ศูนย์รวมความรู้

กระทรวงเทคโนโลยี
สารสนเทศและการสื่อสาร

รายละเอียดแนวทางการพัฒนากิจการอวกาศ
ของประเทศไทย
 


หน่วยงานในสังกัดกระทรวงไอซีที












<< เชื่อมโยงเว็บไซต์ >>

  หน้าหลัก \ ศูนย์รวมความรู้

    ศูนย์รวมความรู้

โดย ดร.สมพงษ์ เลี่ยงโรคาพาธ
คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีมหานคร 140 ถนนเชื่อมสัมพันธ์ เขตหนองจอก กรุงเทพ 10530
โทร 02-988-3655, 02-988-3666 โทรสาร 02-988-4040 E-mail: [email protected]


1. ปรากฏการณ์เกาะความร้อนในเขตเมือง

เมื่อเมืองมีการพัฒนาหรือขยายตัว พื้นที่ว่างเปล่าและพื้นที่เกษตรกรรมถูกแทนที่ด้วยอาคาร ถนนและโครงสร้างพื้นฐานต่างๆ พื้นผิวที่น้ำสามารถแทรกซึมได้ดีและมีความชื้น เช่น ดิน พืชพรรณและแหล่งน้ำ ถูกเปลี่ยนเป็นพื้นผิวที่แห้งและไม่ดูดซับความชื้น ได้แก่ คอนกรีต และยางมะตอย ทำให้การดูดซับพลังงานและปลดปล่อยพลังงานของพื้นผิวส่วนใหญ่ของเมืองต่างจากพื้นผิวธรรมชาติอย่างในชนบท เมื่อน้ำไม่สามารถซึมผ่านพื้นผิวเหล่านี้ได้ เป็นผลให้เขตเมืองมีอุณหภูมิสูงขึ้นเมื่อเทียบกับพื้นที่ชนบทโดยรอบ อุณหภูมิที่แตกต่างกันนี้ทำให้เกิดการก่อตัวของปรากฏการณ์เกาะความร้อนในเขตเมือง (Urban Heat Island, UHI) ขึ้น อุณหภูมิของอากาศระหว่างวันของเมืองใหญ่อาจสูงกว่าพื้นที่โดยรอบ 1 ถึง 3°C และในช่วงเวลากลางคืนความแตกต่างของอุณหภูมิอาจสูงถึง 12°C แม้แต่ในเมืองหรือชุมชนเล็กๆที่มีประชากรไม่มากนัก ปรากฏการณ์ UHI ก็เกิดขึ้นได้โดยผลที่เกิดขึ้นลดต่ำลงตามจำนวนประชากรที่น้อยลง 1

รูปที่ 1 ปรากฏการณ์เกาะความร้อนเป็นผลให้อุณหภูมิเฉลี่ยในเขตเมืองสูงกว่าพื้นที่ชนบทโดยรอบ 2

เราอาจแบ่งการเกิด UHI ที่เกิดขึ้นเป็นสองลักษณะ กล่าวคือ UHI ที่พื้นผิวของสิ่งปกคลุมดิน (surface UHI) และ UHI ในบรรยากาศ (atmospheric UHI) โดย UHI ทั้งสองลักษณะนี้มีความแตกต่างกัน ตั้งแต่วิธีการก่อตัวของความร้อน เทคนิคที่ใช้ในการแยกแยะและตรวจวัด ผลกระทบและการบรรเทาผลที่เกิดขึ้น

UHI ที่พื้นผิว
ในวันที่มีอากาศร้อน แสงจากดวงอาทิตย์สามารถให้ความร้อนกับพื้นผิวชนิดต่างๆในเขตเมือง เช่น ผิวหลังคาและพื้นถนน ให้มีอุณหภูมิสูงกว่าบรรยากาศโดยรอบได้ถึง 27-50°C ขณะที่พื้นที่ในร่มเงาหรือพื้นผิวที่มีความชื้น ซึ่งอยู่ในชนบทเป็นส่วนใหญ่ ยังคงมีอุณหภูมิใกล้เคียงกับบรรยากาศ UHI ที่พื้นผิวจะเกิดขึ้นทั้งกลางวันและกลางคืน แต่มีแนวโน้มที่จะเกิดมากในช่วงกลางวันเมื่อมีแสงอาทิตย์สาดส่องลงมาที่พื้นผิว ความแตกต่างของอุณหภูมิโดยเฉลี่ย ในช่วงกลางวันพื้นผิวระหว่างเขตเมืองที่มีการพัฒนาและพื้นที่ชนบท อาจสูงถึง 10-15°C และช่วงกลางคืน ความแตกต่างจะมีค่าประมาณ 5-10°C

ปรากฏการณ์ UHI ที่พื้นผิวมากหรือน้อยจะแปรเปลี่ยนไปตามฤดู เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงของสิ่งต่างๆ ได้แก่ ความเข้มของแสงจากดวงอาทิตย์ สิ่งปกคลุมดิน และสภาพอากาศ เป็นผลให้ UHI ที่พื้นผิวเกิดขึ้นมากที่สุดในช่วงฤดูร้อน ทั้งนี้เนื่องจากในหน้าร้อนท้องฟ้าโปร่งและลมสงบ รังสีจากดวงอาทิตย์จึงทะลุผ่านชั้นบรรยากาศลงกระทบพื้นผิวได้มากอีกทั้งไม่มีกระแสลมช่วยพาความร้อนออกจากเมืองไปสู่ชนบท ทำให้ความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเมืองและชนบทเพิ่มสูงขึ้นในหน้าร้อน

นักวิทยาศาสตร์บ่งชี้การเกิด UHI โดยใช้แบบจำลองเชิงเลข และการประมาณบนพื้นฐานของการทดลอง นักวิจัยส่วนใหญ่ใช้การรับรู้จากระยะไกล (remote sensing) เพื่อประมาณอุณหภูมิของพื้นผิว ข้อมูลที่บันทึกได้ทั้งจากอากาศยานหรือดาวเทียมจะได้รับการปรับเทียบเพื่อผลิตเป็นภาพเชิงความร้อน ดังแสดงในรูปที่ 2

รูปที่ 2 ภาพเชิงความร้อนจากอุปกรณ์ Thematic Mapper บนดาวเทียม Landsat 5 บริเวณกรุงเทพมหานครฯและปริมณฑล บันทึกเมื่อวันที่ 30 มีนาคม พ.ศ.2531 เวลาท้องถิ่น 10:08 น. ช่วงเช้า และมีความละเอียดเชิงพื้นที่ 120 m บริเวณพื้นที่สีแดงเข้มมีอุณหภูมิสูงกว่า 35°C และสีขาวสูงกว่า 37°C

UHI ในบรรยากาศ
ในเขตเมืองจะมีอากาศในชั้นบรรยากาศที่ร้อนกว่าเมื่อเทียบกับพื้นที่ชนบทโดยรอบ เกิดขึ้นจาก UHI ในบรรยากาศ นักวิทยาศาสตร์ยังแบ่งปรากฏการณ์ที่เกิดกับชั้นบรรยากาศนี้ออกเป็นสองประเภทที่แตกต่างกันได้แก่

    1. UHI ที่เกิดในชั้นของบรรยากาศที่ต่ำกว่าเรือนยอดต้นไม้ เกิดกับชั้นบรรยากาศที่ติดกับพื้นผิวเป็นชั้นบรรยากาศที่ผู้คนอาศัยอยู่ ปรากฏการณ์นี้นับจากพื้นดินขึ้นไปจนถึงเรือนยอดต้นไม้หรือหลังคาบ้าน
    2. UHI ที่เกิดในชั้นของบรรยากาศที่สูงกว่าเรือนยอดต้นไปขึ้นไป เริ่มนับจากยอดต้นไม้หรือหลังคาบ้านและขยายขึ้นไปถึงยังจุดที่เขตเมืองไม่ส่งผลต่อชั้นบรรยากาศ โดยทั่วไปชั้นนี้จะมีความสูงขึ้นไปในบรรยากาศได้ถึง 1.5 กิโลเมตร จากพื้นผิวโลก
UHI ในบรรยากาศที่ต่ำกว่าเรือนยอดต้นไม้นั้นจะเป็นปรากฏการณ์ที่มักจะถูกกล่าวถึง เนื่องจากการสังเกตการวัดปริมาณปรากฏการณ์จะเกิดที่ชั้นนี้ เราจึงจะให้ UHI ในบรรยากาศหมายถึง UHI ที่เกิดขึ้น

UHI ในบรรยากาศจะส่งผลค่อนข้างน้อยในช่วงสาย ตลอดถึงทั้งวันและจะส่งผลมากขึ้นมากเมื่อดวงอาทิตย์ลับขอบฟ้าไป เนื่องจากการปลดปล่อยความร้อนอย่างช้าๆจากโครงสร้างพื้นฐานต่างๆในเมือง ช่วงเวลาที่อุณหภูมิขึ้นสูงสุดจะขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของพื้นผิวเมืองและชนบทโดยรอบ ฤดู และสภาพอากาศ

อุณหภูมิของพื้นผิวส่งผลโดยอ้อมแต่มีความสำคัญอย่างยิ่งต่ออุณหภูมิของอากาศในชั้นที่ติดกับพื้นผิว อย่างเช่นในสวนสาธารณะหรือในพื้นที่เพาะปลูก จะมีอุณหภูมิพื้นผิวที่เย็นกว่าจึงทำให้อากาศเย็นกว่า ในทางตรงข้ามในพื้นที่ที่เต็มไปด้วยอาคารในเมืองส่งผลให้มีอุณหภูมิในอากาศที่ร้อนกว่า เนื่องจากอากาศที่ผสมปนเปกันในชั้นบรรยากาศ ความสัมพันธ์ระหว่างอุณหภูมิของพื้นผิวและอากาศจะไม่คงที่ และอุณหภูมิของอากาศโดยทั่วไปจะต่ำกว่าอุณหภูมิของพื้นผิวทั่วทุกพื้นที่ ตามรูปที่ 3

รูปที่ 3 แสดงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิในแต่ละพื้นที่ 1

อุณหภูมิของพื้นผิวและชั้นบรรยากาศแปรเปลี่ยนไปในแต่ละพื้นที่ อุณหภูมิของพื้นผิวจะเปลี่ยนแปลงมากกว่าในบรรยากาศระหว่างวัน แต่จะไม่แตกต่างกันมากในช่วงกลางคืน อุณหภูมิพื้นผิวเหนือบึงน้ำจะมีค่าสูงมาก มากกว่าบริเวณอื่นในช่วงกลางคืนและต่ำลงกว่าบริเวณอื่นในช่วงกลางวัน แสดงให้เห็นว่าน้ำรักษาให้อุณหภูมิในช่วงกลางวันและกลางคืนค่อนข้างคงที่เนื่องมากจากน้ำมีความจุความร้อนสูง

ปรากฏการณ์เกาะความร้อนในชั้นบรรยากาศส่งผลให้อุณหภูมิในชั้นบรรยากาศแปรเปลี่ยนน้อยกว่ามากเมื่อเทียบกับอุณหภูมิของพื้นผิวที่เกิดจากปรากฏการณ์เกาะความร้อน โดยค่าเฉลี่ยรายปี อุณหภูมิของอากาศในเมืองใหญ่อาจสูงกว่าพื้นที่ชนบทโดยรอบราวๆ 1-3°C

นักวิจัยจะวัดอุณหภูมิของอากาศโดยใช้เครือข่ายของสถานีวัด หรือเครื่องมือวัดเคลื่อนที่ ซึ่งการวัดนี้จะเป็นการวัดโดยตรง รูปที่ 4 เป็นแผนที่แสดงเส้นชั้นอุณหภูมิเท่า (isotherm) (เส้นล้อมรอบบริเวณที่มีระดับอุณหภูมิเท่ากัน) แสดงให้เห็นถึง UHI ในบรรยากาศ บริเวณศูนย์กลางของรูปเป็นพื้นที่ที่ร้อนที่สุด ซึ่งเป็นจุดศูนย์กลางของเมือง รูปที่ 5 แสดงให้เห็นถึงอุณหภูมิที่แตกต่างกันระหว่างเขตเมืองและชนบท และความเข้มของปรากฏการณ์ UHI ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาต่างๆ

รูปที่ 4 แผนที่เส้นชั้นอุณหภูมิเท่า แสดงให้เห็นถึงปรากฏการณ์ UHI ในบรรยากาศในช่วงกลางคืน เส้นประสีแดงแสดงแนวการวัดอุณหภูมิ1

รูปที่ 5 การแปรเปลี่ยนของ UHI ระหว่างวันในช่วงที่ไม่มีเมฆปกคลุม1

2. ปัจจัยของการเกิด UHI
ปัจจัยสำคัญที่ส่งผลต่อการเกิด UHI ได้แก่ สิ่งปกคลุมดินที่เปลี่ยนแปลงไป วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้าง และรูปร่างเชิงเรขาคณิตของเมือง

สิ่งปกคลุมดินที่เปลี่ยนแปลงไป

ในพื้นที่ชนบท พื้นดินส่วนใหญ่ถูกปกคลุมไปด้วยพืชพรรณและดิน ต้นไม้และพืชพรรณให้ร่มเงา ซึ่งช่วยให้อุณหภูมิของผิวดินลดต่ำลง และยังช่วยลดอุณหภูมิในอากาศผ่านกระบวนการระเหยและคายน้ำ (evapotranspiration) โดยต้นไม้คายน้ำสู่อากาศรอบๆ ทำให้ความร้อนโดยรอบค่อยๆลดลง ในทางตรงข้าม พื้นที่เขตเมืองมีลักษณะพื้นผิวที่แห้ง น้ำไม่สามารถผ่านได้ ได้แก่วัสดุปูหลังคาทั่วไป พื้นทางเท้า ถนน และพื้นที่จอดรถ เมื่อเมือมีการพัฒนามากขึ้น จำนวนต้นไม้ก็ลดลง พื้นที่ส่วนใหญ่ถูกปกคลุมด้วยตึก การเปลี่ยนแปลงของสิ่งปกคลุมดินนี้ทำให้มีร่มเงาและความชื้นที่รักษาให้เมืองเย็นสบายลดน้อยลง พื้นที่สิ่งปลูกสร้างคายน้ำออกสู่อากาศในปริมาณที่น้อยกกว่า (ดูรูปที่ 6) จึงส่งผลให้อุณหภูมิที่พื้นผิวและในอากาศสูงขึ้น

รูปที่ 6 พื้นผิวที่น้ำผ่านไม่ได้เป็นผลให้การระเหยและการคายน้ำลดลง เขตเมืองที่ได้รับการพัฒนามากจะมีพื้นผิวที่น้ำผ่านไม่ได้มากถึง 75-100% หมายถึงมีพื้นผิวที่มีความชื้นเพื่อการระเหยและการคายน้ำน้อยกว่าสิ่งปกคลุมดินตามธรรมชาติ คุณลักษณะนี้ทำให้อุณหภูมิที่พื้นผิวและบรรยากาศในเขตเมืองสูงขึ้น

วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้าง

คุณสมบัติของวัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างในเขตเมือง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การสะท้อน การปลดปล่อยความร้อน และความจุความร้อน ของวัสดุ มีอิทธิพลต่อการก่อตัวของ UHI จากการที่วัสดุเหล่านี้จะ สะท้อน ปลดปล่อย และดูดกลืนพลังงานจากดวงอาทิตย์นั่นเอง

พลังงานจากดวงอาทิตย์ที่มาถึงพื้นผิวของโลกเราประกอบด้วยพลังงานที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าอุลตราไวโอเลตถึง 5% พลังงานในช่วงแสงที่ตามองเห็นได้ 43% ประกอบด้วยแสงสีต่างๆจากม่วงถึงแดง และพลังงานในช่วงอินฟราเรดอีก 52% โดยมีอินฟราเรดความร้อนเป็นพลังงานความร้อนที่แผ่จากดวงอาทิตย์ พลังงานทั้งหมดที่กล่าวมาล้วนก่อให้เกิด UHI ขึ้น ค่าการสะท้อนเป็นพลังงานแสงอาทิตย์ที่ถูกสะท้อนจากพื้นผิว พลังงานจากดวงอาทิตย์จำนวนมากอยู่ในช่วงแสงที่ตามองเห็นได้ ดังนั้น ค่าการสะท้อนแสงอาทิตย์จึงสัมพันธ์กับสีของวัสดุ พื้นผิวที่มืดหรือมีสีดำมีแนวโน้มที่จะสะท้อนแสงอาทิตย์ได้น้อยกว่าพื้นผิวที่สว่างกว่า นักวิจัยกำลังศึกษาและพัฒนาวัสดุสีที่เย็น โดยการใช้เม็ดสีที่มีการสะท้อนได้ดีในช่วงความยาวคลื่นอินฟราเรด วัสดุชนิดใหม่นี้อาจมีสีคล้ำหรือดำได้แต่อาจมีค่าการสะท้อนความร้อนได้ใกล้เคียงกับวัสดุที่มีสีสว่าง

โดยทั่วไปสิ่งก่อสร้างในเขตเมืองประกอบขึ้นจากวัสดุพื้นผิว เช่น หลังคาและทางเดินเท้า ซึ่งมีค่าอัตราส่วนรังสีสะท้อนต่ำกว่าที่มีในชนบท เป็นผลให้ชุมชนที่เต็มไปด้วยสิ่งก่อสร้างจะสะท้อนพลังงานจากแสงอาทิตย์ออกมาน้อย แต่จะดูดกลืนเข้าเก็บไว้มากกว่า พลังงานความร้อนที่ถูกดูดกลืนทำให้อุณหภูมิของพื้นผิวสูงขึ้นและเป็นตัวการในการก่อตัวของ UHI ที่พื้นผิวและ UHI ในบรรยากาศ

แม้ว่าค่าการสะท้อนแสงอาทิตย์เป็นตัวกำหนดหลักสำหรับอุณหภูมิที่พื้นผิวของวัสดุ แต่ความสามารถในการเปล่งรังสีความร้อนก็มีส่วนสำคัญเช่นกัน ค่าการเปล่งรังสีความร้อนเป็นวัดความสามารถของพื้นผิวต่อการปลดปล่อยความร้อนหรือเปล่งรังสีอินฟราเรดที่มีความยาวคลื่นช่วงยาว พื้นผิวที่มีค่าการเปล่งรังสีสูงๆจะรักษาอุณหภูมิให้ต่ำกว่าได้เนื่องจากมันสามารถปลดปล่อยความร้อนได้มากกว่า วัสดุที่ใช้ในการก่อสร้างส่วนใหญ่ยกเว้นพวกโลหะจะมีค่าการเปล่งรังสีความร้อนค่อนข้างสูง คุณสมบัติข้อนี้จึงน่าสนใจในการพิจารณาชนิดวัสดุที่จะนำมาใช้ติดตั้งเป็นหลังคาของบ้านเรือน

คุณสมบัติที่สำคัญอีกข้อหนึ่งที่มีอิทธิพลต่อการก่อตัวของเกาะความร้อน คือ ความจุความร้อนของวัสดุ ซึ่งหมายถึงความสามารถในเก็บกักความร้อน วัสดุในการสร้างอาคารจำนวนมาก เช่น เหล็กและหิน มีความจุความร้อนสูงกว่าวัสดุที่ใช้ในชนบท เช่น ดินแห้ง ทรายหรือวัสดุจำพวกพืชพรรณแห้ง เป็นผลให้เมืองสามารถเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ในรูปความร้อนได้ดีภายใต้โครงสร้างพื้นฐาน พื้นที่ในเขตการค้าของเมืองสามารถดูดกลืนและกักเก็บปริมาณความร้อนเป็นสองเท่าเมื่อเทียบกับชนบทโดยรอบในช่วงเวลากลางวัน

รูปร่างเชิงเรขาคณิตของเมือง

ปัจจัยเพิ่มเติมที่มีผลต่อการเกิด UHI โดยเฉพาะในเวลากลางคืน ได้แก่รูปร่างเชิงเรขาคณิตของเมือง ซึ่งหมายถึง มิติและช่องว่างของอาคารภายในเมือง รูปร่างเชิงเรขาคณิตของเมืองมีอิทธิพลต่อการไหลของกระแสลม การดูดกลืนพลังงาน และความสามารถของพื้นผิวที่กำหนดในการเปล่งรังสีความร้อนกลับไปยังที่ว่าง ในพื้นที่ที่ได้รับการพัฒนาในเมือง โครงสร้างและพื้นผิวมักจะขัดขวางหรือบดบังจากตึกและอาคารข้างเคียง และกลายเป็นมวลที่สะสมความร้อนขนาดใหญ่จนไม่สามารถปลดปล่อยความร้อนออกมาได้อย่างทันทีทันใดเนื่องจากการขัดขวางเหล่านี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วงกลางคืน อากาศเหนือศูนย์กลางของเมืองจะอุ่นกว่าเหนือชนบทโดยรอบ นักวิจัยจะมุ่งการพิจารณาในรูปร่างเชิงเรขาคณิตในเขตเมืองนี้เป็น หุบเขตเมือง (urban canyon) โดยมีตึกสูงรายล้อมรอบถนน ในช่วงกลางวัน ตึกสูงจะทำให้เกิดร่มเงาบนถนน ลดอุณหภูมิของพื้นผิวและอากาศ แต่อีกทางหนึ่ง เมื่อแสงอาทิตย์ตกกระทบพื้นผิวในหุบ พลังงานแสงอาทิตย์จะถูกสะท้อนและดูดกลืนโดยผนังของตึก ซึ่งทำให้อัตราส่วนการสะท้อนรังสียิ่งต่ำลงไปอีก ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น ในช่วงกลางคืนหุบเขตเมืองจะกีดขวางการระบายความร้อน เนื่องจากตึกและโครงสร้างต่างๆขัดขวางความร้อนที่จะถูกปลดปล่อยออกมาจากโครงสร้างพื้นฐานในเมืองเอง

ความร้อนที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์

กิจกรรมของคนในเขตเมืองส่งผลต่อ UHI ในบรรยากาศ กิจกรรมเหล่านี้มากจากหลายแหล่งและอาจจะถูกประมาณเป็นผลลัพธ์ของพลังงานที่ถูกใช้ไปในสำหรับการปรับอากาศ เครื่องใช้ไฟฟ้า การขนส่ง และเครื่องไม้เครื่องมือโรงงานอุตสาหกรรม ความร้อนที่เกิดขึ้นนี้แปรตามกิจกรรมและโครงสร้างพื้นฐาน โดยที่ตึกหรือการขนส่งที่ใช้พลังงานมากจะผลิตความร้อนมากด้วย ความร้อนที่เกิดขึ้นนี้จะไม่ส่งผลต่อพื้นที่ชนบท และหน้าร้อนสำหรับประเทศในเขตอบอุ่น เนื่องจากมีอุณหภูมิไม่สูง แต่สำหรับเขตร้อนอย่างในบ้านเรา จะมีการใช้พลังงานในการปรับอากาศปริมาณสูงมาก ทำให้เกิดความร้อนชนิดนี้มากทั้งกลางวันและกลางคืน แต่ในหน้าหนาวสำหรับระเทศเขตอบอุ่นในเขตเมืองหนาแน่น จะมีความร้อนชนิดนี้ส่งผลต่อ UHI ค่อนข้างมากเนื่องจากมีการใช้พลังงานในการทำความร้อนภายในอาคารบ้านเรือน

ปัจจัยอื่นๆ

สภาพอากาศและที่ตั้งของเมืองมีอิทธิพลต่อการเกิด UHI มาก ในขณะที่ชุมชนควบคุมปัจจัยเหล่านี้ไม่ได้เลย

  • สภาพอากาศ
    สภาพอากาศที่มีผลต่อการเกิด UHI ได้แก่ ลมและเมฆปกคลุมในพื้นที่ โดยทั่วไป UHI จะเกิดขึ้นในช่วงที่มีลมสงบและท้องฟ้าโปร่ง เนื่องจากเงื่อนไขนี้ทำให้ปริมาณแงอาทิตย์ตกกระทบพื้นผิวของเมืองมากที่สุดและลดการพาความร้อนออกจากเมืองได้น้อยที่สุด ในทางตรงข้าม ถ้ามีลมแรงและมีเมฆมาก จะช่วยลด UHI ลงได้
  • ที่ตั้งทางภูมิศาสตร์
    ภูมิอากาศและลักษณะภูมิประเทศก็มีผลต่อ UHI เช่น แหล่งน้ำขนาดใหญ่มีอุณหภูมิปานกลางและสามารถสร้างกระแสลมที่จะพาความร้อนออกจากเมืองได้ ภูเขาใกล้เคียงอาจจะปิดกั้นลมที่จะพัดเข้าสู่เมือง หรืออาจสร้างรูปแบบของกระแสลมที่จะพัดผ่านเมืองก็เป็นได้
3. การรับรู้จากระยะไกลด้วยดาวเทียมสำหรับการสังเกตปรากฏการณ์เกาะความร้อนในเขตเมือง
ในการใช้ดาวเทียมสำหรับการสังเกตปรากฏการณ์เกาะความร้อนในเขตเมือง อุปกรณ์รับรู้ที่ติดตั้งบนดาวเทียมจะต้องสามารถตรวจจับหรือวัดอุณหภูมิบนพื้นผิวโลกได้ เพื่อนำมาเปรียบเทียบหาความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเขตเมืองและชนบท

พื้นผิวที่มีอุณหภูมิสูงหมายถึงมีพลังงานความร้อนสะสมอยู่มาก ในการวัดอุณหภูมิบนพื้นผิวโลกโดยอุปกรณ์รับรู้ที่อยู่ในวงโคจร จะวัดได้จากปริมาณความร้อนที่ถูกปลดปล่อยออกมาจากพื้นผิวโลกและถ่ายโอนพลังงานความร้อนนั้นผ่านชั้นบรรยากาศมาถึงอุปกรณ์รับรู้บนดาวเทียม

การถ่ายโอนพลังงานความร้อนจะเป็นได้ในสามรูปแบบ ได้แก่ การนำ การพา และการแผ่รังสี การนำความร้อนเป็นถ่ายโอนพลังงานภายในของแข็งจากจุดหนึ่งผ่านไปยังอีกจุดหนึ่งของตัวกลาง จากบริเวณที่มีอุณหภูมิสูงไปยังบริเวณที่มีอุณหภูมิต่ำ วัสดุแต่ละชนิดมีความสามารถในการนำความร้อนได้ต่างกัน ส่วนการพาความร้อนเป็นการถ่ายโอนพลังงานที่เกิดขึ้นได้ในสสารสองสถานะเท่านั้น คือ ของเหลวและแก๊ส เนื่องจากสสารทั้งสองสถานะสามารถเคลื่อนที่ได้ เมื่อสสารนี้มีอุณหภูมิสูงขึ้น ความหนาแน่นของสสารจะลดลง ทำให้มวลสารที่มีความร้อนนี้ลอยสูงขึ้น และแทนที่ด้วยสสารที่มีอุณหภูมิต่ำกว่า ความหนาแน่นมากกกว่า พลังงานความร้อนจึงถูกพาไปในทิศทางสูงขึ้น และท้ายสุด การแผ่รังสี เป็นการถ่ายโอนพลังงานโดยไม่อาศัยตัวกลาง โดยพลังงานนี้จะอยู่ในรูปของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น พลังงานที่แผ่จากดวงอาทิตย์เดินทางผ่านสุญญากาศมายังโลก จากทฤษฎีวัตถุดำ เมื่อวัตถุมีความร้อนจะมีการแผ่รังสีในรูปของพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาในความยาวคลื่นช่วงกว้าง โดยสสารที่มีพลังงานความร้อนสะสมต่างกัน จะมีการแผ่รังสีที่แตกต่างกัน ตามรูปที่ 7

รูปที่ 7 การแผ่รังสีของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากวัตถุดำที่มีอุณหภูมิต่างๆ จากรูปพื้นผิวโลกมีอุณหภูมิเฉลี่ย 300K จะมีการแผ่รังสีสูงสุดที่ความยาวคลื่นประมาณ 9.67 m (ช่วงของอินฟราเรดความร้อน) และพื้นผิวดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิประมาณ 6000K จะมีการแผ่รังสีสูงสุดที่ความยาวคลื่นประมาณ 0.48 m (ช่วงคลื่นแสงที่ตามองเห็น)

สำหรับการรับรู้จากระยะไกลด้วยดาวเทียม อุปกรณ์รับรู้จะตรวจจับพลังงานที่มาจากพื้นผิวโลกด้วยวิธีการแผ่รังสีเท่านั้น เนื่องจากดาวเทียมอยู่ในตำแหน่งที่ห่างจากผิวโลกมากและแทบจะไม่มีอากาศเหลืออยู่เป็นตัวกลางสำหรับการถ่ายโอนพลังงานได้

พลังงานที่มีการแผ่รังสีออกมาจากพื้นผิวโลกผ่านชั้นบรรยากาศ จะมีปฏิสัมพันธ์กับชั้นบรรยากาศ ได้แก่ การกระเจิง การส่งผ่าน และการดูดกลืน โดยชั้นบรรยากาศที่ประกอบไปด้วยโมเลกุลของแก๊สต่างๆมีการดูดกลืนพลังงานส่วนใหญ่ไป โดยยอมให้พลังงานบางส่วนผ่านได้ในช่วงความยาวคลื่นเพียงบางช่วง ตามรูปที่ 8 ซึ่งเราจะเห็นได้ว่าชั้นบรรยากาศจะยอมให้พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านได้ในบางช่วง ได้แก่ ช่วงคลื่นแสงที่ตามองเห็น ความยาวคลื่นตั้งแต่ 0.4-07 m อินฟราเรดสะท้อนบางส่วนในช่วงความยาวคลื่น 0.7-3 m และอินฟราเรดความร้อนตั้งแต่ 8-14m แต่ชั้นโอโซนในชั้นบรรยากาศดูดกลืนพลังงานในช่วง 9-10 m ไป ดังนั้นในการรับรู้ความร้อนของพื้นผิวโลกจากระยะไกล จะหลีกเลี่ยงช่วงการดูดกลืนดังกล่าว โดยจะทำการตรวจวัดและบันทึกข้อมูลของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วง 10.5-12.5 m ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิบนพื้นผิวโลกบริเวณที่อยู่ในความสนใจสำหรับการสังเกตปรากฏการณ์ UHI ดังนั้นเราจึงต้องใช้อุปกรณ์รับรู้ที่สามารถตอบสนองต่อความยาวคลื่นในช่วงที่มีการแผ่รังสีสูงสุดที่อุณหภูมินี้ได้ดี เราจะเรียกอุปกรณ์ประเภทนี้ว่า อุปกรณ์รับรู้เชิงความร้อน (Thermal sensor)

รูปที่ 8 โมเลกุลแก๊สในชั้นบรรยากาศดูดกลืนพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าในความยาวคลื่นช่วงต่างๆ ทำให้เราสามารถใช้อุปกรณ์รับรู้ในการตรวจวัดพลังงานที่แผ่มาจากพื้นผิวโลกได้ในความยาวคลื่นที่จำกัดเพียงบางช่วงเท่านั้น

ถึงแม้ชั้นบรรยากาศจะเปิดโอกาสให้เราสามารถทำการตรวจวัดอุณหภูมิจากปริมาณความร้อนที่แผ่ออกมาจากพื้นผิวโลกได้ แต่สภาพอากาศในแต่ละวันก็จะยังส่งผลต่อการวัดอุณหภูมิของพื้นผิวที่แม่นยำ อย่างไรก็ตามในการนำค่าอุณหภูมิของพื้นผิวมาใช้ในการสังเกตปรากฏการณ์ UHI เราจะสนใจในค่าความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเขตเมืองและชนบทในวันเดียวกัน ดังนั้นสภาพอากาศที่แตกต่างกันจึงมีผลน้อยมาก

อุณหภูมิที่บันทึกได้จากอุปกรณ์รับรู้บนดาวเทียมนี้จะเป็นค่าอุณหภูมิของพื้นผิว นั่นหมายถึงเมื่อเรานำมาใช้ในการหาความแตกต่างของอุณหภูมิของเขตเมืองเทียบกับชนบท ความแตกต่างที่ได้ก็จะเป็นปรากฏการณ์ UHI บนพื้นผิว แต่ UHI ที่เราวัดจากสถานีวัดทั่วไป เป็นอุณหภูมิของบรรยากาศ หรืออากาศที่เราอยู่อาศัย เมื่อนำมาหา UHI ก็จะต้องเป็น UHI ในบรรยากาศที่กล่าวถึงข้างต้น อย่างไรก็ตามนักวิจัยก็ได้แสดงให้เห็นว่าเราสามารถประมาณ UHI ในบรรยากาศจาก UHI ที่พื้นผิวได้ เนื่องจากทั้งสองปริมาณมีความสอดคล้องกันมาก

ในปัจจุบันมีอุปกรณ์รับรู้เชิงความร้อนติดตั้งกับทั้งอากาศยานและดาวเทียม โดยอากาศยานจะได้เปรียบในแง่ที่สามารถส่งขึ้นสำรวจพื้นที่ศึกษาได้ในเวลาที่ต้องการและสามารถปรับแก้อุปกรณ์ได้ง่าย แต่สำหรับดาวเทียมต้องใช้งบประมาณสูงในการส่งขึ้นสู่อวกาศและไม่สามารถกำหนดวันเวลาที่ต่างไปจากที่กำหนดไว้ตอนเริ่มต้นได้ แต่จะได้เปรียบกว่าเนื่องจากสามารถถ่ายภาพหรือบันทึกข้อมูลเป็นประจำได้อย่างต่อเนื่องยาวนาน

นอกจากการตอบสนองเชิงคลื่นของอุปกรณ์รับรู้ที่ต้องเหมาะสมสำหรับการตรวจวัดความร้อนแล้ว เรายังต้องพิจารณาคุณลักษณะของอุปกรณ์อีกสองประการ คือความละเอียดเชิงพื้นที่ และเวลาในการกลับมาบันทึกข้อมูลซ้ำที่บริเวณเดิม โดยอุปกรณ์เชิงความร้อนที่มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงๆ เช่น 60 m ก็จะสามารถสังเกตอุณหภูมิในพื้นที่เล็กๆได้ เช่น พื้นที่สวนหรือไร่ หรือกลุ่มของอาคารเพียงไม่กี่หลัง แต่ถ้าความละเอียดเชิงพื้นที่ไม่สูง เช่น 1 km พื้นที่ที่ทำการบันทึกจะเป็นพื้นที่ที่มีขนาดใหญ่ขึ้นครอบคลุมพื้นที่มากขึ้น ค่าอุณหภูมิที่ได้จึงเป็นค่าเฉลี่ยของพื้นที่ที่ครอบคลุมนั้น

เมื่ออุปกรณ์รับรู้มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงๆจะมีแนวโน้มที่จะสามารถกลับมาบันทึกข้อมูลซ้ำตำแหน่งเดิมในเวลาที่นานขึ้น ทำให้อาจมีข้อมูลที่เว้นช่วงเวลาห่างมากเกินไปได้ จึงควรจะเลือกใช้อุปกรณ์ให้เหมาะสม คุณสมบัติของอุปกรณ์รับรู้เชิงความร้อนที่ติดตั้งบนดาวเทียมแสดงดังตารางที่ 1

ตารางที่ 1 คุณลักษณะอุปกรณ์เชิงความร้อนที่ติดตั้งบนดาวเทียมบางดวง แสดงให้เห็นถึงความละเอียดเชิงพื้นที่ ความสามารถในการถ่ายภาพในเวลากลางวันและกลางคืน และเวลาบันทึกข้อมูลซ้ำ 3

อุปกรณ์เชิงความร้อน

ดาวเทียม

ความละเอียดเชิงพื้นที่

กลางวัน (D)/กลางคืน

เวลาบันทึกข้อมูลซ้ำ

SEVIRI

MSG

3 km (5 km)

DN

วงโคจรค้างฟ้า

AVHRR

NOAA

1.1 km

DN

12 ชั่วโมง

MODIS

Terra, Aqua

1 km

DN

ทุกวัน

AATSR

ENVISAT

1 km

DN

ทุกวัน

TM/ETM+/TIRS

Landsat 5/7/8

120/60/100 m

D

16 วัน

ASTER

Terra

90 m

D

16 วัน


ข้อมูลที่ได้จากการบันทึกด้วยอุปกรณ์รับรู้หลายชนิดสามารถแสดงได้ตามรูปที่ 9-10 โดยระดับของอุณหภูมิถูกแสดงด้วยสี จะสังเกตเห็นว่านิยมใช้สีแดงแสดงอุณหภูมิที่สูงกว่าบริเวณอื่นๆ

จากรูปที่ 9 พบว่าพื้นที่นี้อยู่ในช่วงฤดูร้อน และเป็นช่วงเวลากลางคืน บริเวณเขตเมืองมีอุณหภูมิสูงกว่าพื้นที่โดยรอบ 6-7°C

รูปที่ 9 ภาพจากอุปกรณ์ AVHRR บนดาวเทียม NOAA-14 บริเวณ Athens ประเทศ Greece บันทึกเมื่อวันที่ 14 กรกฎาคม พ.ศ.2541 เวลา 2:00 UTC ซึ่งเป็นช่วงกลางคืน มีความละเอียดเชิงพื้นที่ 1 km 3

รูปที่ 10 เป็นการเปรียบเทียบภาพถ่ายเชิงความร้อนจากดาวเทียม Landsat ในปี 2545 และ 2552 โดยบันทึกในช่วงเดือนมกราคมของทั้งสองปี พบว่าในปี 2545 พื้นที่ส่วนใหญ่ของกรุงเทพฯและปริมณฑลมีอุณหภูมิไม่สูงกว่า 30°C แต่ในปี 2552 พื้นที่ส่วนใหญ่มีอุณหภูมิไม่สูงกว่า 32°C แต่มีพื้นที่บางส่วนที่มีอุณหภูมิสูงมากกว่า 35°C อย่างไรก็ตาม อุณหภูมิที่เพิ่มสูงขึ้นเป็นส่วนใหญ่ในปี 2552 อาจเป็นผลมาจากสภาพอากาศที่แตกต่างกันร่วมอยู่ด้วย

รูปที่ 11 เป็นการหาความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างเขตเมืองและชนบทภายในภาพปีเดียวกัน ผลจากสภาพอากาศที่แตกต่างกันในทั้งสองปีจะลดน้อยลงมาก พื้นที่สีเขียวเข้มหมายถึงมีอุณหภูมิสูงกว่าในชนบทมากกว่า 3°C สีเหลือง แสดงถึงความแตกต่าง 4°C และสีแดง แสดงถึงความแตกต่างมากกว่า 5°C พบว่าในภาพปี 2552 มีพื้นที่ที่มีความแตกต่างของอุณหภูมิที่มีสีเขียวเข้มจนถึงแดงเกิดขึ้นมากกว่าในปี 2545 และในภาพปี 2552 เราจะเห็นอุณหภูมิที่แตกต่างกันสูงมากในบริเวณสนามบินทั้งสอง ได้แก่ สนามบินดอนเมือง และสนามบินสุวรรณภูมิ (พื้นที่สีแดงเข้มบริเวณกลางค่อนไปทางด้านบนของภาพ และบริเวณด้านขวาล่างของภาพ ตามลำดับ) นั่นหมายถึงในภาพปี 2552 เราพบการเกิด UHI ในช่วงกลางวันได้ชัดเจนมากและมากกว่าปี 2545 นอกจากนี้ เรายังสามารถสังเกตการขยายตัวของเมืองออกไปในทิศทางต่างๆได้ค่อนข้างชัดเจน

(a) Temperature 2545
(b) Temperature 2552
รูปที่ 10 (a) ภาพจากอุปกรณ์ ETM+ บนดาวเทียม Landsat 7 บริเวณกรุงเทพมหานครฯและปริมณฑล บันทึกเมื่อวันที่ 8 มกราคม พ.ศ.2545 เวลาท้องถิ่นประมาณ 10:26 น. ช่วงเช้า และมีความละเอียดเชิงพื้นที่ 60 m (b) ภาพจากอุปกรณ์ TM บนดาวเทียม Landsat 5 บริเวณกรุงเทพมหานครฯและปริมณฑล บันทึกเมื่อวันที่ 19 มกราคม พ.ศ.2552 เวลาท้องถิ่นประมาณ 10:22 น. ช่วงเช้า และมีความละเอียดเชิงพื้นที่ 120 m บริเวณพื้นที่สีแดงเข้มมีอุณหภูมิสูงกว่า 35°C


(a) UHI 2545
(b) UHI 2552
รูปที่ 11 ภาพแสดงการเกิดปรากฏการณ์ UHI ในบริเวณกรุงเทพและปริมณฑล โดยภาพสอดคล้องกับรูปที่ 10 บริเวณพื้นที่สีเขียวเข้มแสดงถึงความแตกต่างของอุณหภูมิสูงถึง 3°C สีเหลืองแสดงถึงความแตกต่าง 4°C และสีแดงแสดงถึงความแตกต่างมากกว่า 5°C

4. การลดผลจากปรากฏการณ์เกาะความร้อนในเขตเมือง
จากที่ได้กล่าวมาแล้วว่าหลักใหญ่ของการเกิด UHI มาจากวัสดุที่ถูกนำมาก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐาน การเลือกใช้วัสดุจากค่าการสะท้อน การดูดกลืน และการเปล่งรังสีในช่วงอินฟราเรดความร้อนให้เหมาะสม และการวางผังเมืองที่ดี จะช่วยลดผลจาก UHI ได้

อย่างที่ทราบมาแล้วว่าพื้นที่สีเขียวจะช่วยลดอุณหภูมิลงได้ งานวิจัยศึกษาอิทธิพลของสิ่งปกคลุมดินที่มีผลต่ออุณหภูมิในบรรยากาศของกรุงเทพมหานคร โดยใช้ภาพถ่ายจากดาวเทียม Landsat 5 พบว่าอุณหภูมิจะลดลง 0.028°C หากเพิ่มพื้นที่ต้นไม้ทุก ๆ ร้อยละ 1 บนพื้นที่ขนาด 0.1 ตารางกิโลเมตร 4 หรืออาจกล่าวได้ว่าการเพิ่มพื้นที่สีเขียวในเขตเมืองจะช่วยลดอุณหภูมิลงได้

หมายเหตุ
หัวข้อที่ 1 และ 2 เรียบเรียงจากเอกสารอ้างอิง 1

เอกสารอ้างอิง
    [1] “Reducing Urban Heat Islands: Compendium of Strategies”, Climate Protection Partnership Division in the U.S. Environmental Protection Agency’s Office of Atmospheric Programs, http://www.epa.gov/heatisld/resources/compendium.htm, last access 4/10/2013.
    [2] Daglis, I. A. and Keramitsoglou, I., “Satellite Thermal Infrared Observations of UHI”, Institute for Space Applications & Remote Sensing, http://www.space.noa.gr/welcome/documents/ UHI_Consult_Meeting/Athens_UHI_Daglis_Keramitsoglou.pdf, last access 4/10/2013.
    [3] Fabrizi, R., Bonafoni, S. and Biondi, R., “Satellite and Ground-Based Sensors for the Urban Heat Island Analysis in the City of Rome”, Remote Sens., 2, 1400-1415, 2010.
    [4] วันเพ็ญ เจริญตระกูลปีติ, อิทธิพลของสิ่งปกคลุมดินที่มีผลต่ออุณหภูมิในบรรยากาศของกรุงเทพมหานคร, วารสารการจัดการสิ่งแวดล้อม ปีที่ 8 ฉบับที่ 1 มกราคม - มิถุนายน 2555.

แก้ไขล่าสุด 7 ตุลาคม 2556

กลับไปด้านบน


copyright © 2016 กองโครงสร้างพื้นฐานเทคโนโลยีดิจิทัล สำนักงานคณะกรรมการดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคมแห่งชาติ กระทรวงดิจิทัลเพื่อเศรษฐกิจและสังคม
ชั้น 7 อาคาร B ศูนย์ราชการเฉลิมพระเกียรติ 80 พรรษา 5 ธันวาคม 2550 ถนนแจ้งวัฒนะ แขวงทุ่งสองห้อง เขตหลักสี่ กรุงเทพฯ 10210
โทรศัพท์ 0-2141-6877 โทรสาร 0-2143-8027 e-mail: [email protected]