Przydatność danych Sentinel-2 do zwiększania rozdzielczości przestrzennej temperatury powierzchni na obszarach miejskich

dc.abstract.en	Studies on surface temperature in urbanized areas primarily use Landsat products with a spatial resolution of 30 m, which in most cases cannot be considered sufficient, as surfaces with different thermal properties in cities typically occupy less than 90 m². At the same time, Sentinel-2 data offer 10 m resolution, but in spectral ranges other than thermal infrared. The objective of this study was to quantitatively and qualitatively assess whether open multispectral Sentinel-2 data allow for increasing the spatial resolution of thermal Landsat products from 30 m to 10 m in a complex urban environment. Eight pairs of simultaneous Landsat 8/9 and Sentinel-2 imagery from 2022-2023 were used to develop four variants of the URBAN-HRLST model (a baseline version and three modifications incorporating the Bare Soil Index (BI), albedo, and a combination of BI and albedo). The models were based on pixel-to-pixel linear regression between Land Surface Temperature (LST) and a set of spectral indices NDVI, NDWI, NDBI calculated simultaneously from both platforms; the regression coefficients were then transferred to Sentinel-2 channels at 10 m resolution, enabling LST simulation at ten-meter resolution for the entire Warsaw area. Results were validated using RMSE and coefficient of determination R² against 15 ground-based air temperature loggers positioned 15 cm above the ground surface distributed across Warsaw's parks, as well as correlation and visual analysis against original Landsat rasters. URBAN-HRLST achieved R² = 0.68 and RMSE = 7.66°C, improving upon the error of original data while maintaining full consistency with Landsat LST distribution. Adding the BI index maintained high statistical agreement (R² = 0.67; RMSE = 7.67°C) and significantly enhanced the clarity of thermal contrasts between vegetation and built-up areas, enabling identification of objects with widths on the order of a single park avenue. Modifications incorporating albedo led to strong overestimations and underestimations (RMSE > 21°C, extreme values up to 275°C), and were therefore not considered useful. The results demonstrate that combining Landsat thermal data with Sentinel-2 enables reliable representation of urban temperature fields at 10 m scale, opening pathways for precise Urban Heat Island analyses, planning of infrastructure conducive to LST reduction, and validation of urban climate models without the need for expensive high-resolution data.
dc.abstract.pl	W badaniach temperatury powierzchni na terenach zurbanizowanych stosowane są głównie produkty Landsat o rozdzielczości przestrzennej 30 m, która w większości przypadków nie może być uznana za wystarczającą, ponieważ powierzchnie o różnych właściwościach cieplnych zajmują w mieście zazwyczaj mniej niż 90 m2. W tym samym czasie dane Sentinel-2 oferują rozdzielczość 10 m, jednak w zakresach innych niż podczerwień termalna. Celem pracy było ilościowe i jakościowe sprawdzenie, czy otwarte dane wielospektralne Sentinel-2 pozwalają zwiększyć rozdzielczość przestrzenną termalnych produktów Landsat z 30 m do 10 m w złożonym środowisku miejskim. Na ośmiu parach jednoczesnych zobrazowań Landsat 8/9 i Sentinel-2 z lat 2022-2023 opracowano cztery warianty modelu URBAN-HRLST (wersja bazowa oraz trzy modyfikacje z udziałem wskaźnika Bare Soil Index (BI), albedo i kombinacji BI i albedo). Modele oparto na regresji liniowej piksel do piksela między temperaturą powierzchni Land Surface Temperature (LST) a zestawem wskaźników spektralnych NDVI, NDWI, NDBI obliczonych jednocześnie z obu platform; współczynniki regresji przeniesiono następnie na kanały Sentinel-2 o rozdzielczości 10 m, co umożliwiło symulację LST w rozdzielczości dziesięciometrowej dla całej Warszawy. Do weryfikacji wyników skorzystano z błędu RMSE i współczynnika determinacji R² względem 15 naziemnych rejestratorów temperatury powietrza na wysokości 15 cm nad powierzchnią gruntu rozmieszczonych w warszawskich parkach oraz korelacją i analizą wizualną względem oryginalnych rastrów Landsat. URBAN-HRLST uzyskał R2 = 0,68 oraz RMSE = 7,66°C, poprawiając błąd oryginalnych danych i zachowując pełną spójność z rozkładem LST Landsat. Dodanie wskaźnika BI utrzymało wysoką zgodność statystyczną (R2 = 0,67; RMSE = 7,67°C) i wyraźnie zwiększyło czytelność kontrastów termicznych między zielenią a zabudową, umożliwiając identyfikację obiektów o szerokości rzędu jednej alei parkowej. Modyfikacje uwzględniające albedo prowadziły do silnych przeszacowań i niedoszacowań (RMSE > 21°C, skrajne wartości do 275 °C), dlatego nie zostały uznane za użyteczne. Wyniki dowodzą, że połączenie danych termalnych Landsat z Sentinel-2 pozwala wiarygodnie odwzorować miejskie pola temperatury w skali 10 m, co otwiera drogę do precyzyjnych analiz Miejskiej Wyspy Ciepła, planowania infrastruktury sprzyjającej obniżaniu LST i walidacji modeli klimatu miejskiego bez konieczności korzystania z kosztownych danych wysokiej rozdzielczości.
dc.affiliation	Uniwersytet Warszawski
dc.affiliation.department	Wydział Geografii i Studiów Regionalnych
dc.contributor.author	Derwisz, Kacper
dc.contributor.promoter	Kuchcik, Magdalena
dc.contributor.promoter	Jarocińska, Anna
dc.contributor.reviewer	Kuchcik, Magdalena
dc.contributor.reviewer	Kycko, Marlena
dc.contributor.reviewer	Jarocińska, Anna
dc.date.defence	2025-09-25
dc.date.issued	2025
dc.date.submitted	2025-09-08
dc.identifier.apd	245468
dc.language	pl
dc.language.other	en
dc.publisher	Uniwersytet Warszawski
dc.rights	ClosedAccess
dc.subject.en	spatial resolution
dc.subject.en	LST
dc.subject.en	Urban Heat Island
dc.subject.en	NDVI
dc.subject.en	NDBI
dc.subject.en	NDWI
dc.subject.en	temperature
dc.subject.en	Landsat
dc.subject.en	Warsaw
dc.subject.pl	rozdzielczość przestrzenna
dc.subject.pl	LST
dc.subject.pl	Miejska Wyspa Ciepła
dc.subject.pl	NDVI
dc.subject.pl	NDBI
dc.subject.pl	NDWI
dc.subject.pl	temperatura
dc.subject.pl	Landsat
dc.subject.pl	Warszawa
dc.title	Przydatność danych Sentinel-2 do zwiększania rozdzielczości przestrzennej temperatury powierzchni na obszarach miejskich
dc.title.alternative	Assessment of the potential of Sentinel-2 for increasing spatial resolution of surface temperature in urban areas.
dc.type	MasterThesis