بررسی اثر خشکسالی بر روی پوشش گیاهی با استفاده از تکنیک های سنجش از دور، مطالعه موردی: حوضه آبریز سد درودزن

نویسنده

استادیار اقلیم شناسی، دانشگاه آزاد اسلامی لارستان، فارس، ایران.

چکیده

خشکسالی دوره کم آبی است که طی آن یک منطقه با کمبود در ذخیره و منابع آبی مواجه است‌. یکی از روش‌های مطالعه خشکسالی و اثرات مخرب آن، پایش و پهنه‌بندی خشکسالی با‌استفاده از‌شاخص‌های هواشناسی و‌تکنیک‌های سنجش از راه دور می‌باشد. خشکسالی جزئی از ویژگی های سیستم آب و هواست که ‌بدون هیچ اخطار و بدون توجه به مرزهای جغرافیایی‌ و‌با تفاوت های اقتصادی و سیاسی هرسال رخ می دهد.
هدف این تحقیق، پایش تغییرات پوشش گیاهی در اثر خشکسالی در حوضه آبریز درودزن است.
روش: شدت‌های خشکسالی با استفاده از شاخص های خشکسالی SPI سالانه توسط داده‌های بارندگی ایستگاه‌های هواشناسی تعیین شد. در این تحقیق شاخص خشکسالی SPI در دوره‌های کوتاه‌مدت یک و سه ماهه و دوره سالانه برای سه ایستگاه شیراز، اقلید و درودزن بررسی شد. پایش تغییرات پوشش گیاهی در اثر خشکسالی بین بازه زمانی 1990 تا 2015 با استفاده از تصاویر MODIS مطالعه شد. این تصاویر ماهواره ای در فریم h22v6 کشور ایران قرار دارد و در مرحله بعد بر اساس تصاویر گرفته شده از MODIS در ماه های اکتبر، اگوست و سپتامبر شاخص نرمال شده اختلاف پوشش گیاهی ( NDVI ) محاسبه شد و سپس همبستگی بین شاخص های هواشناسی و پوشش گیاهی در طی دوره آماری برای سال‌های خشک و تر گرفته شد.
نتیجه اینکه شاخص ( NDVI ) به تغییرات خشکسالی و اقلیمی بیشترین همبستگی را با ایستگاه ‌درودزن داشته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Investigation of the Effect of Drought on Vegetation Using Remote Sensing Techniques, Case Study of Dorodzan Dam Catchment

نویسنده [English]

  • Mohammad Ebrahim Afifi
Assistant Professor of Climatology, Islamic Azad University of Larestan, Fars, Iran.
چکیده [English]

Extended Abstract
Introduction
Drought is one of the characteristics of the climate system that occurs every year without any warning and regardless of geographical boundaries and with economic and political differences (Niazi et al., 1396: 83). Drought is a threat in most parts of the world, including arid and semi-arid regions, and increases restrictions on agricultural production, accessible water, desertification, and the loss of natural pastures and vegetation. Iran is a vast country that has a different climate due to its special location and topographic feature (Alijani et al., 2007: 161). The average annual rainfall is about 251 mm (Eskandari et al., 1399: 116). This is less than 25% of the average annual rainfall on the planet and about 33.33 average annual rainfall on the land surface, so most of Iran is located in the arid climate of the world (Nabizadeh et al., 1397: 133). Therefore, the need for further research and study in this field in different regions of Iran in order to identify temporal and spatial changes of this climate phenomenon and provide appropriate management solutions to deal with and manage it is very necessary, but unfortunately due to the importance of less important issue Most studies in this field have been based either on limited terrestrial data or on specific time and limited areas. As a result, there is a need to develop new methods and use new remote sensing techniques and satellite imagery to assess the time and place of drought (Firoozi et al., 1398: 171).
 
Methodology
MODIS images were used to monitor vegetation changes in the catchment area of ​​Dorodzan Dam. The reason for using these images is long-term coverage and the possibility of accessing these images so that vegetation changes can be well followed. In this research, the drought situation in recent decades is first investigated and determined using the statistics of stations in access and near or near the catchment area of ​​Dorodzan Dam. The method of identifying droughts is using SPI method. This method is one of the most widely used techniques for estimating drought. After identifying the dry years, the vegetation surface in different years is obtained using MODIS satellite images and their extent is compared. A series of indicators were used to assess the drought situation in the region. Examples of indices used in the analysis of rainfall data in this study are the Chinese ZSI and CZI indices and the normal percentage index is the standardized precipitation index. In the tables, the intensity of drought is determined based on the results of the indices. (Roozgar et al., 2012: 6). Then, the best of these indicators is determined.
 
Results and discussion
The output chart of the drought index was prepared based on periods of 1 and 3 months for Dorodzan station and two other stations to check the accuracy and performance of work. The dry area is estimated in October 2001 according to the chart. Also, in 2004, 2010 and 2013, the months (1 and 10) have been estimated according to the one-month index of the arid region. Paying attention to the value of the standard precipitation index tables shows the value close to zero as close to normal and normal situation in each region, and the higher the number of negative numbers, the higher the drought intensity is estimated.
Based on the standard precipitation index (SPI), the drought threshold can be determined for each time period. Therefore, based on this index, in addition to calculating the severity of drought, we can also determine its duration. The standardized precipitation index is based on the probability of precipitation for each time period and is very important for early warning and drought monitoring.
According to the results obtained from indicators and graphs during the statistical period in general and in all three stations in 2001, 2003, 2005, 2007 and 2013, the dry period has been estimated that the results show The basin typically has moderate to severe droughts, and satellite imagery was obtained to calculate the NDVI index during these years for three months (October, August, September, and January).
Correlation test between meteorological and vegetation indices was taken during the statistical period for dry and wet years. According to the results, the NDVI index value for each station for the short period of one month has shown the highest response and shows a high correlation value at the level of 95%. According to the statistical results, the vegetation index has the highest correlation with Dorodzan station in relation to drought and climate changes and in 2001 to 2014 for both dry periods in the years (2001, 2003, 2005, 2007 and 2013) and for The wet year in 2009 and 2014 was above 0.8 and this was due to the high correlation and high impact of rainfall in dry and wet periods on vegetation in the region.
Conclusion
A closer look at the Dorodzan station in 2001, 2003, and 2005 in the dry season according to the table of impact values ​​was very high and the correlation value was above 0.9. Also, in the wet season of 2009, the index value is higher than in 2014, when the wet season occurred, and the high value in this year also shows that the wet season also had a positive effect on vegetation in the region. But previously it was said that two other stations were used for accuracy. Shiraz station was closer to Eghlid. It is equal to 0.925 and in 2014 for the wet period shows the value of 0.981. However, Eghlid station, which is further away from Shiraz station than the basin, has a one-month standard rainfall index and in 2009 and 2014 for the wet season of the region shows a value above 0.9, which is due to the strong effect of average rainfall. It occurs monthly during the growing and maintenance period of the region's vegetation, and in 2007 shows a high correlation with the rest for the dry period. The practical conclusion of this study is: Drought causes damage to agricultural and agricultural sectors, so it is better to prevent the expansion of orchards in areas with low rainfall and lake shores. Use satellite imagery Use other sensors to increase the accuracy of the changes.

کلیدواژه‌ها [English]

  • NDVI
  • SPIT
  • MODIS
  • Dorodzan
  1. اسکندری دامنه، حامد؛ زهتابیان، غلامرضا و خسروی، حسن (1399) شبیه سازی و پیش بینی مولفه های اقلیمی دما و بارش در مناطق خشک مطالعۀ موردی دشت میناب، فصلنامه جغرافیا، علمی پژوهشی بین المللی انجمن جغرافیای ایران، دوره 18، شماره66 ، صص. 127-110.
  2. اسماعیل نژاد، مرتضی؛ اکبرپور، محمد؛ مکانیکی، جواد و فال سلیمان، محمود (1397) ارزیابی پیامدهای اثرات خشکسالی بر امنیت غذایی و معیشت روستایی مطالعۀ موردی مشاوران روستایی دهستان میغان نهبندان، فصلنامه جغرافیا، علمی پژوهشی بین المللی انجمن جغرافیای ایران، دوره16، شماره 57، صص. 18-5.
  3. حجازی زاده، زهرا؛ پودینه، محمدرضا و طولابی نژاد میثم (1399) تحلیل اثر گاز گلخانه ای متان بر نوسانات بارش فصلی ایران، فصلنامه جغرافیا، علمی پژوهشی بین المللی انجمن جغرافیای ایران، دوره18، شماره 66، صص 5-18.
  4. خزاعی فیض آباد، الناز؛ پودینه، محمدرضا و حمیدیان پور، محسن (1398) اثر تغییر اقلیم بر رواناب رودخانه کارواندر، فصلنامه جغرافیا، علمی پژوهشی بین المللی انجمن جغرافیای ایران، دورۀ 17، شماره 63، صص. 178-161.
  5. دوستان، رضا (1398) تحلیلی بر تحقیقات خشکسالی در ایران، استادیار اقلیم شناسی، گروه جغرافیا، دانشگاه فردوسی مشهد، نشریه تحلیل فضایی مخاطرات محیطی، دوره6، ، شماره 4، صص.94-53.
  6. روزگار، رسول؛ سلیمان پور، محمد و جوکار، لیلا (1391) بررسی وضعیت خشکسالی و روند آن در حوزۀ سد درودزن بر اساس شاخص های آماری خشکسالی، اولین همایش ملی بیابان (علوم، فنون و توسعۀ پایدار)، تهران، صص. 10-1.
  7. سازمان مدیریت و برنامه ریزی استان فارس (1386 ) سالنامه آماری.
  8. شفیعی، حسن و حسینی، محمد (1392) بررسی پوشش گیاهی به کمک داده های ماهواره ای در منطقۀ سیستان، مجله اکوفیزیولوژی گیاهی: دوره 3، شماره 12، صص 105-91.
  9. عفیفی، محمد ابراهیم و چترآذر، هادی (1396) پایش تغییرات پوشش گیاهی در اثر خشکسالی در حوضۀ آبریز درودزن با استفاده از تصاویر MODIS ، پایان نامه کارشناسی ارشد، جغرافیا و برنامه ریزی شهری، دانشگاه آزاد اسلامی لارستان.
  10. علیجانی، بهلول و رمضانی، نبی الله (1386) پیش بینی خشکسالی ها و ترسالی ها در استان مازندران با استفاده از باکس-جنکینز، پژوهش های جغرافیای انسانی، ویژه نامۀ 0. صص 155-169.
  11. فاضل دهکردی؛ لیلا ، سهرابی ؛ طیبه السادات، قناویزباف؛ محمد حسین و قضاوی، رضا (1395).پایش خشکسالی با استفاده از تصاویر سنجندۀ مودیس (MODIS) در مناطق خشک مطالعۀ موردی مراتع استان اصفهان، جغرافیا و برنامه ریزی محیطی، دورۀ 27، شماره 3، صص.190-170.
  12. فیروزی، فاطمه؛ طاووسی، تقی و محمدی، سبحان (1398) بررسی حساسیت دوشاخص پوشش گیاهی NDVIو EVI به خشکسالی ها و ترسالی ها در مناطق خشک و نیمه خشک مطالعۀ موردی دشت سیستان ایران، فصلنامه علمی پژوهشی اطلاعات جغرافیایی سپهر، دورۀ 28، شماره 110، صص. 179-163.
  13. لشکری، حسن؛ متکان، علی اکبر؛ آزادی، حمید و محمدی، زینب (1396) تحلیل همدیدی نقش پرفشار جنب حاره ای عربستان در رودبارجنب حاره ای در خشکسالی های شدید جنوب و جنوب غرب ایران، پژوهش های دانش زمین، دوره 8، شماره 30، صص141-163.
  14. متکان، علی اکبر؛ عاشورلو، داوود؛ عقیقی، حسین و گل صفتان، غلامرضا (1397) ریزمقیاس سازی داده رطوبت خاک ESA با استفاده از تصاویر ماهوارۀ NOAA، فصلنامه جغرافیا، علمی پژوهشی بین المللی انجمن جغرافیای ایران، دورۀ 16، شماره57، صص 143-157.
  15. محمدیاری، فریبا؛ پورخباز، حسن؛ توکلی، مهدی و اقدر، حسن (1393) تهیه نقشۀ پوشش گیاهی و پایش تغییرات آن با استفاده از تکنیک های سنجش از دور و سیستم اطلاعات جغرافیایی مطالعۀ موردی شهرستان بهبهان، فصلنامه علمی - پژوهشی اطلاعات جغرافیایی، شماره 92، صص. 34-23.
  16. میراحسنی، مرضیه السادات (1396) ارزیابی شاخص ذخیره آب پوشش گیاهی (VSWI) تصاویر سری زمانی سنجندۀ مودیس در پایش خشکسالی حوضۀ آبخیز گاوخونی، مجله بوم شناسی کاربردی، دوره 6، شماره 14. صص. 47-31.
  17. میرموسوی، سیدحسین و کریمی، حمیده (1392) مطالعۀ اثر خشکسالی بر روی پوشش گیاهی با استفاده از تصاویر سنجندۀ MODIS مطالعۀ موردی استان کردستان، جغرافیا و توسعه، دورۀ 11، شماره 31، صص. 76-57.
  18. نبی زاده، عادل؛ حجازی زاده، زهرا و ضیائیان، پرویز (1397) ارزیابی وضعیت دمایی پوشش گیاهیVTCI براساس شاخص خشکسالی در حوضۀ آبریز سیمین رود دریاچه ارومیه با استفاده از تصاویر مودیس، نشریه تحقیقات کاربردی علوم جغرافیایی، سال 18، شماره 50، صص. 129-139.
  19. نوری، سمیرا و ثنایی نژاد، سید حسین (1392) بررسی خشکسالی با استفاده از شاخص های خشکی دما-گیاه (TVDI) و دما-گیاه اصلاح شده (MTVDI) و تصاویر سنجندۀ مودیس، مجله آب و خاک، دوره ۲۷، شماره ۴، صص. 753-762.
  20. نیازی، یعقوب؛ طالبی، علی؛ مختاری، محمد حسین و وظیفه دوست، مجید (1396) ارزیابی شاخص های خشکسالی گیاهی VDI و دمایی TDI  مبتنی برتصاویر ماهواره ای در محدودۀ ایران مرکزی، فصلنامه علمی پژوهشی خشک بوم: جلد 7 شماره 1، صص 79-94.
  21. هادیان، فریبا؛ حسینی، زهرا و سیدحسنی، مرجان (1393) پایش تغییرات پوشش گیاهی با استفاده از اطلاعات بارندگی و تصاویر ماهواره ای NOAA AVHRR در استان کرمانشاه، نشریه مرتعداری، دوره 1، ش 1،صص. 62-42.
  22. Afifi, M.E & Chatrazar, H. (2017) Monitoring of vegetation changes due to drought in Dorodzan catchment using MODIS images, Master Thesis, Geography and Urban Plannin, Islamic Azad University of Larestan. [Persian].
  23. Alijani, B. & Ramezani, N. (2007) Prediction of droughts and wetlands in Mazandaran province using Box-Jenkins, Human Geography Research, Special Issue 0. pp. 155-169. [Persian].
  24. Dehkordi, F., Sohrabi, L., Tayyabeh Sadat, ghanawizbaf; M.H. & Ghazavi, R. (2015) Drought Monitoring Using MODIS Sensor Images (MODIS) in Arid Areas: Case Study of Rangelands in Isfahan Province, Geography and Environmental Planning: Article 11, Vol. 27, No.63, pp. 177-190. [Persian].
  25. Doustan, R. (2019 An Analysis of Drought Research in Iran, Assistant Professor of Climatology, Department of Geography, Ferdowsi University of Mashhad, Journal of Spatial Analysis of Environmental Hazards: Year 6, Issue 4, Mashhad, Iran, pp. 53-94. [Persian].
  26. Eskandari Damaneh, H., Zehtabian, Gh. & Khosravi, H. (2020) Simulation and Prediction of Climatic Components of Temperature and Rainfall in Arid Areas (Case Study of Minab Plain), Geography Quarterly, International Scientific Research of the Geographical Society of Iran, Vol. 8, No. 66, pp. 110-127. [Persian].
  27. Firoozi, F., Tavousi, T. & Mohammadi, S. (2019) Sensitivity of NDVI and EVI vegetation indices to droughts and wetlands in arid and semi-arid regions, Case study of Sistan plain of Iran, Sepehr Geographical Information Quarterly, Vol. 28, No. 110, pp. 163-179. [Persian].
  28. Hadian, F., Hosseini, Z. & Seyed Hassani, M. (2014). Monitoring vegetation changes using rainfall information and NOAA AVHRR satellite images in Kermanshah province, Rangeland Journal: Vol. 1, pp. 46-62. [Persian].
  29. Hosseini, Z., Kappas,M. & Propastin, P.(2011)Estimating RelationshipBetween Vegetation Dynamic and Precipitation in Central Iran. Toledo, Spain.
  30. Mottakan, A., Ashourloo, D., Aghighi, H. & Gol Seftan, Gh. (2018) Micro-scale of ESA soil moisture data using NOAA satellite imagery, Geography Quarterly, International Scientific Research of the Geographical Society of Iran, Vol.16, No. 57, pp. 143-157. [Persian].
  31. Lashkari, H., Mottakan, A.A., Azadi, H. & Mohammadi, Z. (2017) Synoptic analysis of the role of Saudi subtropical hypertension in subtropical rivers in severe droughts in southern and southwestern Iran, Geosciences Research,Vol.8, No. 30, pp. 141-163. [Persian].
  32. Mohammadyari, F., Pourkhbaz, H., Tavakoli, M. & Aghdar, H. (2014) Preparation of vegetation map and monitoring of its changes using remote sensing techniques and GIS (Case study: Behbahan city), Quarterly Journal of Geographical Information, No. 92, 23-34. [Persian].
  33. Mirahsani, M.S. (2017) Evaluation of Vegetation Water Storage Index (VSWI) Modis Time Series Images in Drought Monitoring of Gavkhoni Watershed, Journal of Applied Ecology: Vol.6, No. 14. pp. 31- 47. [Persian].
  34. Mirmousavi, S.H. & Karimi, H. (2013) Study of the effect of drought on vegetation using MODIS sensor images (Case study of Kurdistan province), Geography and Development, Vol.11, No.31, pp. 57-76. [Persian].
  35. Management and Planning Organization of Fars Province, Statistical Yearbook, (2007) [Persian].
  36. Nabizadeh, A., Hejazizadeh, Z. & Ziaian, P. (2018) Evaluation of VTCI vegetation temperature status based on drought index in Simin Rud catchment of Urmia Lake using MODIS images, Journal of Applied Research in Geographical Sciences: Volume 18, Number 50, pp. 129-139. [Persian].
  37. Nouri, S. & Sanaeinejad, S.H. (2014) Investigation of Drought Using Temperature-Plant Drought Indicators (TVDI) and Modified Temperature-Plant (MTVDI) and Modis Sensor Images, Journal of Water and Soil: Vol. 27, No. 4, pp. 753-762. [Persian].
  38. Niazi, Y., Talebi, A., Mokhtari, M. H. & Vazifehdoost, M. (2017) Evaluation of VDI Plant Drought and TDI Temperature Indicators Based on Satellite Imagery in Central Iran, Dry Canvas Quarterly: Vol. 7 No. 1, pp. 79-94. [Persian].
  39. Hejazizadeh, Z. Pudineh, M.R. & Tolabi Nejad, M. (2020) Analysis of the effect of methane greenhouse gas on seasonal precipitation fluctuations in Iran, Geography Quarterly, International Scientific Research of the Geographical Society of Iran, No.18, No. 66, pp. 5-18. [Persian].
  40. Ismail Nejad, M., Akbarpour, M., Mechanici, J. & Fal Soleiman, M. (2018) Assessing the Impacts of Drought on Food Security and Rural Livelihood: A Case Study of Rural Counselors in Meyghan Nehbandan County, Quarterly Journal of Geography, International Scientific Research of the Geographical Association of Iran, Vol.16, No. 57, pp. 5-18. [Persian].
  41. AZKogan, F. N. (2019) Vegetation index for areal analysis of crop conditions. Proceedings of 18th Conference on Agricultural and Forest Meteorology, AMS, W. Lafayette, Indiana, on 15–18 September 2019 (Indiana, USA), pp. 103–106.
  42. Khazaei Faizabad, E., Pudineh, M.R. & Hamidianpour, M. (2019) Investigating the Effects of Climate Change on Runoff in the Caravan River, Geography Quarterly, International Scientific Research of the Geographical Society of Iran, Vol. 17, No. 63, pp. 161-178. [Persian].
  43. Roozgar, R. Soleimanpour, M. & Jokar, L. (2012) Study of drought situation and its trend in Dorodzan dam area based on drought statistical indicators, The First National Conference on Desert (Science, Technology and Sustainable Development), Tehran, pp. 1-10. [Persian].
  44. Shafiee, H. & Hosseini, M. (2014) Study of vegetation with the help of satellite data in Sistan region, Journal of Plant Ecophysiology: Third Year, pp. 105-91. [Persian].
  45. Singh, R. P., Roy, S. & Kogn, F. (2015). Vegetation and temperature condition indices from NOAA AVHRR data for drought monitoring over India, Int. J. Remote Sens., 24, pp. 4393-4402.
  46. Wylie, B. K., Meyer, D. J., Tieszen, L.L. & Mannel. S. (2018) Satellite mapping of surface biophysical parameters at the biome scale over the North American grasslands: A case study. Remote Sensing of Environment, Vol. 79, No.2, pp. 266-278.