پایش تغییرات پوشش گیاهی با استفاده از تصاویر شبیه سازی شده لندست - مودیس در مقیاس روزانه طی سال های کم آبی، نرمال و پرآبی در مناطق خشک (مطالعه موردی: شهرستان نیمروز)

پیشینه و هدف:

 تخریب سرزمین و بیابان زایی در مناطق خشک از جمله چالش های مهم زیست محیطی در سراسر کره زمین بشمار می رود. این فرآیند با توجه به کمبود نزولات جوی و وقوع خشک سالی های متوالی ضمن بهره برداری نامعقول از عرصه های طبیعی و کشاورزی با افزایش تقاضا برای تامین نیاز غذایی بشر، ابعاد مختلف زیست محیطی و اقتصادی-اجتماعی را تحت تاثیر قرار می دهد. به طوری که تداوم چنین شرایطی طی سال های اخیر با تخریب پوشش گیاهی و خاک، فرسایش آبی و بادی، شوری خاک، فشردگی سطح خاک و پایین رفتن سطح سفره های آب زیرزمینی پیامدهای قابل توجهی برای تولید محصولات کشاورزی، تنوع زیستی و در نتیجه تخریب اکوسیستم در این مناطق را به همراه داشته است. از آنجا که الگو و ابعاد تغییرات پوشش گیاهی مهم ترین مشخصه فیزیکی تخریب زمین در مناطق خشک بشمار می رود. لذا پایش تغییرات پوشش گیاهی بستری مناسب برای شناخت عوامل و فرآیندهای موثر در وقوع پدیده بیابان زایی و تخریب زمین در این مناطق را فراهم می آورد. با توجه به قابلیت های داده های سنجش از دور به دلیل پوشش وسیع و چند زمانه بودن و از طرفی محدودیت های ناشی از تغییرپذیری مکانی و زمانی و همچنین هزینه بر بودن مطالعات میدانی، استفاده از تصاویر ماهواره ای راه کاری مناسب برای پایش تغییرات پوشش گیاهی با استفاده از شاخص های پوشش گیاهی است. با توجه به اینکه استفاده از تصاویر با وضوح مکانی و زمانی بالا پاییش تغییرات پوشش گیاهی را تحت تاثیر قرار می دهد، لذا ترکیب تصاویر مختلف با قدرت تفکیک مکانی (به عنوان مثال Landsat) و زمانی (به عنوان مثالMODIS) بالا امکان تهیه داده هایی با تفکیک مکانی و زمانی بالا را فراهم می کند. هدف از مطالعه، پایش تغییرات پوشش گیاهی با استفاده از تصاویر شبیه سازی شده لندست در مقیاس روزانه طی دوره های کم آبی، نرمال و پرآبی در شهرستان نیمروز صورت گرفته است.

مواد و روش ها :

منطقه مورد مطالعه در شمال استان سیستان و بلوچستان واقع شده است. بارش کم (50 میلی متر)، درجه حرارت بالا (48 درجه سانتی گراد)، تبخیر زیاد (5000 میلی متر) و وزش بادهای 120 روزه از جمله شرایط خاص آب و هوایی این منطقه است. در این مطالعه در ابتدا به تعیین سال های مرطوب، نرمال و خشک سالی با بررسی وضعیت خشک سالی هیدرولوژیکی در رودخانه هیرمند پرداخته شد. با استفاده از پکیج Hydrostats در نرم افزار R با اجرای کدهای مربوطه تغییرات جریان روزانه (daily.cv)، سالانه (ann.cv)، طول دوره های بیشتر و کمتر از آستانه (high. spell and low. spell) و همچنین بیش ترین و کم ترین دوره های زمانی که یک سیل مشخص تا آستانه طول می کشد  (high. spell. lengths and low. spell. lengths) برای یک دوره آماری 29 ساله محاسبه شد. در ادامه به بررسی وضعیت پوشش گیاهی طی سال های مورد مطالعه پرداخته شد. بدین منظور در ابتدا اقدام به تهیه سری زمانی داده های سنجش از دور با قدرت تفکیک مکانی و زمانی بالا با ادغام تصاویر با تفکیک مکانی (تصاویر Landsat) و زمانی (تصاویر MODIS) بالا با استفاده از مدل  ESTARFMضمن اعتبارسنجی تصاویر شبیه سازی شده با داده های تصاویر ماهواره لندست (تصاویر سنجنده های TM، +ETM و OLI) گردید. طی عملیات میدانی از گونه های گیاهان مختلف نمونه برداری و موقعیت آن ها توسط GPS ثبت شد. با مقایسه داده های میدانی با شاخص پوشش گیاهی اختلاف نرمال (NDVI) و شاخص پوشش گیاهی تنظیم شده خاک (SAVI)، شاخص پوشش گیاهی با بیشترین همبستگی با داده های برداشتی انتخاب شد. با استفاده از شاخص پوشش گیاهی و برآورد مدل رگرسیونی، نقشه درصد پوشش گیاهی برای سال های مورد بررسی تهیه شد. پس از طبقه بندی نقشه های پوشش گیاهی، با استفاده از روش مقایسه (Cross Tab) در نرم افزارENVI   نقشه تغییرات پوشش گیاهی استخراج شد.

نتایج و بحث :

نتایج تجزیه و تحلیل دوره های کم آبی و پرآبی نشان داد که حجم سیلاب در سال های خشک سالی نسبت به سال های نرمال و مرطوب به ترتیب 31 و 82 کاهش یافته است. با تلفیق تصاویر مودیس و لندست (TM، +ETM و OLI) با استفاده از مدل ESTARFM یافته ها نشان می دهد که این مدل در برآورد بازتابندگی سطحی و حفظ جزییات مکانی دقت قابل قبولی دارد. به طوری که میانگین ضریب تعیین (R2) برآورد شده برای باندهای آبی، سبز، قرمز و نزدیک به مادون قرمز با داده های تصاویر دریافتی از ماهواره لندست به ترتیب 0.91، 0.89، 0.92 و 0.91 است. همچنین میانگینRMSE  در چهار باند به ترتیب برابر با 0.01، 0.027، 0.028 و 0.031 به دست آمده است. در مقایسه داده های میدانی با شاخص پوشش گیاهی اختلاف نرمال (NDVI) و شاخص پوشش گیاهی تعدیل شده خاک (SAVI) یافته ها نشان می دهد که شاخص SAVI بیشترین همبستگی را با پوشش گیاهی منطقه مورد مطالعه دارد (87 =R2)، با برآورد مدل رگرسیونی و طبقه بندی نقشه های درصد پوشش گیاهی برای سال های مرطوب، نرمال و خشک سالی 6 کلاس طبقاتی به دست آمد (کلاس % 0-10=1، کلاس % 10-20=2 ، کلاس % 20-30=3، کلاس % 40-50=4،   کلاس % 60-80=5، و کلاس 6=>80). در بررسی تغییرات پوشش گیاهی نتایج نشان بیانگر آن است که در دوره خشک سالی70% مساحت منطقه مورد مطالعه دارای پوشش گیاهی کمتر از 10% (برابر 138176.3 هکتار) می باشد که در سال های نرمال و پرآبی با افزایش پوشش گیاهی مساحت این عرصه ها به ترتیب 30 و 48 درصد کاهش یافته است (به ترتیب برابر با 66269.98 و 50559.7 هکتار). با توجه به نتایج به دست آمده بیشترین تغییرات پوشش گیاهی مربوط به تبدیل کلاس 1 به کلاس 2 (معادل %48.5) است. علاوه بر این 18 و 27 درصد تغییرات گیاهی به ترتیب مربوط به کلاس 1 و 2 به کلاس 4 و 5 است (به ترتیب برابر با 16284.26 هکتار و 11471.88 هکتار). همچنین یافته ها نشان می دهد که بیشترین تغییرات پوشش گیاهی به ترتیب در کاربری های تالاب-جنگل (%28)، جنگل- مرتع (%21) و مراتع ضعیف (%19) رخ داده است. بر اساس مطالعات میدانی از جمله مهم ترین گونه های گیاهی که در این کاربری ها رشد می نماید عبارتند از؛ Aeluropus littoralis sp. ، Chenopodiace sp.،  Tamarix aphylla وHaloxylon aphylum می باشد که قابلیت سازگاری بالایی با شرایط اقلیمی منطقه مورد مطالعه دارد.

نتیجه گیری:

 در این تحقیق برای اولین بار در منطقه نیمروز سیستان به بررسی تغییرات پوشش گیاهی با استفاده از تصاویر شبیه سازی شده لندست - مودیس طی سال های کم آبی، نرمال و پرآبی پرداخته شد. با توجه به بارش کم و رژیم آب و هوایی سخت در منطقه مورد مطالعه، جریان های سیلابی رودخانه هیرمند تنها منبع تامین آب مورد نیاز منطقه مورد مطالعه می باشد. نتایج تجزیه و تحلیل دوره های کم آبی و پرآبی نشان داد که حجم سیلاب در سال های خشک نسبت به سال های نرمال و پرآبی به ترتیب 31 و 82 کاهش یافته است. با توجه به کاهش حجم سیلاب در دوره خشک سالی %70 منطقه مورد مطالعه دارای پوشش گیاهی ضعیفی بوده که در سال های نرمال و پرآبی با تامین نیاز آبی گیاهان و افزایش پوشش گیاهی، مساحت این اراضی به ترتیب 30 و 48 درصد کاهش یافته است. در مجموع با توجه به نتایج به دست آمده از تحلیل دوره های خشکسالی و ترسالی و پاییش تغییرات پوشش گیاهی در منطقه مورد مطالعه می توان نتیجه گیری کرد که تغییر در شرایط هیدرولوژیکی جریان های ورودی به منطقه سیستان نقش بارزی در تغییرات پوشش گیاهی منطقه مورد مطالعه دارد و با توجه به شرایط سخت اقلیمی در این منطقه بخش قابل توجهی از مساحت این منطقه بدون پوشش گیاهی و یا دارای پوشش گیاهی فقیر هستند که با تخریب عرصه های طبیعی باعث گسترش کانون های بحرانی و تسریع سیر قهقرایی در این منطقه شده است. از اینرو، پایش و تجزیه و تحلیل دقیق تغییرات پوشش گیاهی و کاربری اراضی رویکردی کارآمد به منظور الویت بندی مکانی کانون های بحرانی جهت اتخاذ اقدامات مکانیکی مناسب برای کنترل فرآیند بیابان زایی در منطقه مورد مطالعه است. در این تحقیق با استفاده از قابلیت های داده های سنجش از دور و با ترکیب تصاویر با تفکیک مکانی30 متر در مقیاس روزانه با استفاده از مدل ESTARFM و تولید تصاویر با تفکیک مکانی و زمانی بالا، امکان پاییش تغییرات پوشش گیاهی با توجه به کمبود تجهیزات لازم و همچنین گستردگی عرصه های طبیعی در منطقه مورد مطالعه میسر شد. چنین ظرفیتی کمک بزرگی برای پایش تغییرات فصلی و پویای زیست محیطی با توجه به تسریع سیر قهقرایی در منطقه سیستان با تولید محصولات سنجش از دور با توان تفکیک بالای مکانی و پوشش بالای زمانی است.