تعیین شدت بیابان زایی بر اساس شاخص های طیفی با استفاده از تصاویر سنتینل-2 (منطقه مورد مطالعه: استان سیستان و بلوچستان)

سطوح مختلف پوشش گیاهی آلبدوی متفاوتی دارند. از طرفی آلبدوی سطحی یکی از مهم‌ترین مولفه‌های تعادل تابش سطحی است که با بررسی رفتار آن می‌توان به شدت تخریب و بیابان‌زایی پی برد. پوشش گیاهی به دلیل اینکه عاملی برای پایداری سطح زمین محسوب می‌شود می‌تواند یکی از مهم‌ترین مولفه‌های کلیدی در مناطق خشک برای کاهش اثرات فرسایش و بیابان‌زایی به‌حساب آید. گسترش بیابان‌زایی و تغییر در میزان پوشش گیاهی به‌نوبه خود ازجمله عوامل تغییر در آلبدو به شمار می‌روند. هدف از این مطالعه تعیین شدت بیابان‌زایی بر اساس شاخص‌های طیفی آلبیدو (Albedo)، اندازه دانه خاک سطحی (TGSI) و شاخص نرمال‌شده تفاضل پوشش گیاهی (NDVI) با استفاده از فناوری سنجش‌ازدور می‌باشد. شناسایی مناطق تخریب شده در کوتاه‌ترین زمان و با کمترین هزینه با استفاده از تصاویر سنتینل-2 با قدرت تفکیک مکانی 10 متری از اهداف این پژوهش می‌باشد. در این پژوهش برای اولین بار در منطقه سیستان و بلوچستان بر اساس شاخص‌های طیفی با استفاده از تصاویر سنتینل-2، بهترین شاخص برای پایش شدت بیابان‌زایی در مناطق خشک معرفی خواهد شد.

برای ارزیابی شدت بیابان‌زایی و شناخت شاخص مناسب برای تهیه نقشه شدت بیابان‌زایی گام‌های زیر انجام گرفت؛ 1) انتخاب تصاویر و انجام عملیات پیش‌پردازش تصاویر با استفاده از نرم‌افزار SNAP. 2) محاسبه شاخص‌های TGSI، NDVI و Albedo، 3) بررسی رابطه همبستگی بین شاخص‌ها با استفاده از نرم‌افزار SPSS®24، 4) تهیه نقشه شدت بیابان‌زایی منطقه و به دست آوردن معادله شدت بیابان‌زایی با استفاده از نرم‌افزار ArcGIS®10.3. در گام اول این پژوهش داده‌های ماهواره Sentinel-2A مربوط به سنسور MSIL-1C 20 اوت سال 2020 انتخاب شد. تصاویر به‌گونه‌ای انتخاب گردید که فصل رویش گیاهان یک‌ساله و موقتی نباشد و همچنین روزی انتخاب شد که پوشش ابری وجود نداشته باشد تصاویر مورد نیاز از سایت http://scihub.copernicus.eu/ دانلود و مورد استفاده قرار گرفت.

 نتایج حاصل از مدل رگرسیون خطی بین دو شاخص NDVI و Albedo نشان داد که این دو شاخص با یکدیگر دارای همبستگی منفی می‌باشند و به ترتیب میزان ضریب همبستگی در منطقه سوران و زابل برابر با 0.76 و 0.63 بود. نتایج نشان داد که با افزایش میزان شاخص NDVI از میزان شاخص آلبدو کاسته می‌شود. همچنین نتایج حاصل از مدل رگرسیون خطی بین دو شاخص TGSI و Albedo نشان داد که این دو شاخص با یکدیگر رابطه قوی و مثبتی داشته و به ترتیب میزان ضریب همبستگی برای منطقه سوران و زابل برابر با 0.78 و 0.81 بود. نتایج نشان داد که با افزایش میزان شاخص TGSI بر میزان شاخص آلبدو افزوده می‌شود. شدت بیابان‌زایی در مناطق مورد مطالعه بر اساس معادله  تعیین گردید و با استفاده از روش شکست طبیعی جنکس (Natural Breaks Jenks) در نرم‌افزار ArcGIS شدت بیابان‌زایی به 5 درجه؛ مناطق بدون بیابان‌زایی، مناطق با شدت کم بیابان‌زایی، مناطق با شدت متوسط بیابان‌زایی، مناطق با شدت زیاد بیابان‌زایی، و مناطق با شدت خیلی زیاد بیابان‌زایی تقسیم گردید. در این پژوهش بر اساس داده‌های ماهواره سنتینل-2 شاخص‌های Albedo، NDVI و TGSI استخراج گردید. نتایج بررسی رگرسیون خطی بین دو شاخص NDVI و Albedo نشان داد که یک رابطه منفی و قوی بین این دو شاخص وجود دارد که با نتایج پژوهش‌های مشابه مطابقت دارد. نتایج حاصل از همبستگی بالا و منفی بر اساس این دو شاخص به این مفهوم است که هر گونه افزایش در مقدار شاخص پوشش گیاهی NDVI منجر به کاهش در میزان آلبدوی سطح خواهد شد. از طرفی مناطق با آلبدوی بالا بیانگر تخریب پوشش گیاهی و برهنه بودن خاک می‌باشد. در مناطقی که کلاس شدت زیاد بیابان‌زایی مشاهده گردید مقدار شاخص آلبدوی سطحی بالا می‌باشد و مقدار شاخص پوشش گیاهی کم است. طبقه‌بندی شدت بیابان‌زایی در منطقه سیستان بر اساس مدل  Albedo-NDVI نشان می‌دهد که 27.73 درصد منطقه در کلاس بدون شدت بیابان‌زایی، 18.03 درصد در کلاس کم شدت، 32.92 درصد از منطقه از نظر بیابان‌زایی در کلاس شدت متوسط بیابان‌زایی، 20.3 درصد در کلاس شدید و تنها 1.02 درصد از منطقه در کلاس خیلی شدید بیابان‌زایی قرار گرفته است. همچنین طبقه‌بندی شدت بیابان‌زایی در سوران بر اساس مدل Albedo-NDVI نشان می‌دهد که 4.82 درصد منطقه بدون شدت بیابان‌زایی، 8.44 درصد در کلاس کم، 50.97 درصد از منطقه از نظر بیابان‌زایی در کلاس شدت متوسط، 34.48 درصد در کلاس شدید و 1.3 درصد از منطقه در کلاس خیلی شدید بیابان‌زایی قرار گرفته است. بیشترین درصد شدت بیابان‌زایی مربوط به کلاس شدت متوسط می‌باشد. نتایج رگرسیون خطی بین دو شاخص TGSI و Albedo نیز نشان داد که یک رابطه مثبت و قوی بین این دو شاخص وجود دارد. نتایج بیانگر این است که رابطه بین شاخص TGSI و Albedo نسبت به رابطه بین دو شاخص NDVI و Albedo قوی‌تر و از ضریب همبستگی بالاتری در هر دو منطقه برخوردار می‌باشد که از دلایل عمده آن می‌توان به پراکندگی پوشش گیاهی در مناطق خشک اشاره نمود. رابطه شاخص TGSI با Albedo خصوصیات فضایی مناطق عاری از پوشش گیاهی و همچنین مناطق با پوشش گیاهی خیلی کم را برای تعیین شدت بیابان‌زایی بهتر نشان می‌دهد. شاخص TGSI منعکس کننده اندازه ذرات درشت خاک سطحی می‌باشد که رابطه مثبتی با ذرات ریز محتوای ماسه خاک سطحی دارد. هر چه اندازه ذرات خاک سطحی درشت دانه‌تر باشد میزان بیابان‌زایی شدت بیشتری خواهد داشت. در مناطقی که محتوای زیاد ماسه ریز در اندازه ذرات خاک سطحی وجود داشته باشد مقادیر بالای شاخص TGSI قابل مشاهده خواهد بود.

 در این پژوهش ما با استفاده از تکنیک سنجش از راه دور و بر اساس تصاویر چند طیفی سنتینل-2 برای اولین بار در ایران به استخراج شدت بیابان‌زایی در دو منطقه متفاوت از استان خشک سیستان و بلوچستان پرداختیم. بر اساس بازتاب طیفی اتفاق افتاده از سطح زمین و قدرت تفکیک مکانی 10 متری شدت بیابان‌زایی را در دو منطقه مورد مطالعه قرار دادیم. بر اساس نتایج این پژوهش پیشنهاد می‌گردد به‌صورت ترکیبی از دو مدل Albedo-NDVI و Albedo-TGSI برای پایش و تهیه نقشه‌های شدت بیابان‌زایی در مناطق خشک ایران استفاده گردد. نتایج این پژوهش نشان داد که مناطق بدون بیابان‌زایی و شدت کم بیابان‌زایی بر اساس مدل Albedo-TGSI به نحو مطلوب‌تری نشان داده می‌شوند.