concloure que les variacions espaciotemporals de la TST podrien indicar canvis en l’ús del sòl propis de l’expansió urbana. Per l’anàlisi realitzada, es considera que la informació obtinguda en aquest estudi serà útil per orientar polítiques d’ordenament del territori.

Le but de ce travail était d’étudier la répartition spatiale de la Température de la Surface Terrestre (TST) et sa relation avec différentes couvertures de terrains urbains et l’indice de végétation normalisé (NDVI). La zone étudiée était la ville de Monte Hermoso, située au sud-ouest de la province de Buenos Aires (Argentine). Tout d’abord, des images satellite LANDSAT 5 TM et LANDSAT 7 ETM + capteurs ont été traitées de façon saisonnière sur la période de 2008 à 2012. Ensuite, ces données ont été utilisées pour le calcul des paramètres TST et NDVI. Par la suite, des techniques d’interprétation visuelle et d’intervention empirique ont été appliquées afin de concevoir une carte de couverture du sol urbain sur laquelle la LST et le NDVI ont été analysés en traçant quatre transects orientés dans des directions latitudinale et longitudinale. Chaque couverture urbaine a présenté une réponse particulière de ces paramètres. En outre, des résultats significatifs pour la relation entre LST et NDVI ont été observés (avec α 0,1 et 0,05) avec des valeurs de R2, indices de Pearson et Spearman supérieures à 0,7. Enfin, une modification de la TST de la couverture terrestre, due à la croissance urbaine, a été observée. Ces changements ont été générés à la suite d’une modification de la couverture végétale. Par conséquent, il a été conclu que la variation spatiale et temporelle des valeurs de LST pourrait indiquer des changements dans la couverture du sol urbain. Lors de cette étude, il a été considéré que l’information obtenue était utile pour orienter les politiques de gestion urbaine. Mots-clés: Température de la surface terrestre (TST); Indice de différence de végétation normalisée (NDVI); la répartition saisonnière; traitement d’images satellitaires; Monte Hermoso