جستجوی مقالات مرتبط با کلیدواژه "شاخص پوشش گیاهی" در نشریات گروه "کشاورزی"
-
امروزه با توجه به اهمیت خشکسالی و تغییر اقلیم، نیازمند یک برنامه منظم برای ارائه راهکارهای مدیریتی مناسب و پایش خشکسالی جهت به حداقل رساندن زیان های کشاورزی می باشیم. با استفاده از تکنیک سنجش ازدور می توان خشکسالی را از طریق اثراتی که روی گیاهان دارد، مطالعه و به نتایج دقیق تر و موثرتری برای مدل سازی خشکسالی دست یافت. هدف این تحقیق، ارزیابی الگوهای مکانی و زمانی خشکسالی پوشش گیاهی باغی و باغی کشاورزی شهرستان تویسرکان با استفاده از شاخص های پوشش گیاهی به دست آمده برمبنای داده های ماهواره ای MODIS شامل: شاخص تفاضل نرمال شده پوشش گیاهی (NDVI)، شاخص وضعیت پوشش گیاهی (VCI)، شاخص سلامت گیاهی (VHI)، شاخص وضعیت دما (TCI)، برای دوره زمانی 2002 تا 2021 و در مقیاس های زمانی فصلی، چهار ماهه، شش ماهه، نه ماهه و سالانه است. نتایج حاصل از همبستگی پیرسون بین شاخص های ماهواره ای و مقادیر شاخص بارش استاندارد (SPI) نشان داد که بین شاخصVCI ماه های آوریل تا ژوئن سال وSPI ماه های ژانویه تا سپتامبر همبستگی برابر با 599/0و بین شاخص VCI در ماه های آوریل تا ژوئن وSPI ماه های ژانویه تا ژوئن همبستگی (570/0) معنی داری وجود دارد. برمبنای محاسبه های انجام شده، شرایط اقلیمی محدوده با نتایج حاصل از شاخص گیاهی VCIدر مقیاس فصلی، تطابق بیشتری دارد. به طور کلی، نتایج شاخص VCI و SPI تا حدود زیادی نتایج شاخص NDVI را تایید می کند. در نتیجه، شاخص VCI به عنوان بهترین شاخص جهت پایش خشکسالی کشاورزی شهرستان تویسرکان انتخاب گردید. همچنین، شاخص گیاهی VCIنشان دهنده وضعیت خشکسالی در سال های 2008 و 2014 و وضعیت ترسالی در سال های 2007 و 2018 نسبت به دوره مطالعاتی در منطقه بود.
کلید واژگان: شاخص بارش, شاخص پوشش گیاهی, شاخص دماAgroecology journal, Volume:16 Issue: 3, 2025, PP 513 -531IntroductionIn recent years, with the growing significance of drought and climate change, there is an increasing need for a well-structured plan to implement effective management strategies and monitor drought conditions. Considering the importance of investigating agricultural drought in relation to the yield of agricultural products and the fact that agriculture in Iran has always been affected by the amount and distribution of inappropriate rainfall, and climate change has caused problems in the cultivation conditions in the country by causing anomalies in temperature and precipitation; in recent years, due to the lack of suitable moisture conditions in the soil and the decrease of rainfall in the spring season, the amount of production and the quality of products have suffered serious threats, among these threats is the threat to human food security and, by nature, social and economic problems. Effective monitoring at the right moment can greatly reduce damage to agricultural production. The use of remote sensing and satellite imagery as effective tools for monitoring agricultural drought has gained significant attention from researchers. Remote sensing allows for the study of drought's effects on plant growth, leading to more accurate and impactful results in drought modeling.
Materials and MethodsTuyserkan city covers an area of 1,556 square kilometers, 7.98% of the area of Hamedan province, in the west of Iran, and it is located along the Zagros mountain range. In this study, the goal is to evaluate the spatial and temporal patterns of agricultural drought in Tuyserkan County using vegetation coverage indicators derived from satellite data, including the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI), the Vegetation Condition Index (VCI), the Plant Health Index (VHI), and the Thermal Condition Index (TCI), over a 20-year period and at seasonal and annual scales. The satellite data used in this study are from MODIS imagery. These images are a suitable tool for drought monitoring due to the power of proper spatial separation and providing bands with different wavelengths. After pre-processing these images using ENVI software, surface temperature, and rainfall data (used by interpolation method) are used as effective data in the drought process in the study area during this period.
Results and DiscussionThe Vegetation Condition Index (VCI) has a significant correlation with different seasons, as well as with the Standardized Precipitation Index (SPI). Therefore, it can be stated with confidence that this index can be used to monitor temporal and spatial changes in agricultural droughts in the study area with acceptable accuracy. In fact, the months from the fourth to the sixth are the best time for the growth and development of plants because whatever the effect of precipitation, it will show itself during this period, and the highest correlation between the SPI and VCI for the fourth to the sixth months. However, in the VHI for the seventh to ninth months, the meaningful correlation could be because of the fact that the vegetation of Tuyserkan is mostly farmland (ending in October) and orchard (with a high amount of walnuts and almonds, which continue until September). Rahimzadeh et al. (2008) found the best correlation between the VCI and SPI for one to three months in the monitoring of droughts in Northwest Iran, and in this study, the correlation between the VCI and SPI for one to nine months was obtained. Generally, the VCI index provides better results for measuring precipitation, especially in areas that are climatically heterogeneous. As a result, the VCI was selected as the best index for monitoring agricultural droughts in the region.
ConclusionBased on the calculations performed, the climate of the region matches the seasonality of the Vegetation Coverage Index (VCI) better. Generally, the results of the VCI and SPI indices largely confirm the results of the NDVI index. As a result, the VCI index was chosen as the best index for monitoring agricultural droughts in Tuyserkan County. Additionally, the results derived from the use of the vegetation index VCI indicate the state of droughts in 2008 and 2014 and the state of precipitation in 2007 and 2018 compared to the study period in the region.
Keywords: Standardized Precipitation Index, Thermal Condition Index, Vegetation Condition Index -
بررسی پارامترهای فیزیولوژیکی گیاه و کود موردنیاز از اصول اساسی در کشاورزی دقیق است. سنسورهای غیر مخرب و دقیق از راه دور این فرآیند را امکان پذیر می کنند. مطالعه حاضر کارایی دو دستگاه GreenSeeker (GS) و توسعه تجزیه وتحلیل خاک-گیاه (SPAD) Soil-Plant Analysis Development را در مدیریت کود نیتروژن (N) ارزیابی می کند. شاخص نرمال شده تفاوت گیاهی (NDVI) با GS اندازه گیری و با SPAD مقایسه شد. کود دهی با 5 تیمار مختلف نیتروژن در 100 گلدان اعمال شد. تیمار اول (N1) غلظت نیتروژن نداشت، درحالی که تیمارهای دیگر (یعنی N2، N3، N4 و N5) به ترتیب 2، 9، 22 و 37 میلی مول در لیتر در هر هفته دریافت کردند. سپس اثر کود دهی حجمی با افزودن کود مکمل به گلدان های N1 تا N3، 71 روز پس از کاشت بررسی شد. غلظت نیتروژن در برگ و میوه در حال رشد با استفاده از روش کجلدال مورد آزمایش قرار گرفت. نتایج حسگرهای اعمال شده با طیف سنجی مادون قرمز در طول موج 200-1100 نانومتر تایید شد. NDVI، شاخص پوشش گیاهی با خاک و شاخص کلروفیل از طیف های موجود محاسبه و با خروجی های حسگر مقایسه شد. همبستگی قوی بین NDVI و تمام شاخص های مشتق شده از طیف، به خصوص در فاز رویشی به دست آمد. نتایج، همبستگی قوی NDVI با میزان نیتروژن، به ویژه پس از کود دهی تکمیلی را نشان داد. ازآنجایی که شاخص های پوشش گیاهی از طیف تقریبا به خوبی با NDVI و SPAD در تمام تیمارها همبستگی دارند، نظارت طیف سنجی از راه دور خیار می تواند یک تکنیک جایگزین دقیق تر باشد. رگرسیون خطی و غیرخطی برای تغییرات مدل NDVI و SPAD اعمال شد. این مطالعه امکان استفاده از GS را برای مدیریت N با توجه به حساسیت آن به وضعیت نیتروژن خیار نشان داد.کلید واژگان: خیار, شاخص پوشش گیاهی, Greenseeker, نیتروژن, SpadMonitoring physiological parameters of plant and fertilizer requirements are the basic principles in precision farming. Non-destructive and accurate remote sensors make this process feasible and light-handed. The present study evaluates the efficiency of GreenSeeker (GS) and Soil-Plant Analyses Development (SPAD) in Nitrogen (N) fertilizer management. Normalized difference vegetation index (NDVI) was measured with GS and compared to SPAD. Fertigation with 5 different N treatments was applied to 100 pots. The first treatment (N1) had no N concentration, while the other treatments (i.e., N2, N3, N4, and N5) received 2, 9, 22, and 37 mmol.L-1 weekly, respectively. Next, the effect of volumetric fertilizing was investigated by adding supplemental fertilizer to N1 to N3 pots 71 days after planting. Nitrogen concentration in the leaf and first growing fruit was tested using the Kjeldahl method. The results of applied sensors confirmed with visible-near infrared spectroscopy at 200-1100 nm wavelength. NDVI, soil-adjusted vegetation index, and chlorophyll index were calculated from the available spectra and compared to the sensor outputs. Strong correlations were obtained between NDVI and all indices derived from spectra, especially in the vegetative phase. The results showed a strong correlation of NDVI with N rate, especially after supplemental fertilizing. Since the vegetation indices from spectra almost correlated well with NDVI and SPAD in all treatments, spectroscopy monitoring of cucumber could be a precise alternative technique. Linear and nonlinear regressions were applied to model variations of NDVI and SPAD. This study demonstrated the feasibility of using GS for N management according to its sensitivity to cucumber N status.Keywords: Cucumber, Greenseeker, NDVI, Nitrogen, Spad
-
مقدمه
رشد سریع شهرها و روند صنعتی شدن، مشکلات محیط زیستی زیادی را در بسیاری از مناطق جهان ایجاد کرده است. آگاهی از روند تغییرات پوشش و کاربری اراضی طی دوره های زمانی طولانی برای برنامه ریزان و مدیران به منظور ارزیابی و پیش بینی مشکلات ناشی از این تغییرات بسیار با اهمیت است. سنجش ازدور، ابزار موثری برای پایش تغییرات پوشش اراضی در مناطق شهری و حوالی آن است. شهر تهران در چند دهه اخیر به واسطه رشد و به دنبال مهاجرت افراد، گسترش زیادی پیدا نموده و اثرات فراوانی بر محیط زیست پیرامون خود بر جای گذاشته است. ازاین رو، پژوهش حاضر به ارائه مدلی مبتنی بر الگوریتم درخت تصمیم (Decision Tree) جهت طبقه بندی و پایش تغییرات کاربری اراضی با استفاده از تصاویر سنجنده TM و MSS در محدوده غرب شهر تهران در فاصله سال های 1975 تا 2011 پرداخته است.
مواد و روش هادر این پژوهش، ابتدا یک تصویر سنجنده MSS و سه تصویر سنجنده TM ماهواره لندست است که در ماه خرداد اخذ شد ه و سپس داده های کمکی یعنی مدل رقومی ارتفاع مستخرج از نقشه توپوگرافی 1:25000 سازمان نقشه برداری است مورداستفاده قرار گرفته است. بعد از انجام پیش پردازش ها، با استفاده از شاخص های پوشش اراضی از جمله شاخص پوشش گیاهی، روش DT و ترکیب آن با روش طبقه بندی حداکثر احتمال طبقه های کاربری اراضی استخراج شد. سپس، دقت تصاویر طبقه شده حاصل از DT با کمک ضریب کاپا و دقت کلی ارزیابی صحت شد و در پایان با استفاده از روش مقایسه تصاویر در زمان های موردمطالعه تغییرات طبقه های مختلف کاربری اراضی محاسبه شد.
نتایج و بحث:
بر اساس یافته های این پژوهش، صحت کلی طبقه بندی برای سال 2011، 82 درصد است. همچنین، نتایج پایش تغییرات نشان داد که تراکم فضاهای ساخت وساز شده طی دوره زمانی 36 ساله دارای روندی مثبت و رو به افزایش است و در پی آن سایر اراضی در حال کاهش بوده اند. تراکم فضاهای ساخت وساز شده در سال 1975 با مساحت 2166 هکتار که معادل 8 درصد بوده به 8125 هکتار یعنی 29 درصد در سال 2011 رسیده است. در مجموع درصد تغییرات نسبی آن 21 درصد معادل 5959 هکتار است. با بررسی تغییرات کاربری اراضی در غرب شهر تهران از سال 1975 تا سال 2011 که در نقشه ها نمایش داده شده است، می توان گفت که با توسعه شهرنشینی و افزایش نیاز افراد به خدمات مختلف و نبود فضای کافی برای جوابگویی به این نیازها فضاهای باز و سبز غرب شهر تهران تخریب شده و جایگزین کاربری های مختلف شده است.
نتیجه گیریپژوهش حاضر با هدف پایش پوشش و کاربری اراضی محدوده غرب تهران با دقت بالای طبقه بندی از طریق مدل مبتنی بر الگوریتمDT و تلفیق نتایج طبقه بندی حداکثر احتمال با آن به انجام رسید. برای انجام پژوهش از تصاویر ماهواره ای چندزمانه سنجنده TM و MSS ماهواره لندست و داده های کمکی استفاده شده و پس از تهیه نقشه کاربری اراضی هر دوره زمانی، نقشه تغییرات پوشش و کاربری اراضی استخراج شد. نتایج این پژوهش نشان می دهد که داده های سنجش ازدور همراه با فن های طبقه بندی ترکیبی از توانایی بالایی در استخراج انواع نقشه های کاربری اراضی و همچنین ارزیابی تغییرات کاربری برخوردارند و همچنین پتانسیل داده های سنجنده MSS و TM ماهواره لندست را به عنوان یک ابزار مناسب و اقتصادی برای تصویر نمودن و تجزیه وتحلیل تغییرات پوشش اراضی در طی زمان نشان می دهد. همچنین نتایج پژوهش حاضر حاکی از آن است که استفاده از روش شاخه ای یا چندمرحله ای برای طبقه بندی تصاویر ماهواره ای، دارای مزایایی از جمله کاستن زمان پردازش، بهبود صحت طبقه های تعلیم کوچک، به کارگیری منابع متفاوتی از داده ها، مجموعه های مختلف از خصوصیات و حتی الگوریتم های متفاوت در هر مرحله از تصمیم گیری است.
کلید واژگان: سنجش از دور, سنجنده MSS, سنجنده TM, شاخص پوشش گیاهی, طبقه بندی حداکثر احتمالIntroductionThe rapid growth of cities and the process of industrialization have created numerous environmental problems across many parts of the world. It is essential for planners and managers to be aware of changes in land cover and land use over extended periods to evaluate and predict the impacts caused by these changes. Remote sensing is an effective tool for monitoring land use changes in urban areas and their surroundings. Tehran has expanded significantly over the last few decades due to population growth and migration, leaving substantial effects on the surrounding environment. Consequently, this study presents a model based on the decision tree algorithm to classify and monitor land use changes using images from TM and MSS sensors in the western region of Tehran between 1975 and 2011.
Materials and methodsIn this study, one MSS sensor image and three TM sensor images from the Landsat satellite, all taken in June, were used along with ancillary data, specifically a digital elevation model extracted from the 1:25000 topographic map of the Mapping Organization. After pre-processing, land cover indices, including vegetation index, DT method, and its combination with the maximum likelihood classification method, were used to extract land use classes. The accuracy of the classified images obtained from the DT was evaluated using the kappa coefficient and overall accuracy, and finally, the changes in different land use classes over time were calculated using the image comparison method.
Results and discussionAccording to this study's findings, the overall classification accuracy for 2011 is 82%. The results of change monitoring indicate a positive and increasing trend in the density of built-up land over the 36-year period, while other land types have decreased. The density of the built-up land class in 1975, with an area of 2166 hectares (equivalent to 8%), increased to 8125 hectares (29%) by 2011. In total, the percentage of relative change is 21%, equivalent to 5959 hectares. By examining the land use changes in the west of Tehran from 1975 to 2011, shown in the maps, it is evident that urban development and increased demand for various services, coupled with a lack of adequate space, have led to the destruction of green spaces in the western part of Tehran, replaced by other land uses.
ConclusionThis research aimed to monitor land use/cover in the west of Tehran with high classification accuracy using a model based on the DT algorithm combined with the maximum likelihood classification method. Multi-temporal satellite images from the Landsat satellite’s TM and MSS sensors, along with ancillary data, were used to conduct the research. After preparing a land use map for each period, a map depicting land cover and land use changes was extracted. The results of this research indicate that remote sensing data combined with classification techniques have a high capability to extract various types of land use maps and evaluate land use changes. Moreover, Landsat’s MSS and TM sensor data prove to be suitable and cost-effective tools for depicting and analyzing land use/cover changes over time. Additionally, the findings highlight that using a branching or multi-stage method for classifying satellite images offers advantages such as reduced processing time, improved accuracy in small classes, and the ability to use different data sources, feature sets, and algorithms at each decision-making stage.
Keywords: Maximum Likelihood Classification, MSS Sensor, Remote Sensing, TM Sensor, Vegetation Index -
تغییرات در پدیده های اقلیمی حدی مانند دوره های طولانی روزهای داغ و یا بارش های سنگین تاثیر بسیار زیادتری از تغییرات در میانگین های اقلیمی بر جوامع انسانی و محیط می گذارد. هدف این مطالعه بررسی و تحلیل مخاطرات داده های حدی دمایی و رابطه آن با تغییرات شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی (NDVI) در حوزه های آبخیز شش گانه ایران است. در این پژوهش از داده های ماهانه بارندگی 80 ایستگاه سینوپتیک با حداقل 30 سال طول دوره آماری از سال 1365 تا 1395 استفاده شد و مقدار شاخص بارش استاندارد شده (SPI) در دوره 8 ماهه تا انتهای خرداد محاسبه شد و در سه فاصله زمانی 10 ساله برآورد شد. نتایج نشان داد که مقایسه بین شاخص پوشش گیاهی با مقادیر دمای سطح زمین در ایران وجود دارد که نشان دهنده روند افزایشی شاخص پوشش گیاهی است. در حالی که گزارش های سازمان منابع طبیعی و آبخیزداری ایران بیان گر آن است که در 30 سال گذشته هم زمان با کاهش و تخریب عرصه های طبیعی، افزایش سطح زراعت (دیم و آبی) را در کشور داشته ایم. این افزایش تاثیر روند کاهشی مراتع و جنگل ها را در میانگین فضایی شاخص پوشش گیاهی خنثی کرده است. دستاورد پژوهش پیش رو از این لحاظ قابل تامل است که نشان می دهد افزایش در میزان سبزینگی کشور نتیجه کاذبی است و می تواند روند کاهشی عرصه های طبیعی (جنگل و مرتع) را در تحلیل ها کم رنگ کند. در نهایت اگر تغییر کاربری در کشور ادامه دار باشد، و با کاهش بارش و افزایش فرین های دمایی خشک سالی ها تشدید شود؛ کشور به سمت افزایش عرصه های بیابانی و تخریب سرزمین پیش خواهد رفت. برای جلوگیری از هدررفتن آب در حوزه های آبخیز کشور، با اجرای اقدامات آبخیزداری و آبخوانداری و اعمال مدیریت جامع حوزه های آبخیز اثر خشک سالی کاهش داده شود.
کلید واژگان: دمای حدی, شاخص پوشش گیاهی, شاخص استاندارد بارش, حوزه های آبخیزChanges in extreme climatic phenomena, such as long periods of hot days or heavy rains, have a much greater impact on human societies and the environment than changes in climatic averages. This study aims to investigate and analyze the risks of temperature threshold data and its relationship with changes in the vegetation index in Iran's six watersheds. In this research, the monthly rainfall data of 80 synoptic stations with at least 30 years of the statistical period from 1988 to 2017 were used, and the value of the standardized precipitation index (SPI) was calculated in eight months until the end of May. It was estimated in three-time intervals of ten years. The findings show that there is a significant spatial correlation between the vegetation cover index and the ground surface temperature values in Iran, which indicates the increasing trend of the vegetation cover index. The reports of Iran's Natural Resources and Watershed Management Organization indicate that in the last 30 years, we have increased the level of agriculture (rainfed and irrigated) in the country, along with the reduction and destruction of natural areas. This increase has neutralized the effect of the decreasing trend of pastures and forests in the spatial average of the vegetation cover index. The achievement of the upcoming research is worthy of consideration in the sense that it shows that the increase in the greenness of the country is a false result and can diminish the trend of natural areas (forests and pastures) in the analysis. Finally, if the land use change continues in the country, and droughts intensify with the decrease in rainfall and the increase in temperature extremes; The country will move towards increasing desert areas and land destruction. To prevent the wastage of water in the country's watersheds, the effect of drought should be reduced by implementing watershed measures and comprehensive management of watersheds.
Keywords: Limit Temperatures, Vegetation Index, Standard Precipitation Index, Watersheds -
سابقه و هدف
تعیین میزان ماده آلی ذخیره شده پوشش گیاهی مراتع برای پایش وضعیت مرتع و اصلاح و توسعه مراتع ضروری است. استفاده از داده های ماهواره ای امکان مطالعه گسترده پوشش گیاهی را فراهم می سازد. در این تحقیق سعی شده است، برآوردی از کربن آلی پوشش گیاهی بر اساس ارزیابی های میدانی و شاخص های سنجش از دور در مراتع منطقه حفاظت شده لشگردر، ملایر صورت گیرد. به علت سهولت دسترسی سری های زمانی داده ماهواره لندست در این تحقیق سعی شد تخمین کربن آلی پوشش گیاهی با استفاده از داده ماهواره لندست 8 سنجنده OLI صورت گیرد.
مواد و روش هانمونه برداری صحرایی در 8 خرداد ماه سال 1395 از مراتع حفاظت شده منطقه لشگردر صورت گرفت. فرم رویشی غالب این مراتع علفی - بوته ای بوده و گونه های خانواده Asteraceae بیشترین فراوانی را در این منطقه حفاظت شده دارند. مختصات 40 نقطه بطور تصادفی به عنوان مرکز پلات های نمونه برداری از زیتوده گیاهی در منطقه مورد مطالعه انتخاب شدند. به منظور حذف خطای ناشی از دقت GPS، ضریب دو برابر اندازه پیکسل اعمال شد و پلات های 30×30 متر مربعی برای نمونه برداری میدانی انتخاب شدند. مختصات نقاط مورد نظر، به عنوان مراکز پلات ها درنظرگرفته شدند و سپس از زیر پلات های 1×1 متر مربع استفاده شد. با نشانه گذاری در مرکز پلات، نمونه های مرکب زیتوده هوایی از نقطه مرکزی و چهار گوشه پلات اصلی تهیه شدند. نمونه ها پس از کد گذاری جهت انجام مراحل آزمایشگاهی به آزمایشگاه علوم مرتع، دانشگاه ملایر منتقل شدند. میزان کربن آلی پوشش گیاهی پس از هوا خشک شدن نمونه ها ، به روش سوزاندن در کوره (LOI) اندازه گیری شد. شاخص های پوشش گیاهی از تصاویر ماهواره ای لندست 8 سنجنده OLI (براساس سیستم جهانی WGS84 در گذر 166 و ردیف 36) که شامل اطلاعات رقومی باند های 1 تا 7 با قدرت تفکیک مکانی 30 است، استفاده شد و شاخص های سبزینگی و RVI, NDVI, IPVI, DVI, WDVI, ARVI, SAVI, TSAVI, BI, OSAVI, GEMI, EVI, LAI, GARI از تصاویر لندست استخراج شدند.
نتایجبا توجه به نتایج حاصله از مقایسه داده های کربن آلی برآوردی پوشش گیاهی با کربن آلی محاسباتی پوشش گیاهی، تنها شاخص GARI می تواند کربن آلی پوشش گیاهی را برآورد کند. بهترین مدل ارائه شده با استفاده از شاخص GARI برای کربن آلی پوشش گیاهی به صورت GARI 38/1 + 4/5 = OC با ضریب تبیین 13/0 = 2R و 7/0 = RMSE به دست آمد. از این نتایج می توان چنین استنتاج کرد که شاخص های سنجش از دور می توانند، به عنوان مکمل روش های میدانی در مطالعات پوشش گیاهی به کار گرفته شوند. در انتخاب مناسب ترین روش نوع سنجنده، خصوصیات و شرایط منطقه مورد مطالعه و آگاهی از نوع و میزان پوشش گیاهی و نوع کاربری های منطقه باید مورد توجه قرار گیرد. براساس نتایج حاصل کاربرد نسبت های باندی، اطلاعات بهتری را نسبت به مطالعه تک باند ها در اختیار قرار می دهد. همچنین برای این مناطق کاربرد هم زمان چندین شاخص نتایج بهتری در تشخیص و تفکیک میزان پوشش گیاهی ارائه می دهند. با این حال انتخاب مناسب ترین روش باید با دقت بالا و با توجه به خصوصیات منطقه بر اساس بالاترین میزان همبستگی صورت پذیرد تا بتوان با استفاده از کاراترین شاخص ها و آنالیز های به دست آمده و ارائه مدل های مناسب به پایش و مطالعه پوشش گیاهی منطقه مورد مطالعه و مناطق با خصوصیات مشابه پرداخت.
نتیجه گیریبا توجه به نتایج به دست آمده می توان بیان نمود که شاخص GARI در مورد برآورد میزان کربن آلی پوشش گیاهی منطقه نتایج بهتری را ارائه داده است و می توان آن را به عنوان شاخص مناسب جهت برآورد کربن پوشش گیاهی در مناطق مشابه توصیه نمود. هر شاخصی ممکن است برای یک منطقه و یا یک نوع پوشش به خصوص جواب دهد. تکرار زمانی مطالعات و افزایش حجم نمونه با توجه به خصوصیات و شرایط منطقه مورد مطالعه، آگاهی از نوع و میزان پوشش گیاهی در تعیین شاخصهای مناسب پیشنهاد می شود.
کلید واژگان: زیتوده گیاهی, سنجش از دور, شاخص پوشش گیاهی, کربن آلیJournal of Rangeland, Volume:17 Issue: 4, 2024, PP 587 -601Background and objectivesDetermining the organic carbon content of rangeland vegetation is essential for monitoring rangeland condition and facilitating reclamation efforts. Satellite data provides a valuable tool for conducting extensive vegetation studies. This research aimed to estimate the organic carbon content of vegetation using field assessments and remote sensing indices in the rangelands of Lashgardar protected area, Malayer. Leveraging Landsat time series images, this study utilized Landsat 8 data from the Operational Land Imager (OLI) sensor.
MethodologyField sampling was conducted in the rangelands of Lashgardar protected area on May 28, 2016. The dominant growth form in these rangelands is herbaceous-shrub, with Asteraceae family species being the most abundant. Forty points were randomly selected as the centers of sampling plots for plant biomass. To account for GPS accuracy error, a factor of twice the pixel size was applied, resulting in the selection of 40 plots measuring 30×30 m2 for field sampling. Subplots measuring 1×1 m2 were utilized to collect composite aboveground biomass samples from the central point and the four corners of each main plot. Samples were processed in the Rangeland Science Laboratory at Malayer University following coding for laboratory procedures. The organic carbon content of vegetation was determined using the loss on ignition (LOI) method after air-drying. Vegetation indices were extracted from Landsat 8 satellite images captured by OLI sensors, including digital bands 1 to 7 with a spatial resolution of 30 meters. Various vegetation indices such as Greenness, RVI, NDVI, IPVI, DVI, WDVI, ARVI, SAVI, TSAVI, BI, OSAVI, GEMI, EVI, LAI, and GARI were derived from Landsat images.
ResultsComparative analysis of estimated organic carbon data with measured organic carbon content revealed that only the Green Atmospherically Resistant Vegetation Index (GARI) could effectively estimate the organic carbon content of vegetation. The best model was achieved using the GARI index for organic carbon estimation, represented as OC = 5.4 + 1.38 GARI, with an explanatory coefficient (R2) of 0.13 and Root Mean Square Error (RMSE) of 0.7. These findings suggest that remote sensing indices can serve as complementary methods in vegetation studies.
ConclusionThe GARI index demonstrated promising results for estimating organic carbon content in vegetation within the study area and is recommended as a suitable indicator for similar areas. However, the efficacy of each index may vary depending on specific area characteristics and vegetation types. It is advisable to conduct time-series studies with larger sample sizes tailored to the unique conditions of the study area to identify the most appropriate indices.
Keywords: Plant Biomass, Remote Sensing, Vegetation Index, Organic Carbon -
با توجه به ثبت جنگل های هیرکانی در یونسکو، امروزه آگاهی از تغییرات و روند تخریب اراضی جنگلی جهت برنامه ریزی و مدیریت اراضی ملی امری ضروری است. هدف از این پژوهش، پایش تغییرات کاربری اراضی و پوشش جنگلی در شهرستان آستارا با استفاده از تصاویر ماهواره ای سری لندست سنجنده های TM, OLI 1 & 2 مربوط به سال های 1995 و 2022 است. در این پژوهش ابتدا تصاویر در روزهای با پوشش ابر کمتر از 10 % در سه بازه زمانی، در دو دوره انتخاب، سپس بر اساس روابط بین باندی شاخص پوشش گیاهی EVI تعریف شد. در ادامه با ترکیب شاخص ها نسبت به استخراج نقشه کاربری اراضی با استفاده از الگوریتم ماشین بردار پشتیان اقدام شد. نتایج ارزیابی صحت نشان داد که دقت کلی و ضریب کاپا نقشه کاربری اراضی با استفاده از الگوریتم ماشین بردار پشتیبان برای سال های 1995 و 2022 به ترتیب برابر با 89، 92 % و 0/86 و 0/75 است. نتایج بررسی تغییرات در شهرستان آستارا در بازه زمانی 1995 تا 2022 نشان داد که کاربری مسکونی به میزان 7 % یعنی 2954 هکتار افزایش یافته در مقابل کاربری اراضی مرتعی و کاربری اراضی کشاورزی به ترتیب 1 و 2 % به میزان 258 و 997 هکتار کاهش یافته اند؛ اما یکی از کاربری های مهم کرانه خزری، پوشش جنگلی در سال 1995 دارای مساحت 34283 هکتار بوده است که 80 % سطح پوشش منطقه مورد مطالعه را در بر گرفته که در سال 2022 سطح این کاربری به 32522 هکتار برابر با 76 % می رسد که به میزان 4 درصد برابر با 1761 هکتار کاهش یافته است. بر مبنای یافته های این پژوهش می توان اظهار نمود که سامانه گوگل ارث انجین با آرشیوی از تصاویر ماهواره ای مختلف می تواند به عنوان یک ابزار قوی و مناسب جهت پایش و مدیریت اراضی جنگلی باشد.
کلید واژگان: پوشش جنگلی, تخریب, سامانه گوگل ارث انجین, لندست, شاخص پوشش گیاهیGiven the significance of the Hyrcanian Forests, inscribed by the UNESCO as a world heritage site, it is essential to monitor the changes in and the devastation of the forest cover in this ecoregion for the planning and management of national lands. It is the objective of the present study to monitor changes in both land use and forest cover in Astara region using Landsat TM, OLI 1 & 2 sensors for the years 1995 and 2022. For this purpose, images captured on days with cloud covers of less than 10% were selected over three time intervals and the relevant enhanced Vegetation Index (EVI) values were determined based on Landsat inter-band relations. In the next stage, the index values were combined to derive the land use map using the support vector machine (SVM) algorithm. The results of accuracy evaluation showed that the overall accuracy and Kappa coefficients of the land use map for the year 1995 were equal to 89 and 92% and those for 2022 were 0.86 and 0.75%, respectively, indicating acceptable results. The results of land use changes in Astara city during the period from 1995 to 2022 showed that residential land use had increased by 7% equal to 2954 ha while rangeland and agricultural uses had decreased by 1 to 2% equal to 258 and 997 ha, respectively. However, an important land use along the Caspian coast line – that is, forest cover - stretched over an area of 34283 ha equal to 80% of the study area, which declined in 2022 to 32522 ha equal to 76%, showing a decrease of 4% equal to 1761 ha. It is clear that, owing to its rich archive of satellite images, the GEE system can be used as a strong and useful tool for monitoring and managing forest lands.
Keywords: forest cover, deforestation, Google earth engine, Landsat -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و هفتم شماره 3 (پیاپی 105، پاییز 1402)، صص 123 -136
اطلاع از انواع تغییرات پوشش گیاهی و فعالیت های انسانی در قسمت های مختلف، به عنوان اطلاعات پایه برای برنامه ریزی های مختلف، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. گردآوری اطلاعات در مورد تغییرات پیوسته پوشش گیاهی توسط روش های معمولی بسیار مشکل و پرهزینه است، از این رو استفاده از فناوری های نوین مثل سنجش از دور بسیار سودمند است. هدف از این پژوهش معرفی شاخص پوشش گیاهی مناسب و تعیین سطح زیر کشت شبکه آبشار است. از شاخص های پوشش گیاهی MSAVI، SAVI، EVI و NDVI از سال 2000 تا 2021 هر سال و به صورت ماهیانه مساحت ها در سامانه گوگل ارث انجین با استفاده از تصاویر ماهواره لندست 7 سنجنده ETM+ محاسبه شد. همچنین شاخص خشکسالی SPI با استفاده از آمار بارش ایستگاه کوهرنگ در نرم افزار اکسل محاسبه شد. نتایج حاصل از مقایسه چهار شاخص نشان دهنده برتری و عملکرد برتر NDVI نسبت به سه شاخص دیگر برای تشخیص تغییرات پوشش گیاهی بود. سپس تغییرات سطوح زیر کشت محاسبه شد. نتایج نشان داد که روند توسعه کشاورزی در شبکه آبشار به صورت نزولی است و ارتباط مستقیمی با بارندگی و شاخص خشکسالی SPI دارد. همچنین نتایج نشان داد سال 2008 مقدار شاخص خشکسالی SPI برابر با 73/1- است که نشان دهنده خشکسالی شدید در منطقه است. مقایسه این نتایج با سطح زیر کشت نشان داد در این سال مقدار سطح زیرکشت 35721 هکتار و سال بعد از خشکسالی یعنی سال 2009 سطح زیر کشت 22950 هکتار است. بنابراین در سال 2008 کاهش بارندگی و کاهش شدید شاخص SPI وجود داشته است که منجر به کاهش شدیدی معادل 35 درصد در سطح زیرکشت در سال 2009 شده است.
کلید واژگان: تغییرات پوشش گیاهی, شاخص پوشش گیاهی, شاخص خشکسالی, گوگل ارث انجینAwareness of the types of vegetation changes and human activities in different parts has particular importance as basic information for different planning. It is very difficult and expensive to collect information about the continuous changes in vegetation cover by conventional methods. Therefore, the use of new technologies such as remote sensing is very beneficial. The objective of the present research was to introduce the appropriate vegetation index and determine the vegetation cover of the Abshar network. NDVI, EVI, SAVI, and MSAVI vegetation indices were calculated from 2000 to 2021 every year and monthly in the Google Earth Engine system using Landsat 7 satellite images of the ETM+ sensor. Also, the SPI drought index was calculated using the precipitation statistics of Kohrang station in Excel software. The results of the comparison of four indices showed the superiority and higher performance of NDVI compared to the other three indices for detecting vegetation changes. Then, vegetation changes were calculated. The results showed that the trend of agricultural development in the Abshar network is downward and has a direct relationship with precipitation and the SPI drought index. Also, the results indicated that the SPI drought index was equal to -1.73in 2008, which showed a severe drought in the region. Comparing these results with the vegetation area showed that the vegetation area was 35721 hectares in this year and the year after the drought (2009), the vegetation area was 22950 hectares. Therefore, there was a decrease in precipitation and a sharp decrease in the SPI index in 2008, which led to a sharp decrease of 35% in the vegetation area in 2009.
Keywords: Vegetation changes, Vegetation index, Drought index, Google Earth Engine -
شوری خاک به ویژه در مناطق خشک و نیمه خشک یکی از مهم ترین مشکلات زیست محیطی است. شوری خاک به طور طبیعی و یا توسط انسان ایجاد می شود. مقدار زیاد شوری خاک بر رشد محصول و بهره وری آن تاثیر منفی می گذارد و در نهایت منجر به تخریب اراضی می گردد. نظارت و نقشه برداری شوری خاک به دلیل مشکلات جدی گسترش این مسیله بر اکولوژی منطقه ای، امنیت غذایی و توسعه کشاورزی در مراحل اولیه برای اجرای یک برنامه موثر احیای خاک در راستای جلوگیری و کاهش شوری خاک امری ضروری است. علم سنجش ازدور نسبت به روش های سنتی برای ارزیابی شوری خاک عملکرد بهتری نشان داده و تکنیک های سریع و مقرون به صرفه در راستای پایش و نقشه برداری شوری خاک ارایه می دهد. شوری خاک را می توان با استفاده از شاخص های مستقیم که به ویژگی های نمک های خاک سطحی مرتبط است و همچنین شاخص های غیرمستقیم شناسایی کرد. هدف این مطالعه مروری بر چالش های انتخاب شاخص های مناسب دورسنجی در مطالعات شوری خاک از طریق بررسی پژوهش های انجام شده در زمینه شوری خاک و شاخص های طیفی به کاررفته در تحقیقات شوری خاک است که در سطح مدیریت اراضی در مقیاس منطقه ای، کمک شایان توجهی می نمایند که در این راستا رایج ترین شاخص های پوشش گیاهی و شوری مورد استفاده برای تشخیص و نقشه برداری شوری خاک مورد بحث و بررسی قرار گرفتند. محققین زیادی از شاخص های مختلف سنجش ازدور برای تهیه نقشه شوری خاک استفاده کرده اند. در این میان شاخص های درخشندگی BI، شاخص شوری SI، شاخص تفاضلی پوشش گیاهی نرمال شده NDVI و شاخص شوری نرمال شده NDSI بیش ترین همبستگی را با داده های زمینی در خاک های تحت تاثیر شوری نشان دادند. انتخاب مناسب ترین باند یا شاخص ها بستگی به شرایط خاک، منطقه جغرافیایی، شرایط اقلیمی، داده های ماهواره ای، فیزیوگرافی منطقه و نوع استفاده از اراضی دارد.
کلید واژگان: سنجش ازدور, شاخص های دورسنجی, تصاویر ماهواره ای, شاخص پوشش گیاهی, شاخص شوریSoil salinity is one of the most important environmental problems, especially in arid and semi-arid regions. Soil salinity is caused naturally and/or by humans. High soil salinity negatively affects crop growth and productivity and ultimately leads to land degradation. Monitoring and mapping of soil salinity Due to the serious problems of spreading this issue to regional ecology, food security and agricultural development in the early stages, it is necessary to implement an effective soil rehabilitation program to prevent and reduce soil salinity. Remote sensing science performs better than traditional methods for assessing soil salinity and offers fast and cost-effective techniques for monitoring and mapping soil salinity. Soil salinity can be identified using direct indices that are related to the properties of surface soil salts as well as indirect indices. The aim of this research is to review the challenges of selecting appropriate indices in soil salinity studies through the investigation of researches conducted in the field of soil salinity and spectral indices used in soil salinity cases, which are helpful in land management at the regional scale. It is worth noting that in this regard, the most common vegetation and salinity indices used to detect and mapping of soil salinity were discussed. Many researchers have used different remote sensing indicators to map soil salinity. Among these, BI Brightness index, SI salinity index, NDVI normalized differential vegetation index and NDSI normalized differential salinity index showed the highest correlation between data obtained from satellite images in salinity-affected soils. Choosing the most appropriate band or indices depends on the soil conditions, geographical area, climatic conditions, satellite data, physiography of the area and the type of land use.
Keywords: Remote Sensing, Remote Sensing Indices, Satellite Images, Vegetation Index, Salinity Index -
پیش بینی نسبتا دقیق غلظت آلاینده ها و متغیرهای محیط زیستی کوتاه مدت و بلندمدت، گام مهمی در کاهش آسیب های ناشی از کیفیت پایین هوا می باشد. در این مطالعه، ابتدا به تحلیل مکانی-زمانی و سپس با استفاده از تکنیک های پیش بینی، به پیش بینی غلظت ذرات ریز جوی (PM2.5)، دما و شاخص پوشش گیاهی (NDVI) بر روندPM2.5 در دوره زمانی 5 ساله (1400-1396) در سطح کشور ایران پرداخته شده است. داده های غلظت ذرات ریز جوی PM2.5، دما و شاخص پوشش گیاهی بر مبنای مدل های ماهواره ای MERRA-2، FLDAS و MODIS استخراج شده است. در دوره پنج ساله مطالعاتی، یک روند تا حدودی نزولی برای غلظت هوای PM2.5 مشاهده گردید. نتایج کمترین میانگین سالانه غلظت ذرات ریز جوی را در طی سال های 1398 و 1399 نشان داد. همچنین یک همبستگی قوی بین غلظت PM2.5 و دما به دست آمد. بیشترین میانگین غلظت PM2.5 در شمال غربی، غرب و جنوب غرب ایران رخ داده است. در مرحله بعد، برای پیش بینی وضعیت غلظت آتی ذرات ریز جویPM2.5 هوا، دما و شاخص پوشش گیاهی از رویکرد هموارسازی نمایی (Exponential Smoothing) در کتابخانه آماری پایتون (Statsmodels) برای مدل سازی سری های زمانی ماهانه استفاده شد. ارزیابی مدل ها با دو معیار خطای جذر میانگین مربعات (RMSE) و ضریب تعیین (R2) به منظور حداقل نمودن خطای برآورد و یافتن مناسب ترین مدل از میان یازده مدل پیش بینی شده انجام شد. نتایج حاصل بیانگر آن است که مدل های هموارسازی نمایی دوگانه برای پیش بینی غلظتPM2.5 و مدل های هموارسازی نمایی سه گانه با روند Holt-Winter برای پیش بینی داده های دما و NDVI مناسب تر است. این مطالعه می تواند به درک بهتر اثرات اقتصادی، بهداشتی و محیط زیستی متاثر از آلودگی هوا با پیش بینی دوره ای که سطوح آلودگی هوا ممکن است به ویژه بالا باشد، برای برنامه ریزی بهتر به موسسات دولتی و خصوصی کمک نماید.کلید واژگان: دما, ذرات ریز جوی, شاخص پوشش گیاهی, هموارسازی نماییA relatively accurate prediction of the concentration of pollutants and environmental variables, short-term and long-term, is an important step in reducing the damage caused by poor air quality. In this study, first by spatiotemporal analysis and then, using prediction techniques, to predict the concentration of fine atmospheric particles (PM2.5), temperature and vegetation cover index (NDVI) on the trend of PM2.5 in a period of 5 years (2017-2022) was discussed at the level of Iran. The data of PM2.5 concentration, temperature and vegetation index were extracted based on MERRA-2, FLDAS and MODIS satellite models. In the five-year study period, a somewhat downward trend was observed for the air concentration of PM2.5. The results showed the lowest annual average concentration of fine atmospheric particles in 2019 and 2020. Also, a strong correlation between PM2.5 concentration and temperature was obtained. The highest average concentration of PM2.5 occurred in the northwest, west, and southwest of Iran. In the next step, in order to predict the future concentration of PM2.5 air particles, temperature and vegetation index, the Exponential Smoothing approach was used in the Python statistical library (Statsmodels) to model monthly time series. Evaluation of the models with two criteria of root mean square error (RMSE) and coefficient of determination (R2) was done to minimize the estimation error and find the most suitable model among the eleven predicted models. The results show that double exponential smoothing models are more suitable for predicting PM2.5 concentration and triple exponential smoothing models with Holt-Winter trend are more suitable for predicting temperature and NDVI data. This study can help public and private institutions to better understand economic, health and environmental condition affected by air pollution effects by predicting the period when air pollution levels may be particularly high.Keywords: temperature, Atmospheric fine particles (PM2.5), Normalized difference vegetation index (NDVI), Exponential smoothing
-
هدایت هیدرولیکی خاک یکی از مهم ترین ویژگی های فیزیکی خاک می باشد که شناخت آن، نقش مهمی در بررسی انتقال املاح و آلاینده ها در خاک دارد. بنابراین، هدف از این پژوهش به دست آوردن توابع انتقالی هدایت هیدرولیکی اشباع با استفاده از ترکیب ویژگی های زود یافت خاک و تصاویر ماهواره ای بود. بنابراین، هدایت هیدرولیکی اشباع خاک با استفاده از روش چاهک معکوس در بخشی از اراضی جنوب غربی استان خوزستان در 50 نقطه انجام شد. سپس، در این نقاط، نمونه های سطحی از خاک برداشت شد و ویژگی های زود یافت خاک مانند بافت خاک، هدایت الکتریکی، کربن آلی خاک و رطوبت اشباع خاک اندازه گیری شد. در مرحله بعد، شاخص های بازتابشی خاک، پوشش گیاهی و رطویتی خاک با استفاده از تصاویر ماهواره سنتینل - 2 تهیه شدند و یازده تابع انتقالی (PTF1-PTF11) برای هدایت هیدرولیکی اشباع طی چهار مرحله با ترکیب ویژگی های زود یافت خاک و این شاخص ها به دست آمد. در نهایت، با استفاده از مدل جنگل تصادفی پهنه بندی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک به دست آمد. نتایج مدل سازی توابع انتقالی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک نشان داد که از بین یازده مدلی که توابع انتقالی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک با استفاده از آن ها تهیه شده بود، ترکیب شاخص های پوشش گیاهی با ویژگی های زود یافت خاک بیشترین کارایی را برای تخمین هدایت هیدرولیکی اشباع داشت (PTF7). مقادیر R2 ،RMSE و MAE برای این حالت به ترتیب برابر با 83/0، 40/0 و 16/0 بود. همچنین، پهنه بندی هدایت هیدرولیکی اشباع با استفاده از مدل جنگل تصادفی نشان داد که این مدل توزیع مکانی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک را با دقت بالایی پیش بینی می کند. بر اساس نتایج به دست آمده می توان گفت که ترکیب ویژگی های زود یافت خاک با شاخص های به دست آمده از تصاویر ماهواره سنتینل-2، باعث ایجاد توابع انتقالی هدایت هیدرولیکی اشباع خاک با دقت بسیار بالا می شود.
کلید واژگان: بافت خاک, سنتینل-2, شاخص پوشش گیاهی, ویژگی های زود یافت خاکHydraulic conductivity is one of the most important physical properties of soil, and knowing it plays a vital role in investigating the transport of solutes and pollutants in porous environments such as soil. This study aims to obtain saturated hydraulic conductivity pedotransfer functions (PTFs) using soil properties and satellite images. In this regard, the hydraulic conductivity of soil saturation was performed using the Inversed augerhole method in a part of the southwestern lands of Khuzestan province at 50 points. Then, at these points, surface samples of the soil were taken and soil properties such as soil texture, electrical conductivity, soil organic carbon, and saturated moisture were determined in the laboratory. In the next step, the indices of Sentinel-2 satellite images were calculated in three categories of soil, vegetation, and moisture indices and 11 PTFs, (PTF1-PTF11) for saturated hydraulic conductivity were obtained in four stages by combining soil properties and these indices. Finally, the spatial distribution of saturated soil hydraulic conductivity was obtained using the random forest model. The results of the modeling of PTFs of saturated hydraulic conductivity showed that among the 11 models with which PTFs of hydraulic conductivity were performed, the combination of three vegetation indices with soil-found early properties was the most effective for estimating the saturated hydraulic conductivity (PTF7). The values of R2, RMSE and MAE for this case were equal to 0.83, 0.40 and 0.166 respectively. Finally, the spatial distribution of saturated hydraulic conductivity using the Random Forest model showed that this model performs the spatial distribution of saturated soil hydraulic conductivity of soil well. Based on the obtained results, it can be found that the combination of soil properties with the indices obtained from the Sentinel-2 satellite images, creates PTFs of saturated hydraulic conductivity of the soil with very high accuracy.
Keywords: Sentinel-2, soil properties, Soil Texture, Vegetation index -
نشریه علوم آب و خاک (علوم و فنون کشاورزی و منابع طبیعی)، سال بیست و ششم شماره 4 (پیاپی 102، زمستان 1401)، صص 249 -259
در سال های اخیر از روش های غیرمستقیم نظیر سنجش از دور و داده کاوی برای برآورد شوری خاک زمین های کشاورزی استفاده می شود. در این تحقیق، هدایت الکتریکی 94 نمونه خاک از 0 تا 100 سانتی متر با استفاده از تکنیک ابرمکعب در دشت ساوه، اندازه گیری شد. تعداد 23 نوع داده ورودی در قالب دو دسته توپوگرافی و طیفی استفاده شدند. پارامترهای سطح زمین مانند شاخص رطوبت توپوگرافیک (TWI)، شاخص طبقه بندی زمین برای مناطق پست (TCI)، شاخص قدرت جریان (STP)، مدل رقومی ارتفاع (DEM) و طول شیب (LS) با استفاده از نرم افزارهای Arc-GIS و SAGA به عنوان ورودی های توپوگرافی لحاظ شدند. همچنین شاخص های مکانی شوری و پوشش گیاهی از تصاویر لندست 8 استخراج شدند و به عنوان ورودی های طیفی درنظر گرفته شدند. به منظور مدل سازی شوری از شبکه عصبی GMDH با نسبت 70 درصد برای آموزش و 30 درصد برای صحت سنجی استفاده شد. نتایج اندازه گیری نشان داد مقادیر شوری خاک بین 0/1 تا 18 با میانگین 5 و انحراف معیار 4/7 دسی زیمنس بر متر بودند. نتایج مدل سازی نیز نشان داد پارامترهای آماری R2، MBE وNRMSE در مرحله آموزش به ترتیب 0/80، 0/06 و 42/1 درصد بودند. همین مقادیر در مرحله صحت سنجی به ترتیب 0/79، 0/13 و 48/7 درصد بودند. بنابراین استفاده از شاخص های طیفی، توپوگرافی و شبکه عصبی GMDH، در مدل سازی شوری خاک، کارایی مناسبی دارد.
کلید واژگان: تکنیک ابرمکعب, شاخص پوشش گیاهی, شاخص رطوبت توپوگرافیک, لندست 8, مدل رقومی ارتفاعIn recent years, indirect methods such as remote sensing and data mining have been used to estimate soil salinity. In this research, the electrical conductivity of 94 soil samples from 0 to 100 cm was measured using the Hypercube technique in the Saveh plain. 23 types of input data were used in the form of topographic and spectral categories. Land area parameters such as the Topographic Wetness Index (TWI), Terrain Classification Index (TCI), Stream Power Index (STP), Digital Elevation Model (DEM), and Length of Slope (LS) were considered as topographic inputs using Arc-GIS and SAGA software. Also, salinity spatial and vegetation indices were extracted from Landsat 8 images and were considered spectral inputs. The GMDH neural network was used to model salinity with a ratio of 70% for training and 30% for validation. The results showed that the soil salinity values were between 0.1 and 18 with mean and standard deviation of 5 and 4.7 dS/m, respectively. Also, the results of modeling indicated that the statistical parameters R2, MBE, and NRMSE in the training step were 0.80, 0.06, and 42.1%, respectively. The same values in the validation step were 0.79, 0.13, and 48.7%, respectively. Therefore, the application of spectral, topographic, and GMDH neural network indices for modeling soil salinity is effective.
Keywords: Hypercube technique, Vegetation index, Topographic wetness index, Landsat 8, Digital elevation model -
زمینه و هدف
در روش های اندازه گیری عوامل اثرگذار بر پدیده خشکسالی به صورت میدانی همواره چالش تفکیک مکانی و پیوستگی زمانی و همچنین نیاز به حضور نیروی انسانی کنترل کننده مطرح است. اما به علت توانایی سنجش از دور در اندازه گیری داده های خشکسالی در وسعت تمام سطح کره زمین و با قدرت تفکیک مکانی و زمانی قابل قبول، امروزه استفاده از سنجش از دور در کنترل و رصد خشکسالی بیش از پیش گسترش یافته است و به ابزاری قدرتمند در دست کارشناسان تبدیل شده است. در این پژوهش با استفاده از داده های سنجش از دور بر مبنای دو مولفه رطوبت خاک سطحی و شاخص پوشش گیاهی اصلاح شده (EVI)، شاخص خشکسالی کشاورزی جدیدی به نام (SMADIN) پیشنهاد شده است.
روش پژوهش:
در راستای هدف تولید شاخص خشکسالی بر مبنای رطوبت خاک، از داده های رطوبت خاک مربوط به اندازه گیری های تا عمق 5 سانتیمتری به روش سنجش از دور ماهواره SMAP ، موسوم به داده های رطوبت خاک سطحی استفاده شد. این داده ها پیش از استفاده، با داده های روزانه رطوبت خاک میدانی تهیه شده توسط سازمان هواشناسی کشور در بازه 250 روزه اعتبار سنجی شده است. خطای مرحله اعتبار سنجی به روش خطای جذر میانگین مربعات بین داده های ماهواره ای اندازه گیری های روزانه انجام شد. بعلاوه شاخص EVI از روش محاسبه برخط داده های اندازه گیری ماهواره TERRA و سنجنده MODIS بدست آمده است. در نهایت به روش تحلیلی، رابطه شاخص خشکسالی بر اساس رطوبت خاک سطحی پیشنهاد شده است. جهت مقایسه عملکرد این شاخص در شرایط آب و هوایی مختلف دو منطقه نمونه که یکی نماینده آب و هوای خشک و دیگری نماینده آب و هوای مرطوب بودند انتخاب شد. ماتریس همبستگی به روش پیرسون برای شاخص خشکسالی کشاورزی SMADIN در مقابل شاخص سلامت پوشش گیاهی VHI رسم گردید و در خصوص نتایج بحث و بررسی انجام شد.
یافته هانتایج اعتبارسنجی نشان داد که رطوبت خاک اندازه گیری شده به روش میدانی در مناطق با کاربری اراضی مشابه در مقابل اندازه گیری سنجش از دور، دارای میانگین خطا جذر میانگین مربعات m^3/m^3 05/0 بوده است. نتایج تحقیق نیز نشان می دهد شاخص خشکسالی کشاورزی جدید در مقابل شاخص VHI، در منطقه با آب و هوای مرطوب تا میزان 96% و در منطقه خشک 98% همبستگی دارد. بعلاوه مقایسه 5 ساله سری زمانی SMADIN و VHI در منطقه مورد در اوج ها و کمینه ها و فراز و فرودها همزمانی دیده می شود.
نتایجدر این پژوهش یک شاخص خشکسالی کشاورزی بر مبنای رطوبت خاک پیشنهاد شد. به اعتقاد نویسندگان این پژوهش در سال های اخیر که عمر ارایه داده های ماهواره SMAP بیشتر از 7 سال شده است، امکان استفاده از این شاخص در مطالعات آتی وجود دارد. با در نظر گرفتن خطای احتمالی داده های SMAP و TERRA در تامین ورودی های شاخص خشکسالی، پیشنهاد می شود این شاخص در مطالعات آتی در مناطق خشک مانند مناطق مرکزی و جنوبی کشور بیشتر استفاده گردد.
کلید واژگان: شاخص خشکسالی کشاورزی, خشکسالی, رطوبت خاک, سنجش از دور, شاخص پوشش گیاهیBackground and AimThere are always challenges of spatial and temporal resolution in-situ measurement methods of factors affecting drought phenomena, and the presence of human operators is required. However, due to remote sensing's ability to measure data on the entire surface of the planet with an acceptable spatial and temporal resolution, its use in controlling and observing drought has grown more than ever, and it has become a powerful tool in the hands of experts. In this study, based on two components of surface soil moisture and modified vegetation index (EVI) by applying remote sensing data, a new agricultural drought index named (SMADIN) is proposed.
MethodTo achieve the goal of proposing a drought index based on soil moisture, surface soil moisture data from the SMAP satellite of 5 cm depth was used. These data were validated before use against daily field measurements provided by the Iranian Meteorological Organization over a 250-day period. Validation step error was evaluated using the root mean square error method between satellite data and field measurements. Furthermore, the EVI index was calculated using data from the TERRA satellite and the MODIS sensor. Eventually, an analytical method is used to propose a drought index based on soil moisture. In order to compare the performance of this index in different weather conditions, two regions were chosen, one representing a dry climate and the other a wet climate. Then, the correlation matrix was plotted by the Pearson method for SMADIN agricultural drought index versus vegetation health index (VHI) and the results were discussed.
ResultsValidation showed that field data measured in land use similar to remote sensing had an average root mean square error of 0.05 .The results indicate that the new agricultural drought index correlates up to 96% with VHI in the humid climate and 98% in arid regions. In addition, a 5-year comparison of the new SMADI and VHI time series in the study area demonstrates synchrony in peaks, minimums, increases, and decreases.
ConclusionAn agricultural drought index based on soil moisture is proposed in this study. We believe that, in recent years, when the lifetime of the SMAP satellite data exceeds 7 years, it is possible to use this index in future studies. Considering the possible error of SMAP and TERRA data in providing drought index, it is suggested to use this index in future studies in dry regions such as the central and southern regions of Iran.
Keywords: Agricultural Drought Index, Drought, Soil moisture, Remote sensing, Vegetation Drought Index -
به طورکلی مدیریت جامع حوزه های آبخیز درگرو دستیابی به تعادل اکو هیدرولوژیکی آبخیزها و ارتقاء معیشت ذینفعان است. یکی از ارکان اصلی اقدامات آبخیزداری، مدیریت رسوب از طریق عملیات حفاظت خاک با بهره گیری از تکنیک های نوین نظیر اتصال رسوب است. اتصال رسوب اصطلاحی نوظهور در حوزه های آبخیز به شمار می رود که اغلب برای توصیف ارتباطات درونی بین رواناب و منابع رسوب در بخش های بالایی و خروجی آبخیز مربوطه استفاده می شود. هدف از این پژوهش پایش دقیق تغییرات مکانی رسوب، با استفاده از شاخص اتصال ساختاری و تحلیل جریان رسوب از بالادست تا خروجی در حوضه ها که در حوزه آبخیز ابوالعباس خوزستان در دوره زمانی 1399 -1400 انجام گرفت. تحقیق حاضر بر پایه استفاده از رویکرد پیشنهادی بورسلی و نیز استفاده از لایه وزنی عامل پوشش گیاهی استوار است. نتایج نشان داد شاخص بی بعد اتصال رسوب با دقت مکانی 30 متر، محدوده 9/7 - تا 4/3 برآورد و با میانگین 50/5- به دست آمد. دقت شاخص اتصال رسوب با ضریب تبیین 56/0 دقت خوبی در پایش پتانسیل حمل رسوب از بالادست تا خروجی حوضه دارد. با این وجود نتایج تحقیق نشان داد که روش نوین شاخص اتصال رسوب در مدل سازی جریان رسوب می تواند به صورت پیکسلی (سلولی) ابزار مناسبی برای تشخیص مناطق همگن از نظر توزیع اتصال رسوب و نیز اتخاذ تصمیمات و برنامه های مدیریتی فراهم آورد.
کلید واژگان: شاخص اتصال رسوب, شاخص اتصال رسوب میدانی, شاخص پوشش گیاهی, ابوالعباسIn general, comprehensive watershed management depends on achieving an eco-hydrological balance of watersheds and improving the livelihood of stakeholders. One of the main principles of watershed management measures is sediment management through soil protection operations using new techniques such as the Sediment connectivity index. Sediment connectivity is an emerging term in watersheds that are often used to describe the internal relationships between runoff and sediment sources in the upper parts to the outlet of the relevant watershed. The purpose of this study was to monitor the spatial changes of sediment accurately, using structural Sediment connectivity index and analysis of sediment flow from upstream to the outlet in the basins, which was carried out in AbolAbbas watershed of Khuzestan during the summer period of years 2020-2021. The present study is based on the use of Borsley's proposed approach and cover land weighted layer. The results showed that the dimensionless index of sediment connection was estimated with a spatial accuracy of 30 m, ranging from -7.9 to 3.4 and obtained with an average of -5.50. The accuracy of the sediment connection index with determination coefficient of 0.56 has a good accuracy in monitoring the sediment transport potential from the upstream to the basin outlet. However, the results showed that the new method of sediment connectivity index in modeling sediment flow could be a pixel (cellular) tool to identify homogeneous areas in terms of distribution of sediment connection and make management decisions and programs.
Keywords: Sediment connectivity index, Field sediment connectivity index, Vegetation index, AbolAbbas -
پوشش گیاهی یکی از مهمترین مولفه های کلیدی در مناطق خشک برای کاهش تاثیر فرسایش و شناخت شدت بیابان زایی به حساب می آید. کاهش پوشش گیاهی منجر به افزایش سپیدایی (آلبدوی) سطحی می شود. تهیه نقشه شدت بیابان زایی در سریع ترین زمان و کمترین هزینه یکی از دغدغه های دولت ها برای شناخت سریع مناطق بحرانی و تخریب شده می باشد. در پژوهش حاضر برای شناسایی بهترین شاخص پوشش گیاهی برای تهیه نقشه شدت بیابان زایی در منطقه خشک سیستان از داده های MSIL-1C ماهواره سنتینل 2 استفاده شده است. برای این هدف رابطه بین میزان سپیدایی سطح زمین و هر یک از شاخص های مختلف پوشش گیاهی از جمله NDVI، RVI، DVI، PVI، SAVI و TSAVI مورد ارزیابی قرار گرفت. پس از تعیین رابطه رگرسیون خطی بین سپیدایی و هریک از شاخص های مذکور رابطه شدت بیابان زایی مربوطه استخراج و نقشه شدت بیابان زایی منطقه مورد بررسی در پنج کلاس طبقه بندی گردید. نتایج نشان داد که در منطقه مورد مطالعه قوی ترین رابطه بین دو شاخص Albedo و NDVI وجود دارد به طوری که ضریب همبستگی برابر با 0.63 بود. کمترین میزان همبستگی بین دو شاخص سپیدایی و PVI به مقدار 0.372 بدست آمد. بر اساس پژوهش حاضر بهترین شاخص پوشش گیاهی از بین شاخص های مورد ارزیابی برای تهیه نقشه های شدت بیابان زایی در منطقه سیستان شاخص NDVI بود. بر اساس این شاخص 20.3% منطقه در کلاس شدید و 32.92% منطقه در کلاس متوسط بیابان زایی طبقه بندی گردید.کلید واژگان: سنجش از دور, طبقه بندی, سپیدایی, سیستان, شاخص پوشش گیاهیVegetation is one of the most important key components in arid regions for reducing of the effects of erosion and determining the severity of desertification. Decrease in vegetation leads to increase in surface albedo. Accessing and preparing desertification intensity map at the fastest possible time and at the lowest cost is one of the concerns of governments. In the present study, in order to identify the best vegetation index for preparing the desertification intensity map, MSIL-1C data of Sentinel 2 satellite in the arid region of Sistan has been used. For this purpose, the relationship between surface albedo and each of the different vegetation indices of the NDVI, RVI, DVI, PVI, SAVI and TSAVI were conducted. After determining the linear regression equation between the albedo and each of the mentioned indices, the relevant desertification intensity equation was calculated and the desertification intensity map of the studied area at 5 classes was prepared based on albedo and each of the mentioned indices. The results showed the strongest relationship in the study area was between albedo and NDVI, with a correlation coefficient of 0.63, and the lowest correlation of 0.37 was between the albedo and PVI indices. Based on the present study among the indices studied, the NDVI is the best for the preparation of maps of desertification intensity in the arid region of Sistan. Based on this index, 20.3% of the region was classified as severe and 32.9% of the region grouped into the moderate desertification class.Keywords: Classification, Remote Sensing, Sentinel 2, NDVI, Albedo
-
بیابان زایی یکی از بزرگ ترین تهدیدهای حال حاضر در سراسر دنیاست که در اثر عوامل اقلیمی و فعالیت های انسانی در حال گسترش است. در این راستا، ارزیابی بیابان زایی برای مدیریت عرصه هایی که در معرض بهره برداری نادرست و تخریب قرار دارند، امری ضروری است. در پژوهش حاضر با استفاده از روش تحلیل بردار تغییر به بررسی تغییرات شدت بیابان زایی در کاربری های مختلف حوضه گاوخونی پرداخته شد. بدین منظور در گوگل ارث انجین از محصولات سنجنده مودیس، MOD09A1 در بازه زمانی 1380 تا 1384 و 1395 تا 1399 برای ماه های خرداد و تیر استفاده شد. سپس شاخص های EVI و BSI برای هر دو بازه زمانی محاسبه و به صورت جداگانه میانگین گیری شد. سپس با استفاده از این دو شاخص و روش تحلیل بردار تغییر، به تعیین بزرگی تغییرات و جهت تغییرات بیابان زایی پرداخته شد. همچنین از محصول MCD12Q1 و استاندارد IGBP برای ارزیابی پوشش سطح زمین و کاربری اراضی استفاده شد. نتایج نشان داد که 52/36% از نواحی از نظر بیابان زایی در وضعیت احیا قرار دارد و 14/29% دچار تخریب شده و 34/34% از منطقه مورد مطالعه دچار تغییر نشده است. همچنین در شمال و بخش هایی از جنوب غرب، شدت احیا متوسط بوده و در غرب و شمال غرب احیا به شدت افزایش یافته است به طوری که مناطق مرکزی تا جنوب غرب از شدت تخریب بیشتری برخوردارند. این در حالی است که شرق و جنوب منطقه مطالعاتی در اثر خشک شدن تالاب گاوخونی دچار تخریب متوسط شده است. لذا می توان با تمرکز بر روی احیای تالاب و در اختیار قرار دادن حقابه طبیعی، میزان تخریب در نواحی اطراف تالاب را به طور قابل توجهی کاهش داد.
کلید واژگان: احیا, تخریب, سنجش از دور, شاخص پوشش گیاهی, شاخص خاک لخت, شدت تغییرات, جهت تغییراتIntroductionDesertification refers to the decreased biological potentials in the ecosystem of hyper-arid, arid, semi-arid, and humid semi-arid regions because of climate change and human activities. The phenomenon occurs due to a combination of direct and indirect factors whose intensity varies according to time and place, making the scientific, replicable, and systematic evaluation of desertification an essential task. Remote sensing technology which is based on spatial information collected at regular intervals by aircraft and satellites plays a prominent role in assessing and monitoring land degradation and desertification on a local, regional and global scale. On the other hand, Change Detection is a process that evaluates spatial changes in various phenomena caused by natural and human factors, using multi-time satellite images. As an effective method for detecting and describing land cover changes, the change vector analysis method provides information on spectral changes in terms of magnitude and direction. Therefore, considering the significance of determining the intensity of desertification in different parts of Iran and evaluating methods for investigating the changes in desertification intensity, the present study sought to evaluate desertification using the change vector analysis for different land-uses of the Gavkhoni basin.
Materials and MethodsThis study used the change vector analysis (CVA) method to determine desertification changes in the Gavkhooni basin based on algorithm-driven classification, producing two components of magnitude and the direction of change. Moreover, to evaluate the intensity of desertification via the change vector analysis method, EVI and BSI were used for examining the study area's vegetation and bare soil. Possessed with 13 layers to assess the land use, the MCD12Q1 product with annual temporal resolution and spatial resolution of 500 m was used as a Level-3 network product in the sine image system to evaluate the land use. In addition, the IGBP standard was also used to assess land cover and land use.
ResultsThe results of analyzing the changes made in the BSI during 2001-2005 and 2000-2016 indicated that throughout the latter period, BSI values decreased in central, western, northwestern, eastern, and southeastern regions of the study area. On the other hand, the results of analyzing the changes in the EVI revealed that during the same period, the index values increased in the west and northwest of the region, while the index value decreased in the eastern, southern, and southeastern parts of the region. Moreover, the results of analyzing the changes in desertification showed that the number of changes in some areas of the center, west, southwest, and southeast of the region was greater than other areas, which could be attributed to rehabilitation or destruction in the study area. The results of analyzing desertification-related changes in terms of direction suggested that the intensity of destruction in the center, south, east, southeast, and northeast of the region was higher than that of other regions. The rehabilitation has occurred in the northern, northwestern, and southwestern regions. Among the areas that were under rehabilitation process, 14.15%, 12.04%, and 10.31% of the basin area were found to be in the low, medium, and high rehabilitation classes, respectively. On the other hand, in terms of the extent of destruction in the region, 12.02% of the study fell under the medium destruction class, while 8.24% and 8.91% of the study area were placed under the low and high degradation classes, respectively. However, 34.33% had remained unchanged in terms of desertification status. According to the results of analyzing the intensity and direction of changes in each land use, 0.42% of agricultural lands were found to be in the high destruction class. Furthermore, the greatest percentage of high rehabilitation class belonged to grasslands, which covered 5.40% of the study area. However, 28.5% of the area which comprised of barren lands was divided under the trend-free class. It was also found that 1.88% of non-dense shrubs and 0.36% of residential lands were under the high destruction class.
Discussion and ConclusionAs desertification is among the serious ecological crises in today's world, it is necessary to well identify and recognize the causes and processes involved in desertification on a regional and global scale. Therefore, this study used the vector analysis method to evaluate the desertification status in different land-uses of the Gavkhoni basin. The multivariate CVA technique was used in the pixel-by-pixel analysis of bands or spectral indices. The changes that occurred throughout two different periods (as mentioned earlier) were identified by placing the quantitative value of the pixels on the two axes of the Cartesian plane, out of which two componential elements, i.e., magnitude and direction were obtained.In general, the results of the present study indicated that while the east and center of the Gavkhoni basin were in a state of destruction and desertification, the bare soil in the western and northwestern regions of the Gavkhoni basin had been replaced by vegetation due to agricultural activities and cultivation and that these regions were in a state of rehabilitation. Therefore, the vector analysis model is recommended to be used for analyzing changes in other basins. In fact, unless a more accurate and better evaluation model is introduced, this model could be used confidently to assess the severity of future desertification.
Keywords: Rehabilitation, Destruction, Remote Sensing, EVI, BSI, Changes Intensity, Changes Direction -
با توجه به خسارت شدید خشکسالی به جوامع و بخش های مختلف مخصوصا جوامع گیاهی و رطوبت خاک در پژوهش حاضر سعی شده است تا با استفاده از داده های اقلیمی دما و بارش شاخص خشکسالی SPEI استخراج گردد و هم چنین در ادامه با داده های ماهواره ای دریافت شده و تحلیل و پردازش آن ها شاخص های پوشش گیاهیEVI و رطوبت خاک CWSIمحاسبه گردید. سپس به روند تغییرات هر کدام از این شاخص ها طی بازه زمانی 2019-2001 پرداخته شد و در انتها رابطه همبستگی این شاخص ها با خشکسالی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج روند تغییرات خشکسالی در استان اصفهان نشان می دهد که استان اصفهان در طول دوره زمانی 19 سال، خشکسالی های متعددی را تجربه کرده است که شدید ترین این خشکسالی ها در سال های 2001، 2008 و2010 در این استان دیده شده است و به دنبال این خشکسالی در این سال ها حداقل مقدار شاخص پوشش گیاهی و رطوبت خاک نیز مشاهده شد. بررسی روند شاخص های SPEI، EVI و CWSI نشان داد که روند افزایشی این شاخص ها به ترتیب 54/88، 14/13 و 72/90 درصد و روند کاهشی آن ها 93/2، 33/78 و 28/9 درصد در استان اصفهان می باشد. این در حالی است که از این مقدار افزایش در این شاخص ها به ترتیب 93/6، 32/6 و 56/63 درصد در سطح 95 درصد معنی دار است و از مقادیر کاهشی این شاخص ها به ترتیب 33/0، 45/7 و 75/8 درصد در همین سطح معنی دار می باشد. بررسی همبستگی بین شاخص خشکسالی تبخیر و تعرق پتانسیل، شاخص رطوبت خاک و پوشش گیاهی نشان داد که اثر شاخص خشکسالی بر رطوبت خاک و پوشش گیاهی به ترتیب در 23/87 مثبت و در 56/56 درصد از استان اصفهان منفی می باشد که کاهش کمیت و کیفیت پوشش گیاهی و رطوبت خاک را سبب می گردد. بدیهی است اطلاعات تولید شده با استفاده از این داده های اقلیمی و تصاویر ماهواره ای کمک شایانی به سیاست مداران و برنامه ریزان در مواجهه با خشکسالی و اثرات آن بر پوشش گیاهی و رطوبت خاک خواهد نمود.
کلید واژگان: مناطق خشک و نیمه خشک, شاخص خشکسالی, شاخص پوشش گیاهی, شاخص رطوبت خاکJournal of Rangeland, Volume:15 Issue: 3, 2021, PP 460 -476Regarding the heavy damage of droughts to plant communities and soil moisture, the present study aimed to derive the SPEI drought index using the climatic data, temperature and rainfall, and to calculate the EVI vegetation cover and CWSI soil moisture indices through satellite data processing. Then variations of the indices and their correlation with drought was addressed. Looking at the trend of drought variations in Isfahan province shows a frequent drought over a 19-year period. The most severe droughts happened in 2001, 2008, and 2010 at which the minimum indices vegetation cover and soil moisture were observed. The trend of the variations of SPEI, EVI, and CWSI revealed their ascending trend by 88.54%, 13.14%, and 90.72% and their descending trend by 2.93%, 78.33%, and 9.28%, respectively. Out of the increases of the indices, 6.93%, 6.32%, and 63.56% were significant at the P < 0.05 level, respectively. Out of all decreases, 0.33%, 7.45%, and 8.75% were significant at the same level, respectively. The test of the correlation of SPEI index with soil moisture and vegetation cover indices indicated that the effect of SPEI on these two indices was positive across 87.23% of the province and negative across 56.56%. As a result quantity and quality of the vegetation cover and soil moisture have declined. The information produced by these climatic data and satellite imagery can considerably help policymakers and planners to cope with the drought and its impacts on vegetation cover and soil moisture.
Keywords: Arid, Semi-Arid Regions, Drought Index, Vegetation Cover Index, Soil Moisture Index -
تخریب سرزمین پدیده یی چندوجهی تاثیرگیرنده از متغیرهای گوناگون از جمله اقلیم، تغییر کاربری و فعالیت های اجتماعی- انسانی است. برای بررسی اثر سنجه های اقلیمی بر وضعیت تخریب سرزمین در پنج آبخیز درجه ی دو (بلوچستان جنوبی، سدیج بندرعباس، کل- مهران، حله و مند) در آبخیز خلیج فارس و دریای عمان، داده های مشاهده یی 32 ایستگاه هم دید در آبخیز برای بازه ی زمانی 31 ساله (1367- 1398) به کار برده شد. برای تهیه ی نقشه ی سنجه های اقلیمی الگوریتم IDW، به کار برده شد. نتیجه های آشکارسازی نشان داد که تغییر طبقه ی دمایی 27/5 - 25 روند افزایشی (9/03 %) دارد و طبقه ی بارش کم تر از 150 میلی متر در منطقه نیز با افزایش 17/3% روبه رو است. روند سنجه ی تبخیر به گونه یی بود که طبقه ی 2750-2500 و 3250-300 میلی متر با تغییر (5/4- ،8/3 %) به ترتیب بیش ترین اثر کاهشی و افزایشی را نشان داد. طبقه های سرعت باد کم تر از 2 و 4-3 متر بر ثانیه با تغییر (5/7، 7/5-%) بیش ترین روند افزایش و کاهشی را نشان داد. بر پایه ی یافته های تحلیل وایازی، رابطه ی معنی داری در تراز 0/05% بین متغیر اقلیمی (بارش، دما، تبخیر و سرعت باد) و شاخص پوشش گیاهی و شوری بود، و سنجه ی بارش بیش ترین اثرگزاری را نشان داد. از آن جا که این چهار متغیر اقلیمی به ترتیب (40/5، 47/6%) از تغییر متغیر وابسته ی شاخص پوشش گیاهی و شوری را تبیین می کند، می توان نتیجه گرفت که بخشی از تغییر پوشش گیاهی و شوری از شرایط اقلیمی حاکم بر منطقه پی روی می کند. از این رو پوشش گیاهی ضعیف منطقه و شوری در بازه ی زمانی بررسی شده دایما در نوسان است، و به دنبال آن فرآیند تخریب نیز روند افزایشی و کاهشی دارد. بنابراین با آگاهی از نحوه ی تاثیر سنجه های اقلیمی بر نوسان شاخص های پوشش گیاهی و شوری در دوره ی طولانی 31 ساله می توان پیش بینی لازم را برای مدیریت کردن بهینه ی عرصه های طبیعی، به خصوص در هنگام خشک سالی اعمال نمود، و مرحله های توسعه ی تخریب سرزمین را در آبخیز ساحلی خلیج فارس و دریای عمان مهار کرد.کلید واژگان: آبخیز, بارش, تخریب سرزمین, دما, شاخص پوشش گیاهی, شاخص شوریLand degradation is a multifaceted phenomenon, which is caused by various variables, including climate, land use changes and socio-human activities. In order to investigate the effects of climatic parameters on land degradation in five second degree watersheds (South Baluchistan, Bandar Abbas - Sedij, Kal - Mehran, Hillah and Mond) located in the entire Persian Gulf and Oman Sea Watershed, observational data E32 of synoptic stations were used in the mentioned catchment areas for of 31- year period (1988-2019). The IDW algorithm was used to map the climatic parameters. The results of the change detection showed that the trend of temperature class changes of 25– 27.5 follows an increasing rate of 19.03%, and the precipitation class is less than 150 mm in the region. The region is also facing an increasing trend of 17.3%. The trend of the evaporation parameter is such that the 2500-2750 and 300-3250 mm classes with the changes of -5.4, 8.3 percent, respectively, have the most decreasing and increasing effects. Moreover, the wind speed classes of less than 2 and 3-4 meters per second with changes of 5.7 and -7.5 percent show the highest increase and decrease respectively, based on the findings of the regression model, there is a significant relationship at the 0.05% level between the climatic variables (precipitation, temperature, evaporation and wind speed) on one hands and the vegetation index and salinity and the precipitation parameter on the others show the greatest effect. Considering that the four mentioned climatic variables explain 47.6% and 40.5% of the changes in the dependent variable of vegetation index and salinity, respectively, it can be concluded that part of the changes in vegetation and salinity are due to the conditions. As the climate prevails in the region, the poor vegetation and salinity were constantly fluctuating during the study period; consequently, the process of degradation followed an increasing and decreasing rate. Therefore, being aware of the effects of climatic parameters on the fluctuation of vegetation and salinity indices in a long period of 31 years, it is possible to make the necessary predictions for the optimal management of natural resources, especially during droughts. This enables the concerned authorities to control the development stages of land degradation in the coastal catchment areas of the Persian Gulf and the Sea of Oman.Keywords: Land degradation, precipitation, SAVI, SI1, temperature, watershed
-
نوسانات آب و هوایی از عوامل مهم تاثیرگذار بر پوشش گیاهی می باشد. از این رو این پژوهش با هدف شناسایی تغییرات عناصر آب و هوایی شامل دما و بارش و اثر آن بر تغییرات پوشش گیاهی منطقه حفاظت شده سفیدکوه واقع در استان لرستان با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست انجام شده است. به این منظور ابتدا آب و هوا براساس شاخص اقلیمی دومارتن و با استفاده از داده های دما و بارش مربوط به 9 ایستگاه سینوپتیک استان لرستان طی دوره 17 ساله از سال 2000 تا 2017 تعیین و پهنه بندی شد. سپس شاخص پوشش گیاهی با استفاده از تصاویر سنجنده ETM+ ماهواره ای لندست 7 برای سال 2004 و تصاویر سنجنده OLI لندست 8 برای سال 2017 در منطقه حفاظت شده سفیدکوه لرستان محاسبه و پهنه بندی گردید و در نهایت ارتباط تغییرات آب و هوا و پوشش گیاهی مورد بررسی قرار گرفت. با توجه به نتایج این پژوهش و براساس شاخص اقلیمی دومارتن، در سال 2004 بیشترین سطح منطقه (8/7737 هکتار) مربوط به کلاسه نیمه خشک با پوشش خوب بوده است. از طرفی کمترین سطح منطقه مربوط به کلاسه بسیار مرطوب ضعیف (7/0 هکتار) و کلاسه بسیار مرطوب عالی (5/4 هکتار) بوده است. این در حالی است که در سال 2017 این کلاسه ها تغییر یافته است و کمترین سطح مربوط به کلاسه نیمه خشک با پوشش عالی (4/4169 هکتار) است. در واقع سطح پوشش گیاهی عالی و خوب در سال 2017 حدود 37000 هکتار بوده و این سطح در سال 2004 به حدود 14000 هکتار کاهش یافته است و اقلیم منطقه به سمت نیمه خشک رفته است.
کلید واژگان: اقلیم, جنگل های غرب ایران, دومارتن, شاخص پوشش گیاهی, ماهواره لندستThe weather fluctuations are important influential factors on vegetation cover. Therefore, this study was conducted to identify elements of climate changes including temperature and precipitation, and its effect on vegetation changes in Sefidkuh protected area located in Lorestan province using Landsat satellite images. So, at first the climate was determined and zoned based on de Martonne climatic index using temperature and rainfall data of 9 synoptic stations in the Lorestan province for a term of 17 years from 2000 to 2017. Then, vegetation index was computed and zoned using ETM+ images of Landsat 7 satellite in 2004 and OLI images of Landsat 8 in 2017 and finally, the relationship between climate change and vegetation was investigated. According to the results of this study and based on the de Martonne climatic index, the highest level of the area (7737.8 ha) was related to semiarid class with good cover in 2004. On the other hand, the lowest level was related to very humid class with weak cover (0.7 ha) and very humid class with excellent cover (4.5 hectare). But, these classifications have been changed, and the lowest level is related to the excellent cover (4,4169 hectares). In fact, the area of vegetation with good and excellent cover has decreased from 2017 to 2004 (from approximately 37000 to 14000 ha), and the climate of study area has changed to semi-dry.
Keywords: Climate, Western forests of Iran, de Martonne, Vegetation Index, Landsat -
برآورد ضرایب گیاهی فضای سبز شهری با استفاده از الگوریتم سبال و تصاویر لندست (مطالعه موردی: شهر مشهد)
در خصوص برآورد تبخیر- تعرق فضای سبز علاوه بر ضریب گیاهی باید ضرایب مربوط به خرداقلیم، تعدیل تراکم بوته و تنظیم گونه گیاهی خاص نیز محاسبه گردند. در این تحقیق با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 7 و اطلاعات ایستگاه سینوپتیک مشهد میزان تبخیر- تعرق واقعی فضای سبز محاسبه و سپس با استفاده از پارامترهای اقلیمی و محیطی به دست آمده از تصاویر ماهواره ای و مدل سبال، رابطه ای بین ضریب میکروکلیما و دمای هوا و نیز رابطه ای بین ضریب تراکم و شاخص تفاضل نرمال شده پوشش گیاهی برقرار شد. در نهایت با پایش رطوبت خاک به صورت میدانی در پارک غدیر شهر مشهد، صحت سنجی روابط به دست آمده مورد بررسی قرار گرفت. با تعیین موقعیت مکان های میدانی بر روی تصویر ماهواره ای، و رابطه بین شاخص NDVI و ضریب تراکم فضای سبز مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که بهترین مدل ارایه شده با استفاده از رگرسیون خطی به صورت Kd=0.9941*NDVI+0.5058 با ضریب همبستگی برابر 98/0 می باشد و حداکثر درصد خطا بین تبخیر- تعرق محاسبه شده برای فضای سبز با استفاده از روابط استخراج و مقادیر اندازه گیری شده از پایش وزنی رطوبت کمتر از 24 درصد می باشد. به دلیل کم آبیاری شدید در فضاهای سبز جنگلی و در دسترس نبودن آب به میزان کافی در اختیار گیاه، محاسبه تبخیر- تعرق فضای سبز با استفاده از مدل سبال مناسب نبوده و دارای خطای زیادی می باشد. بنابراین به جای استفاده از مدل سبال می توان از روابط استخراج شده برای تعیین ضرایب گیاهی و نیاز آبی فضاهای سبز شهری استفاده نمود.
کلید واژگان: سنجش از دور, شاخص پوشش گیاهی, ضریب خرداقلیم, ضریب تراکم فضای سبزFor estimating evapotranspiration of landscape, in addition to vegetation coefficient, coefficients related to microclimate, plant density adjustment and specific plant species adjustment must also be calculated. In this study, using Landsat 7 satellite images and Mashhad Synoptic Station data, the actual evapotranspiration of landscape was calculated then, using climatic and environmental parameters obtained from satellite images and Seabl model, a relationship between microclimate coefficient and air temperature as well as relationship between density coefficient and normalized difference index of vegetation was established. Finally, the obtained relationships were evaluated by field monitoring of soil moisture in Ghadir Park of Mashhad. By determining the locations of field locations on the satellite image the relationship between NDVI index and the landscape density coefficient was investigated. The results showed that the best model presented using linear regression as Kd = 0.9941 * NDVI + 0.5058 with a correlation coefficient of 0.98 that the maximum percentage of error between calculated evapotranspiration for landscape using extracted relationships and measured values from moisture weight monitoring is less than 24%. due to severe water deficit in the forest landscape and insufficient water availability of the plant, evapotranspiration calculation using the Sabal model is inappropriate and has many errors. Therefore, instead of using the Sebal model, the extracted relationships can be used to determine the vegetation coefficients and the water requirement of urban landscape.
Keywords: Remote Sensing, Vegetation Index, the coefficient of microclimate, landscape density -
رطوبت خاک از اهمیت ویژه ای در مطالعات منابع آب و کشاورزی برخوردار است. طیف الکترومغناطیس مایکروویو، محدودیت های فیزیکی سایر امواج رادیومتری در اندازه گیری رطوبت خاک را ندارد، اما غالبا دارای ابعاد پیکسل بسیار بزرگ (بیش از 10 کیلومتر) هستند. در این پژوهش به منظور کاربرد داده های رطوبت خاکی دورسنجی در مقیاس مزرعه، با استفاده از داده های اندازه گیری میدانی رطوبت خاک در محدوده دشت نیشابور طی سال های 1396 تا 1398، واسنجی داده های بازیابی سنجنده AMSR2 انجام شد. معلوم شد تغییرات ارتفاعی و پوشش گیاهی از جمله عوامل کلیدی تاثیرگذار بر دقت واسنجی به شمار می آیند. مبتنی بر نظریه اینرسی حرارتی و با کمک تصاویر سنجنده مودیس، اندرکنش های میانگین روزانه رطوبت خاک و اختلاف دمای روزانه سطح زمین در دو سنجنده MODIS و AMSR2 بررسی شد و با استفاده از آن روابط خطی ریزمقیاس نمایی تصاویر رطوبت خاک برای تبدیل ابعاد تصویر از 25 کیلومتر به 1000 متر به دست آمد. بررسی شاخص های آماری R^2 با کمینه 0.73 و بیشینه 0.84، MAE و RMSE با دامنه تغییرات 1.6 تا 4، نشان داد که الگوریتم استفاده شده در ریزمقیاس نمایی به خوبی قادر به بازتاب اندرکنش های بین بارش، رطوبت خاک، پوشش گیاهی و تغییرات پروفیل دمایی کانوپی بوده و این ویژگی کاربرد آن را در تحلیل های هواشناسی کشاورزی تقویت می کند.
کلید واژگان: سنجش از دور, رطوبت خاک سطحی, شاخص پوشش گیاهی, امواج مایکروویو, AMSR2Soil moisture is of particular importance in the study of water resources and agriculture. The microwave electromagnetic spectrum does not have the physical limitations of other radiometric spectral in measuring soil moisture, but they often have very large pixel dimensions (more than 10 km). In this study, in order to apply soil moisture remote sensing data at the farm scale, using field soil moisture measurement data in the Nishabour plain during 2017-2019, calibration of AMSR2 retrieval data was performed. It turned out that altitude and vegetation changes are among the key factors affecting calibration accuracy. Based on the theory of thermal inertia and with the help of MODIS sensor images, the interactions of the average daily soil moisture and the daily surface temperature difference between the two MODIS and AMSR2 sensors were investigated. Using it, downscaling linear relationships of soil moisture images were obtained to convert the image dimensions from 25 km to 1000 m. Validation of R2 statistical indices with a minimum of 0.73 and a maximum of 0.84, MAE and RMSE with a range of 1.6 to 4, showed that the algorithm used in the downscaling is well able to reflect the interactions between rainfall, soil moisture, vegetation and changes in canopy temperature profile and this feature reinforces its application in agrometeorological studies.
Keywords: Remote Sensisng, Surface soil moisture, Microwave Spectra, Downscaling, AMSR2
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.