مطالعه خشک‌سالی با استفاده از شاخص‌های هواشناسی و داده‌های سنجش‌ازدور (استان آذربایجان غربی)

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اردکان، یزد، ایران

2 استادیار، گروه علوم و مهندسی آب، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه اردکان، یزد، ایران

3 استادیار، گروه مرتع و آبخیزداری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

در سال­های اخیر خشک­سالی تأثیر مخربی در بیشتر بخش­های اکولوژی، مدیریت منابع آب، و فرآیند­های زیست­محیطی برجا گذاشته است. در این تحقیق جهت ارزیابی خشک­سالی از اطلاعات حاصله از تصاویر سنجندهMODIS  در استخراج شاخص NDVI و DVI استفاده شده ­است. هدف از این تحقیق بررسی خشک­سالی­های هواشناسی در منطقه با استفاده از دو شاخص هواشناسی SPI و ZSI به‌صورت دوره­های ماهانه و همچنین بررسی رابطه بین شاخص پوشش گیاهی با خشک­سالی­های هواشناسی می­باشد. درصد کل پوشش در منطقه مورد مطالعه برای سال­های ترسالی 1383، 1385،1390 و 1393 به‌ترتیب 85/19، 5/19، 6/19 و 5/19 درصد بوده و در سال­های خشک‌سالی 1384، 1387، 1389 به‌ترتیب 71/18، 7/18 و 19 درصد محاسبه شد. بیشترین همبستگی بین شاخص NDVI و  DVIبا دوره­های کوتاه‌مدت (1، 2 و 3 ماهه) شاخص­های SPI و ZSI وجود دارد. همچنین همبستگی معنی‌دار بین شاخص­های پوشش گیاهی و دوره‌های بلندمدت شاخص­های هواشناسی مشاهده نشد. به‌طورکلی بیشترین میزان همبستگی در طول دوره آماری بین شاخص­های SPI و NDVI و همچنین در سالی که شرایط خشک‌سالی نرمال گزارش شد، به دست آمد. علاوه بر این تعیین روند شاخص­های مورد مطالعه با استفاده از روش من-کندال نشان از وجود روند نزولی در همه شاخص­ها و افزایش خشک‌سالی و کاهش پوشش گیاهی در طول دوره آماری می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study of drought using meteorological and remote sensing data (Azarbaijan province)

نویسندگان [English]

  • Aref Saberi 1
  • Somayeh Soltani-Gerdefaramarzi 2
  • Mirhasan Miryaghoubzadeh 3
1 M.Sc. Student, Department of Range and Watershed Management, Faculty of Agriculture and Natural Resource, Ardakan University, Yazd, Iran
2 Assistant Professor, Department of Water Science and Engineering, Faculty of Agriculture and Natural Resource, Ardakan University, Yazd, Iran
3 Assistant Professor, Department of Range and Watershed Management, Faculty of Natural Resources, Urmiah University, Urmiah, Iran
چکیده [English]

In recent years, drought has created a destructive impact on the ecology, water resources management, and ecological processes. In this context, appropriate and appropriate method for predicting and monitoring the drought could have a significant impact in neutralizing the effect of this natural phenomenon. In this research, drought monitoring and evaluation of data from MODIS images were used in the extraction of NDVI and DVI indices. The study area of West Azarbaijan province is one of the northwest provinces of the country. In this study, images of meteorological index of drought or wet year have been used. ArcGIS 9.3 has been used to prepare and perform the necessary corrections on the images, as well as to prepare the vegetation cover index (NDVI) and vegetation difference index (DVI) using ENVI 4.5 software, to classify the results and output in the formg images. The aim of this study was to evaluate meteorological droughts using SPI and ZSI as monthly intervals and also determine the correlation between vegetation and meteorological droughts that happened in this area. The results of SPI and ZSI indices indicate that in the first three months of the year, the vegetation is moderate in the prevailing region, and in the second quarter of the year, the maps indicate weak and uncoated vegetation, because the rainfall is very limited in this time. On the other hand, in these months of the year, overgrazing has caused plant degradation. Vegetation in the first three months of the year seems to have had more favorable conditions due to the melting of snow and winter and autumn rainfall of the previous year. Percentage of vegetation coverage in the study area for the wet years 1383, 1385, 1390 and 1393, was respectively reported as 19.85%, 19.5%, 19.6% and 19.5% and also in the drought years 1384, 1387, and 1389 it was calculated as 18.71%, 18.7% and 19% respectively. The results of SPI and ZSI indices indicate that in the first three months of the year, the vegetation is moderate in the prevailing region, and in the second quarter of the year, the maps indicate weak and uncoated vegetation because the rainfall is very limited at this time. On the other hand, in these months of the year, overgrazing has caused plant degradation. Should be cautious about further action beacause One NDVI index is correlated with meteorological drought indices SPI and ZSI which is varied with respect to the short-term and long-term interval respectively. The result confirmed that NDVI and SPI indices were appropriate for monitoring and assessment of drought.
The highest correlation values between NDVI and DVI was observed for short term intervals of SPI and ZSI (1, 2 and 3 months). Generally the highest correlation values during the statistical period between NDVI and SPI was obtained as well as in the year when normal drought conditions were reported. In addition, the determination of trends of the indices using the Man Kendall test indicated that there exist a downward trend in all indices and there was an increase in drought and vegetation decline during the statistical period.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Meteorological drought
  • index
  • remote sensing
  • correlation
  • MODIS
ابراهیم‌زاده، س.، بذرافشان، ج. و قربانی، ک. ه.، 1392، مطالعه تغییرات پوشش گیاهی با استفاده از سنجش‌ازدور و شاخص‌های خشک‌سالی زمینی (مطالعه موردی: استان کرمانشاه). نشریه هواشناسی کشاورزی، 1(1)، 36-46.

باعقیده، م.، علیجانی، ب. و ضیائیان، پ.، 1390، بررسی امکان استفاده از شاخص پوشش گیاهی NDVI در تحلیل خشک­سالی­های استان اصفهان. مطالعه جغرافیایی مناطق خشک، (4)1، 1-16.

پرویز، ل.، خلقی، م.، ولیزاده، خ. و عراقی نژاد، ش.، 1390، بررسی کارایی شاخص­های منتج از فناوری سنجش‌ازدور در ارزیابی خشک‌سالی هواشناسی؛ مطالعه­ی موردی: حوضه­ی آبریز سفیدرود. مجله جغرافیا و توسعه، 9(22)، 147-164.

صفری شاد، م.، حبیب نژاد روشن، م. و ایلدرمی، ع.، 1395، ارزیابی شاخص NDSI در پایش خشک‌سالی به کمک تکنیک سنجش‌ازدور (مطالعه موردی: استان اصفهان). فصلنامه علمی-پژوهشی اطلاعات جغرافیایی، 25(100)، 36-44.

طاهرزاده، س.، 1386، آنالیز خشک‌سالی با استفاده از داده‌های سنجش‌ازدور و تکنیک GIS در حوزه میناب. پایان‌نامه کارشناسی ارشد دانشگاه تربیت مدرس.

علیزاده، ا.، ١٣٨٥، اصول هیدرولوژی کاربردی. انتشارات دانشگاه فردوسی مشهد، ص ٨٠.

فاضل دهکردی، ل.، آذرنیوند، ح.، زارع چاهوکی، م.، محمودی کهن، ف. و خلیقی سیگارودی، ش.، 1395، پایش خشک‌سالی با استفاده از شاخص‌ پوشش گیاهی NDVI (مطالعه موردی: مراتع استان ایلام). نشریه مرتع و آبخیزداری، 69(1)، 141-154.

کریمی، م.، شاهدی، ک. و خسروی، خ.، 1395، بررسی خشک‌سالی هواشناسی و هیدرولوژیکی با استفاده از شاخص‌های خشک‌سالی در حوزه آبخیز قره‌سو. مجله فیزیک زمین و فضا، 42(1)، 159-170.

محمدی، ج. و شتایی، ش.، 1388، ارزیابی حساسیت شاخص­های طیفی گیاهی با استفاده از تابع حساسیت در برآورد حجم سرپای توده‌های جنگلی. مجله پژوهش علوم و فناوری چوب و جنگل، 16(2)،101-120.

محمودزاده، ا.، ثقفیان، ب. و مختاری، ا.، 1387، کاربرد شاخص خشک‌سالیSPI  و NDVI در فریدون‌شهر اصفهان، سومین کنفرانس منابع آب و مدیریت، دانشگاه تبریز.

مصطفی‌زاده، ر. و ذبیحی، م.، 1395، تحلیل و مقایسه شاخص‌های ‏SPI‏ و ‏SPEI‏ در ارزیابی خشک‌سالی هواشناسی با استفاده از نرم‌افزار R (بررسی موردی: استان کردستان). مجله فیزیک زمین و فضا، 42(3)، 633-643.

هادیان، ف.، حسینی، ز. و هادیان، ه.، 1395، بررسی تأثیر خشک‌سالی‌های اخیر بر کاهش سطح و تغییرات کاربری اراضی اطراف دریاچه مهارلو با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای. فصلنامه علمی-پژوهشی گیاه و زیست‌بوم، 12(49)، 41-56.

Bayarjargal, Y., Adyasuren, T. and Mukhtuya, S., 2000, Drought and Vegetation Monitoring in the Arid and Semi-arid Regions of the Mongolia Using Remote Sensing and Groung Data. Proceeding of 21st Asian Conference on Remote Sensing, Taipei, Taiwan, (1), 327-377.

Holben, B. N., 1986, Characteristics of maximum-value composite images from temporal AVHRR data. International Journal of Remote Sensing, 7, 1417-1434.

Hulka, J., 2008, Calibrating ASTER for Snow Cover Analysis. 11th AGILE International Conference on Geographic Information Science 2008. University of Girona, Spain.

Kendall, M. G. and Stuart, A., 1977, The Advanced Theory of Statistics. MacMillan Publishing New York.

Kriegler, F. J., Malila, W. A., Nalepka, R. F. and Richardson, W., 1969, Preprocessing transformations and their effects on multispectral recognition. Sixth International Symposium on Remote Sensing of Environment, University of Michigan, Ann Arbor, MI, 97-131.

McKee, T. B., Doesken, N. J. and Kleist, J., 1995, Drought monitoring with multiple time scales. 9th Conference on Applied Climatology, 233-236, Dallas, Boston, MA: American Meteorological Society.

Quiring, S. and Ganesh, S., 2009, Evaluating the utility of the Vegetation Condition Index (VCI) for monitoring meteorological drought in Texas. Agricultural and Forest Meteorology, 1-10.

Rahimzadeh-Bajgiran, P., Darvishsefat, A., Khalili, A. and Makhdom, A., 2008, Using AVHRR-based vegetation indices for drought monitoring in the northwest of Iran. Journal of Arid Environmental, 72, 1086-1096.

Richardson, A. J. and Wiegand, C. L., 1997, Distinguishing Vegetation From Soil Background Information. Photogramnetric Engineering and Remote Sensing, 43, 1541-1552.

Wan. Z., Wang. P. and Li, X., 2004, Using MODIS Land Surface Temperature and Normalized Difference Vegetation Index Products for Monitoring Drought in the Southern Great Plains, USA. International Journal of Remote Sensing, 25(1), 61-72.