Взаимосвязь городского развития и климатических изменений: обзор на примере города Астаны

Авторы

DOI:

https://doi.org/10.32523/d4y0kv13

Ключевые слова:

городское развитие, изменение климата, Астана, GIS-технологии, городской тепловой остров (UHI) , урбанизация, спутниковый мониторинг

Аннотация

Города стали важным объектом изучения воздействия человека на природу в связи с быстрым развитием урбанизации и антропогенными глобальными изменениями климата. В этой обзорной статье рассматривается влияние процессов урбанизации в городе Астана на климатические изменения с использованием технологий географических информационных систем (GIS). Цель исследования — выявить влияние урбанизации, пространственной организации и изменений в землепользовании на локальный микроклимат, а также определить их структурные сходства. В статье также анализируется опыт Китая, США, Германии и Южной Кореи в изучении влияния урбанизации на температуру воздуха, тепловой баланс, относительную влажность и альбедо земной поверхности в городском микроклимате.

Активные и пассивные методы дистанционного зондирования, метеорологические наблюдения и компьютерное моделирование широко применяются, в том числе с использованием GIS-технологий, для интеграции различных экологических данных и анализа пространственной неоднородности ключевых климатических параметров (например, температуры земной поверхности). Анализ спутниковых изображений (Landsat, MODIS) и локальных метеорологических данных показал, что эффект городского теплового острова (UHI) в Астане выражен достаточно сильно, что связано с высокой плотностью застройки, большой площадью искусственных поверхностей и малой долей зеленых насаждений и водных объектов.

Результаты исследования показывают, что пространственный анализ позволяет определить наиболее уязвимые участки, требующие мер по снижению тепловой нагрузки, а также потенциальные зоны для экологического восстановления. Кроме того, такие данные могут быть использованы в градостроительном планировании для разработки и реализации стратегий, направленных на уменьшение влияния урбанизации на микроклимат города. В целом, проведённое исследование способствует более глубокому пониманию управления городским климатом и предлагает практические рекомендации по адаптации быстро развивающихся городов к современным климатическим вызовам.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Биографии авторов

  • Айдана Кыдырова, НАО "Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева"

    Исследователь, преподаватель Astana International University, Высшая школа естественных наук, магистр естественных наук и PhD-докторант 3 года обучения Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилёва.

  • Аманбек Зандыбай, НАО "Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева"

    Исследователь, кандидат биологических наук, доцент Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилёва.

  • Асель Омар , НАО "Евразийский национальный университет имени Л.Н. Гумилева"

    Исследователь, PhD-докторант 2 года обучения Евразийского национального университета имени Л.Н. Гумилёва.

Библиографические ссылки

1. Almeida, C. R. de, Teodoro, A. C., & Gonçalves, A. (2021). Study of the Urban Heat Island (UHI) Using Remote Sensing Data/Techniques: A Systematic Review. Environments, 8(10), 105. https://doi.org/10.3390/environments8100105 DOI: https://doi.org/10.3390/environments8100105

2. Amanova, S., Hajiyeva, A. Z., & Jafarova, F. (2024). Investigation of Urban Heat Island Based on Remote Sensing and GIS. Comptes Rendus de l’Académie Bulgare des Sciences, 77(8), 1154–1161. https://doi.org/10.7546/CRABS.2024.08.05 DOI: https://doi.org/10.7546/CRABS.2024.08.05

3. Arnfield, A. J. (2003). Two decades of urban climate research: A review of turbulence, exchanges of energy and water, and the urban heat island. International Journal of Climatology, 23(1), 1–26. https://doi.org/10.1002/joc.859 DOI: https://doi.org/10.1002/joc.859

4. Bai, X., Dawson, R. J., Ürge-Vorsatz, D., Delgado, G. C., & Barau, A. S. (2018). Six research priorities for cities and climate change. Nature, 555(7694), 23–25. https://doi.org/10.1038/d41586-018-02409-z DOI: https://doi.org/10.1038/d41586-018-02409-z

5. Baisholanova, L., Ramazanova, E., & Lee, S. H. (2022). Temperature variability and urban expansion in Kazakhstan. Environmental Monitoring and Assessment, 194(8), 632–645. https://doi.org/10.1007/s10661-022-10250-3

6. Butt, M. A., & Azeem, A. (2016). Assessment of Urban Heat Island (UHI) using Remote Sensing and GIS. Global Journal of Human-Social Science: B Geography, Geo-Sciences, Environmental Science & Disaster Management, 16(2), 1–8. Retrieved from https://socialscienceresearch.org/index.php/GJHSS/article/view/1715 (PDF: https://socialscienceresearch.org/index.php/GJHSS/article/download/1715/1656/0)

7. Zhao, Q., Sailor, D. J., & Wentz, E. A. (2018). Impact of tree locations and arrangements on outdoor microclimates and human thermal comfort in an urban residential environment. Urban Forestry & Urban Greening, 32, 81–91.

https://doi.org/10.1016/j.ufug.2018.03.022 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ufug.2018.03.022

8. Chang, H.-T. (2016). A temporal and spatial analysis of urban heat island in basin city utilising remote sensing techniques. ISPRS Archives of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLI-B2, 165–170. https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLI-B2-165-2016 DOI: https://doi.org/10.5194/isprsarchives-XLI-B2-165-2016

9. Shahmohammad, M., Hosseinzadeh, M., Dvorak, B., Bordbar, F., Shahmohammadmirab, H., & Aghamohammadi, N. (2022). Sustainable green roofs: A comprehensive review of influential factors. Environmental Science and Pollution Research, 29(52), 78228–78254. https://doi.org/10.1007/s11356-022-23405-x DOI: https://doi.org/10.1007/s11356-022-23405-x

10. Erell, E., Pearlmutter, D., & Williamson, T. (2011). Urban Microclimate: Designing the Spaces Between Buildings.London: Routledge.

https://doi.org/10.4324/9781849775397 DOI: https://doi.org/10.4324/9781849775397

11. Emmanuel, R., & Krüger, E. (2012). Urban heat island and its impact on climate change resilience in a shrinking city. Building and Environment, 53, 137–149. https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2012.01.020 DOI: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2012.01.020

12. Gago, E. J., Roldan, J., Pacheco-Torres, R., & Ordóñez, J. (2013). The city and urban heat islands: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 25, 749–758. https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.05.057 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rser.2013.05.057

13. Gerçek, D., Güven, İ. T., & Oktay, İ. Ç. (2016). Analysis of the intra-city variation of UHI and its relation to land surface/cover parameters. ISPRS Annals of Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, III-8, 123–128. https://doi.org/10.5194/isprs-annals-III-8-123-2016 DOI: https://doi.org/10.5194/isprsannals-III-8-123-2016

14. Goovaerts, P. (1997). Geostatistics for Natural Resources Evaluation. Oxford University Press. DOI: https://doi.org/10.1093/oso/9780195115383.001.0001

15. Grimmond, C. S. B. (2007). Urbanization and global environmental change: Local effects of urban warming. The Geographical Journal, 173(1), 83–88. https://doi.org/10.1111/j.1475-4959.2007.232_3.x DOI: https://doi.org/10.1111/j.1475-4959.2007.232_3.x

16. Hlushchenko, S., Tsyhanok, Y., & Temchenko, Y. (2025). Remote sensing data-based analysis of the urban heat island phenomenon (Kyiv case). Conference Proceedings — Monitoring of Geological Processes and Ecological Condition of the Environment, 2025, 1–5. https://doi.org/10.3997/2214-4609.2025510067 DOI: https://doi.org/10.3997/2214-4609.2025510067

17. Kazhydromet. (2024). Climate change projections for Kazakhstan: 2050 Outlook. Astana: Committee on Hydrometeorology of Kazakhstan. https://www.kazhydromet.kz/en/weather/in_city/4/921

18. Kerimray, A., Suleimenov, B., De Miglio, R., Rojas-Solórzano, L., & Ó Gallachóir, B. P. (2018). Investigating the energy transition to a coal-free residential sector in Kazakhstan. Journal of Cleaner Production, 197, 1102–1116. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.06.158 DOI: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.06.158

19. Hwang, B. M., Lee, J. H., & Park, S. J. (2023). Cooling effect of urban forests on the urban heat island in Seoul, South Korea. PLOS ONE, 18(3), e0288774. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0288774 DOI: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0288774

20. Li, X., Zhou, Y., Asrar, G. R., Imhoff, M., & Li, X. (2017). The surface urban heat island response to urban expansion: A panel analysis for the conterminous United States. Science of the Total Environment, 605–606, 426–435.

https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.229 DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2017.06.229

21. Liu, Z., Cheng, W., Jim, C. Y., Morakinyo, T. E., Shi, Y., & Ng, E. (2021). Heat mitigation benefits of urban green and blue infrastructures: A systematic review of modeling techniques, validation and scenario simulation in ENVI-met.Building and Environment, 200, 107939.

https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2021.107939 DOI: https://doi.org/10.1016/j.buildenv.2021.107939

22. Mills, G. (2014). Urban climatology: History, status, and prospects. Urban Climate, 10, 479–489. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2014.06.004

23. Taheri Otaghsara, M. P., & Arefi, H. (2019). Modeling urban heat island using remote sensing and city morphological parameters. ISPRS Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLII-4/W18, 1035–1040.

https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-4-W18-1035-2019

24. Nandi, D., Singh, D., Banik, A., & Mishra, P. S. (2024). Assessing urban heat island impact and identifying vulnerability zones. International Journal of Conservation Science, 15(3), 1577–1592. https://doi.org/10.36868/IJCS.2024.03.26 DOI: https://doi.org/10.36868/IJCS.2024.03.26

25. Oke, T. R. (1982). The energetic basis of the urban heat island. Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society, 108(455), 1–24. https://doi.org/10.1002/qj.49710845502 DOI: https://doi.org/10.1002/qj.49710845502

26. Peng, S., Piao, S., Ciais, P., Friedlingstein, P., & Ottlé, C. (2012). Surface urban heat island across 419 global big cities. Environmental Science & Technology, 46(2), 696–703. https://doi.org/10.1021/es2030438 DOI: https://doi.org/10.1021/es2030438

27. Ramazanova, E., Lee, S. H., & Lee, W. (2021). Stochastic risk assessment of urban soils contaminated by heavy metals in Kazakhstan. Science of the Total Environment, 750, 141535. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141535 DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.141535

28. Rizwan, A. M., Dennis, L. Y. C., & Liu, C. (2008). A review on the generation, determination, and mitigation of UHI. Journal of Environmental Sciences, 20(1), 120–128. https://doi.org/10.1016/S1001-0742(08)60019-4 DOI: https://doi.org/10.1016/S1001-0742(08)60019-4

29. Santamouris, M. (2015). Analyzing the heat island magnitude and characteristics in Asian and Australian cities. Science of the Total Environment, 512–513, 582–598. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.01.060 DOI: https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2015.01.060

30. Seto, K. C., Güneralp, B., & Hutyra, L. R. (2012). Global forecasts of urban expansion to 2030 and impacts on biodiversity. PNAS, 109(40), 16083–16088. https://doi.org/10.1073/pnas.1211658109 DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.1211658109

31. Stewart, I. D., & Oke, T. R. (2012). Local climate zones for urban temperature studies. Bulletin of the American Meteorological Society, 93(12), 1879–1900. https://doi.org/10.1175/BAMS-D-11-00019.1 DOI: https://doi.org/10.1175/BAMS-D-11-00019.1

32. Taheri Otaghsara, M. P., & Arefi, H. (2019). Modelling urban heat island using remote sensing and city morphological parameters. ISPRS Archives, XLII-4/W18, 1035–1040. https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-4-W18-1035-2019 DOI: https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLII-4-W18-1035-2019

33. Tan, Z., Lau, K. K.-L., & Ng, E. (2016). Urban tree design approaches for mitigating daytime UHI effects. Energy and Buildings, 114, 265–274. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.031 DOI: https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2015.06.031

34. United Nations. (2022). World Urbanization Prospects: 2022 Revision. Department of Economic and Social Affairs, UN.

35. Voogt, J. A., & Oke, T. R. (2003). Thermal remote sensing of urban climates. Remote Sensing of Environment, 86(3), 370–384. https://doi.org/10.1016/S0034-4257(03)00079-8 DOI: https://doi.org/10.1016/S0034-4257(03)00079-8

36. Gong, A., Li, J., & Chen, Y. (2021). A spatio-temporal brightness temperature prediction method for forest fire detection with MODIS data: A case study in San Diego. Remote Sensing, 13(15), 2900. https://doi.org/10.3390/rs13152900 DOI: https://doi.org/10.3390/rs13152900

37. Liu, L., & Zhang, Y. (2011). Urban heat island analysis using the Landsat TM data and ASTER data: A case study in Hong Kong. Remote Sensing, 3(7), 1535–1552. https://doi.org/10.3390/rs3071535 DOI: https://doi.org/10.3390/rs3071535

38. Yang, J., Jin, S., Xiao, X., Jin, C., Xia, J., Li, X., & Wang, S. (2019). Local climate zone ventilation and surface temperatures. Sustainable Cities and Society, 47, 101487. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101487 DOI: https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101487

39. Zhao, L., Lee, X., Smith, R. B., & Oleson, K. (2014). Strong contributions of local background climate to urban heat islands. Nature, 511(7508), 216–219. https://doi.org/10.1038/nature13462 DOI: https://doi.org/10.1038/nature13462

40. Zhou, D., Zhao, S., Liu, S., Zhang, L., & Zhu, C. (2014). Surface UHI in China: Spatial patterns and driving forces. Remote Sensing of Environment, 152, 51–61. https://doi.org/10.1016/j.rse.2014.05.017 DOI: https://doi.org/10.1016/j.rse.2014.05.017

41. Li, Q., Zhai, Z., & Niu, J. (2021). Effect of urban material albedo modification on surface temperature: A case study based on high-resolution satellite data. Sustainable Cities and Society, 72, 103072. https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103072 DOI: https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103072

42. Debbage, N., & Shepherd, J. M. (2015). The urban heat island effect and city contiguity. Computers, Environment and Urban Systems, 54, 181–194. https://doi.org/10.1016/j.compenvurbsys.2015.08.002 DOI: https://doi.org/10.1016/j.compenvurbsys.2015.08.002

43. Howard, L. (2009). The Climate of London. Cambridge University Press (reprint). https://www.researchgate.net/publication/292141041_The_Climate_of_London_by_Luke_Howard_1833

44. Meng, C.-L., Huang, C.-C., Dou, J.-X., Li, H.-Q., & Cheng, C.-L. (2021). Key parameters in urban surface radiation budget and energy balance modeling. Urban Climate, 39, 100940. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2021.100940 DOI: https://doi.org/10.1016/j.uclim.2021.100940

45. IPCC. (2021). Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Intergovernmental Panel on Climate Change.

46. Nichol, J. E. (2005). Remote sensing of urban heat islands by day and night. Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 71(5), 613–621. https://doi.org/10.14358/PERS.71.5.613 DOI: https://doi.org/10.14358/PERS.71.5.613

47. Mills, G. (2014). Urban climatology: History, status and prospects. Urban Climate, 10, 479–489. https://doi.org/10.1016/j.uclim.2014.06.004 . DOI: https://doi.org/10.1016/j.uclim.2014.06.004

48. Zhou, B., Rybski, D., & Kropp, J. P. (2017). The role of city size and climate in UHI formation. Scientific Reports, 7(1), 4791. https://doi.org/10.1038/s41598-017-04242-2 DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-017-04242-2

49. Grimmond, C. S. B., & Oke, T. R. (1999). Aerodynamic properties of urban areas derived from analysis of surface form. Journal of Applied Meteorology, 38(9), 1262–1292. https://doi.org/10.1175/1520-0450(1999)038%3C1262:APOUAD%3E2.0.CO;2 DOI: https://doi.org/10.1175/1520-0450(1999)038<1262:APOUAD>2.0.CO;2

50. EEA (European Environment Agency). (2023). Urban climate adaptation and heat risk management in Europe.EEA Report 02/2023.

Том 153, № 1 (2025)

Загрузки

Опубликован

29.12.2025

Выпуск

Том 153 № 1 (2025)

Раздел

Статьи

Лицензия

Copyright (c) 2025 Айдана Кыдырова, Аманбек Зандыбай, Асель Омар (Автор)

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Как цитировать

Взаимосвязь городского развития и климатических изменений: обзор на примере города Астаны. (2025). Journal of Ecology and Sustainability, 153(1). https://doi.org/10.32523/d4y0kv13

Похожие статьи

Вы также можете начать расширеннвй поиск похожих статей для этой статьи.