Analyse de la température de surface et des caractéristiques démographiques des métropoles canadiennes

Les données

Les dix régions métropolitaines les plus peuplées du pays sont incluses dans cette analyse. Les deux plus grandes régions métropolitaines de chaque province ont également été ajoutées pour obtenir une répartition géographique plus large. Par conséquent, cette analyse comprend 17 régions métropolitaines, avec une population totale de {DAsTotalPopulation} représentant {populationPercentage} % de la population canadienne de 2016. Notez également que certaines provinces et territoires n'ont pas de région métropolitaine (telle que définie par le recensement canadien) ou en ont seulement une.

Température de surface

La température de surface dans les zones métropolitaines est estimée à partir des images du satellite Landsat 8. Les images sélectionnées sont les observations les moins nuageuses trouvées de 2019 à 2021. En plus de la sélection manuelle, chaque pixel a un score de couverture nuageuse donné par les fournisseurs des images (U.S. Geological Survey). Lorsque le score est supérieur à 0,9, les pixels sont exclus de l'analyse.

Trois images sont sélectionnées manuellement entre le 1er juin et le 1er septembre (jours d'été) pour chaque zone métropolitaine afin de compenser les événements météorologiques non contrôlés ou les erreurs d'acquisition. La température moyenne de chaque pixel est calculée à partir de ces trois images. Les dates d'acquisition des images se trouvent dans le tableau ci-dessous, avec les dates UTC.

La température de surface est calculée à partir des bandes infrarouges thermiques 10 et 11, comme indiqué dans la Méthodologie du Centre d'enseignement et de recherche en foresterie de Sainte-Foy. Après les calculs, chaque pixel a une température de surface estimée en degrés Celsius.

Tout d'abord, la luminance spectrale est calculée à partir des données numériques brutes du satellite (DN) et de la luminance (L).

La température du corps noir (Tb) est calculée à l'aide des constantes d'étalonnage K1 et K2.

Enfin, la température de surface (LST) est calculée à l'aide de l'algorithme quadratique split-window.

L'indice de végétation par différence normalisée (NDVI) est également calculé à partir des images de Landsat 8. L'indice est calculé comme le ratio entre les bandes rouge (R : Band 4) et proche infrarouge (NIR : Band 5). La valeur résultante (entre -1 et 1) quantifie la végétation. Étant donné que les valeurs inférieures à 0 indiquent généralement de l'eau, les pixels ayant des valeurs négatives ont été exclus de l'analyse.

L'extraction des données, les calculs et les conversions de degrés Kelvin en degrés Celsius sont exécutés avec Google Earth Engine. Les utilisateurs de GEE peuvent accéder au code ici. Le même code est disponible en téléchargement dans le lien fourni en haut de cette page.

Les images ci-dessous sont une version recadrée de l'imagerie Landsat 8, avec la température de surface superposée aux zones urbanisées (plus à ce sujet dans la section suivante).

Couverture des terres du Canada

Puisque cette analyse se concentre sur la démographie, elle doit exclure les pixels sans résidents. Les données de Couverture des terres du Canada (2015), produites par Ressources naturelles Canada, sont la référence pour identifier les pixels correspondant aux zones urbaines.

Les pixels des terres cultivées, des masses d'eau, des forêts et d'autres catégories sont exclus des calculs de température de surface dans cette analyse. Notez que cette procédure exclut les parcs urbains (classés comme forêts) mais n'exclut pas les zones industrielles (classées comme urbaines).

La carte ci-dessous montre les zones urbaines (en violet) à l'intérieur des limites des zones métropolitaines (en gris).

Données du recensement de 2016

Cette analyse est basée sur le recensement canadien de 2016 puisque les données du recensement de 2021 ne sont pas encore entièrement disponibles. Les aires de diffusion sont utilisées. Il s'agit de la plus petite unité géographique d'agrégation rendue publique pour des variables telles que le revenu et la proportion d’immigrants. En moyenne, 700 personnes vivent dans ces zones. La moyenne de la température de surface et de l’indice de végétation est faite pour les pixels de chaque aire de diffusion.

Divers facteurs (matériaux de surface hautement réfléchissants, nuage résiduel, erreurs de mesure, etc.) peuvent créer une température de surface terrestre très élevée ou très basse. Ces valeurs aberrantes sont exclues pour chaque région métropolitaine. Dans l'ensemble, {outliersCount} valeurs aberrantes avec une population totale de {outliersPopulation} sont ignorées dans notre analyse. Cela représente {outliersPercent} % de toutes les aires de diffusion et {outliersPopulationPercent} % de la population totale des régions métropolitaines de recensement étudiées.

Les valeurs aberrantes sont les aires de diffusion ayant une température moyenne de la surface terrestre supérieure au troisième quartile plus 1,5 fois l'écart interquartile ou inférieure au premier quartile moins 1,5 fois l'écart interquartile. Elles sont représentées par des cercles dans le graphique et la carte ci-dessous.

Le tableau ci-dessous présente la sélection finale des aires de diffusion utilisées pour cette analyse. Il y en a {DAsCount} avec une population totale de {DAsTotalPopulation} (selon le recensement canadien de 2016). La température moyenne de surface (LST) et l'indice de végétation (NDVI) sont extraits de Google Earth Engine. Pour la variable quantiles, l'explication est plus bas. Un script R (disponible en téléchargement dans le lien fourni en haut de cette page) fusionne ces données avec les données du recensement canadien de 2016 en utilisant la librairie cancensus. Ce script exporte également les centroïdes des aires de diffusion.

Cette analyse utilise des abréviations pour les variables du recensement. Le tableau ci-dessous montre la définition exacte du recensement pour chaque variable. Les abréviations se terminant par « .total » sont utilisées pour calculer les pourcentages.

Moyenne pondérée des quantiles

Puisque le contexte géographique de chaque zone métropolitaine affecte sa température de surface, une mesure relative des zones froides et chaudes est nécessaire à la place des températures absolues. Par conséquent, les aires de diffusion sont regroupées en déciles (quantile dans le tableau ci-dessous) au sein de chaque aire métropolitaine. Un quantile de 1 signifie que l'aire de diffusion fait partie du 10 % le plus frais de son aire métropolitaine, tandis qu'un quantile de 10 signifie qu'elle fait partie du 10 % le plus chaud.

Comme le montre le graphique ci-dessous, la population vivant dans chaque aire de diffusion peut varier de quelques centaines à plusieurs milliers de personnes. (Le graphique vous permet également de voir la distribution de toutes les variables de recensement importées.)

Les variables de recensement sont agrégées pour chaque décile de chaque métropole avec une moyenne pondérée. Le poids correspond au nombre total de répondants à la question du recensement. Par exemple, pour faire la moyenne du revenu médian, le poids de chaque aire de diffusion correspond au nombre de répondants âgés de 15 ans et plus.

Le tableau ci-dessous montre les résultats. Cet ensemble de données est utilisé pour produire des graphiques à barres dans la section des résultats.

Limites

L'imagerie satellitaire est la meilleure source de données disponible pour évaluer la chaleur dans un contexte urbain à travers le pays, avec une résolution de 30 mètres carrés pour Landsat 8 (100 mètres carrés pour les bandes infrarouges). Les observations de température de l'air sont quant à elles limitées à quelques stations météorologiques. Ces stations sont souvent situées dans des aéroports, qui ne sont pas représentatifs d'un contexte urbain. Cependant, l’utilisation de la température de surface a ses inconvénients.

Tout d'abord, il est essentiel de comprendre que la température de surface est différente de la température de l'air mesurée par les stations météorologiques. Par exemple, la température de surface fait référence à une température estimée au sol, sur les toits et dans la canopée des arbres. Elle est influencée par de nombreux facteurs, tels que le type de surface, et elle est généralement supérieure à la température de l'air. Ce n'est pas la température ressentie par les habitants. Cependant, des études (source 1, source 2, source 3) montrent que la température de surface et la température de l'air sont liées : lorsque l'une se réchauffe, l'autre suit.

Alors que les stations météorologiques enregistrent la température de l'air en continu, il faut du temps avant qu'un satellite puisse prendre une photo du même endroit. Landsat 8 a un cycle de répétition de 16 jours. Pendant un été de trois mois, Landsat fournit de cinq à six images d'une zone.

Dans le cadre de cette analyse, l'heure d'acquisition de la journée pour chaque zone métropolitaine est différente puisque le satellite survole la Terre au cours de son cycle. Et parce que les images nuageuses sont inutilisables et doivent être exclues, les dates d'acquisition sont également différentes entre les zones métropolitaines.

La température de surface est également influencée par l'angle du soleil avec le sol. Cet angle dépend de l'heure de la journée et de la configuration de la ville (bâtiments bas ou hauts). Cela pourrait influencer la température de surface dans un centre-ville, en particulier. Les précipitations dans les heures précédant l'acquisition ou le smog peuvent également avoir un impact sur les observations. Dans le cadre de cette analyse, aucune précipitation importante n'a été enregistrée avant l'acquisition des images.

Des masses d'eau importantes peuvent également créer des conditions spécifiques que la température de surface ne peut capturer. Par exemple, à Toronto, la brise du lac Ontario pousse la chaleur vers le nord le matin (lorsque le satellite prend sa photo). Mais le soir, lorsque la brise s'arrête, le sud de la ville est la zone la plus chaude.

Résultats

Cette section présente la corrélation entre les variables du recensement, soit le revenu individuel médian et le pourcentage d'immigration, et la température de surface.

Dans cinq régions métropolitaines (Saskatoon, Regina, Saint-Jean (T.-N.-L.), Moncton et Saint-Jean (N.-B.)), la population totale est inférieure à 300 000 personnes et il y a moins de 400 aires de diffusion. Dans ces régions, il y a plus de variabilité dans les tendances observées.

Revenu individuel médian

Plus le revenu médian est élevé, plus la température à la surface du sol est basse. Il y a un écart de {medianIncomeQuantileDifference} $ entre le premier décile et le dernier décile lorsque l'on groupe toutes les régions métropolitaines ensemble. Les personnes vivant dans le dernier décile gagnent {medianIncomeQuantilePercent} % de moins. La tendance est assez nette dans toutes les aires métropolitaines étudiées.

Bien que le calcul de la moyenne pondérée du revenu médian par décile ne soit pas idéal, c'est la variable la plus détaillée publiée par le recensement canadien concernant le revenu. Le revenu du ménage est également disponible, mais les corrélations sont plus faibles. Il existe également plusieurs variables pour la proportion de résidents à faible revenu, mais les corrélations varient selon les régions métropolitaines (voir Autres à la fin de ce document).

Immigrants de première génération

Plus la proportion de personnes nées à l'extérieur du Canada est élevée, plus la température de surface est élevée. Encore une fois, la tendance est assez nette dans toutes les régions métropolitaines. Il y a {immigrantsQuantilePercentage} % de personnes nées à l'étranger en plus dans le dernier décile par rapport au premier décile.

Il existe également plusieurs variables pour la proportion d’immigrants nés sur un continent spécifique, mais les corrélations varient selon les zones métropolitaines (voir Autres à la fin de ce document).

Autres

Autres variables

Choisissez une variable du recensement canadien de 2016 et voyez la corrélation avec la température de surface. L'indice de végétation (NDVI), les mesures de faible revenu et le continent de naissance des immigrants montrent des corrélations particulièrement intéressantes.

Répartition géographique des aires de diffusion

Cette carte montre où se situent les centroïdes des aires de diffusion dans une région métropolitaine donnée. La couleur représente la variable de recensement sélectionnée.

Corrélations

Choisissez deux variables et voyez la corrélation entre elles avec toutes les aires de diffusion au lieu des déciles.

Projections de température

Les graphiques ci-dessous montrent les données historiques et projetées de la température de l'air selon trois modèles. Les données proviennent de Donneesclimatiques.ca. La température moyenne de la saison estivale pour chaque région métropolitaine a été téléchargée.